[發明專利]基于WRF和XFlow耦合的多精細度融合污染物擴散分析方法

有效

• 申請號: 202110394304.0
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113191096B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 張慎;程明;王義凡
• 申請（專利權）人: 中南建筑設計院股份有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/13;G06T17/00;G06F113/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鐘鋒

本發明公開了一種基于WRF和XFlow耦合的多精細度融合污染物擴散分析方法，該方法采用了多精細度耦合機制，即在城市級三維污染物擴散分析模型中，將建筑物微尺度污染物濃度代表值升尺度為城市級模型的污染源入口邊界條件，將WRF中尺度三維氣象驅動場降尺度為城市級模型的初始條件和大氣邊界條件；最終進行城市污染物擴散多精細度融合計算，并根據計算結果進行污染物定量評估。本發明的基于WRF和XFlow耦合的多精細度融合污染物擴散分析方法，既能考慮氣象因素的城市級污染物擴散過程，還能夠考慮建筑物室內微尺度污染物擴散過程，實現城市級和建筑級的多精細度融合污染物擴散模擬，為化工廠、防疫醫院等存在污染物排放的企業的科學選址提供數據支撐。

技術領域

本發明屬于綠色建筑風環境評估技術領域，具體涉及一種基于WRF和XFlow耦合的多精細度融合污染物擴散分析方法。

背景技術

近年來，隨著城市化和工業化不斷發展，大氣污染引起的公共環境越來越受到關注。影響公共環境安全的污染物主要包括工業廢氣以及醫療廢氣，這些污染物的排放及處理不當不僅會造成環境污染問題，甚至會直接威脅到人民的身心健康。

基于CFD(Computational Fluid Dynamics，即計算流體動力學)的環境分析能夠對污染物擴散進行定量分析，為建筑物規劃和通風系統的合理布置提供參考，避免污染物長期滯留，最大限度地消除污染物排放對周圍環境和周邊人群造成的不利影響。然而傳統的CFD環境分析存在著大氣邊界條件和污染物源邊界假定不明確、建模難度大、難以考慮真實天氣等局限性。

基于中尺度氣象預報模式WRF的大氣數值模擬方法，能夠對城市區域進行模擬分析，給出城市區域的三維氣象風場信息。然而中尺度氣象預報模式WRF的空間分辨率一般在1km量級以上，未能精細模擬城市近地面和建筑物區域的風場特性。

相比現有的污染物擴散分析方法，本文提出的方法能夠同時實現城市級和建筑級的多精細度融合污染物擴散模擬，為化工廠、防疫醫院等存在污染物排放的企業的科學選址提供精細化的數據支撐。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種基于WRF和XFlow耦合的多精細度融合污染物擴散分析方法，既能考慮氣象因素的城市級污染物擴散過程，還能夠考慮建筑物室內微尺度污染物擴散過程。

本發明提供的技術方案如下：

一種基于WRF和XFlow耦合的多精細度融合污染物擴散分析方法，包括以下步驟：

S1、建立建筑物污染物擴散情景庫；

S2、利用XFLOW軟件建立建筑物室內CFD計算模型，進行特定情景下的微尺度污染物擴散分析，得到進入建筑物通風系統的污染物濃度；

S3、根據通風系統的凈化能力，確定建筑物最終排出的污染物濃度，并作為建筑物微尺度污染物濃度代表值；

S4、建立城市氣象情景庫；

S5、利用中尺度氣象數值模式WRF建立區域多精細度融合網格嵌套模型，進行中尺度三維氣象驅動場模擬計算分析；

S6、基于WRF計算結果，判斷主導風向；

S7、導入城市幾何模型，并根據主導風向確定計算域的大小和方向，建立城市級三維污染物擴散分析模型；

S8、建立多精細度耦合：在城市級三維污染物擴散分析模型中，將建筑物微尺度污染物濃度代表值升尺度為城市級模型的污染源入口邊界條件，將WRF中尺度三維氣象驅動場降尺度為城市級模型的初始條件和大氣邊界條件；

S9、進行城市污染物擴散多精細度融合計算，并根據計算結果進行污染物定量評估。

優選地，步驟S1具體為：根據建筑物的類別和使用功能，收集污染物擴散情景，建立建筑物污染物擴散情景庫。