[發明專利]基于CFD技術的工作場所職業暴露模擬分析方法

無效

• 申請號: 201210387438.0
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN102902860A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 黃德寅;劉茂;胡利明;李敏嫣;張倩
• 申請（專利權）人: 天津渤海化工集團公司勞動衛生研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明屬預防醫學職業衛生與職業病控制技術及職業健康風險管理科學技術領域，特別是提出一種基于CFD技術的工作場所職業暴露模擬分析技術，主要應用于建設項目職業病危害評價中的職業暴露評估、有害物質暴露評價的定量分析及實際應用等工作。

本研究采用CFD方法進行職業危害暴露模擬，利用FLUENT軟件三維計算機模擬技術揭示原油煉制作業場所空氣中有毒氣體濃度場分布規律，并且實現了可視化。采用基于CFD方法的FLUENT軟件實現在職業病危害評價進行在巡檢、采樣、跑冒滴漏等復雜條件下的職業暴露評估，可以用于有害物質暴露評價的定量分析及實際應用，并且通過計算機技術實現了職業暴露評估的可視化。

背景技術

職業暴露評估是風險分析中關鍵部分，其結果影響風險評價的準確性和可靠性，國內外都將職業暴露評估作為職業衛生工作和科研的重點。暴露評價方面的研究主要包括對環境中有害物質濃度的監測，對暴露個體內劑量或生物效應劑量的測定，以及基于數學模擬方法對暴露劑量的預測等。

目前，國外很多國家在污染物擴散評估技術上多采用綜合評估技術，其中數學模型和計算機數值模擬尤其是計算流體動力學（CFD）技術的應用上發展很快，CFD技術由于低成本和較高精度的特點，得到了國內外學者的廣泛應用。其中以應用FLUENT實現污染物擴散的三維的計算機模擬，得出模擬結果更精確。但目前的研究模擬的毒氣泄漏場景大多比較單一，主要集中在急性中毒事故泄漏的模擬，未能充分考慮正常工況不同操作條件下的跑冒滴漏及擴散規律的影響。

本發明采用CFD技術研究工作場所有害物質在巡檢、采樣、跑冒滴漏等復雜條件下的職業暴露評估方法，通過FLUENT軟件實現有毒氣體泄漏后的濃度場分布的計算機模擬，實現跑冒滴漏的濃度場分布的計算機模擬。

發明內容

本發明的目的是提供一項基于CFD模擬的工作場所職業暴露評估技術。

一項基于CFD技術的工作場所職業暴露模擬分析方法，采用廣泛應用的FLUENT軟件實現污染物擴散的三維計算機模擬，分析工作場所的有毒氣體跑冒滴漏及擴散規律。

本發明的具體技術方案如下：

1、CFD三維建模

（1）確定模擬場景

根據所需模擬的裝置區布局圖即可構建整個模擬區域的三維網格。確定毒氣泄漏點位、氣象條件等。

（2）網格劃分

按照由點到線，由線到面，由面到體的步驟，在FLUENT前處理軟件GAMBIT中從下至上的方法構建整個模擬區域的網格。為了便于模擬和更好的劃分網格，采用混合網格劃分方法，由于裝置區的面與面之間大小差別很大，模型非常不規則，因此選用適應性強的非規則網格。

在CFD模擬，網格劃分是非常關鍵的一步，網格劃分的好壞關系到運算時收斂速度的快慢和解能達到的精度，也是非常花費時間的一步，劃分網格經常要占到整個模擬中一半以上的時間。

2、FLUENT求解

（1）參數設置

在FLUENT中，根據待模擬泄漏場景進行參數設定：根據有毒氣體的釋放狀態選擇合適的計算模型、定義物質物理性質、設置邊界條件、流場初始化等。

（2）FLUENT迭代運算

經過相關參數設置后，可以開始進行迭代運算，當在殘差圖中看到殘差不再下降時，可以認為運算已經收斂，停止運算，得到運算結果。

3、結果分析

利用FLUENT自帶的后處理功能以及專業軟件如Tecplot來對結果進行分析，得到毒氣泄漏模擬的氣體擴散路徑、擴散速度場、大氣壓力場、濃度場分布等，從而分析得出工作場所有毒氣體泄漏擴散規律、暴露濃度等。

附圖說明

圖1：基于CFD技術的工作場所職業暴露模擬分析實施技術路線圖；

圖2：常減壓裝置平面布局圖；

圖3：常減壓裝置網格劃分圖；

圖4：有風時采樣點泄漏場景下氣體流動速度分布圖；

圖5：有風時采樣點泄漏場景下裝置區大氣壓力分布圖；

圖6：有風時采樣點泄漏場景下泄漏物質的擴散路徑圖；

圖7：有風時采樣點泄漏苯濃度擴散分布圖；

圖8：無風時采樣點泄漏苯濃度擴散分布圖。

具體實施方式

本項基于CFD技術的工作場所職業暴露模擬分析技術，主要主要應用于建設項目職業病危害評價中的職業暴露評估、有害物質暴露評價的定量分析及實際應用等工作。

基于CFD技術的工作場所職業暴露模擬分析技術內容及方法實施步驟見附圖1。