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大氣及水環(huán)境污染物擴散CFD流體仿真,環(huán)境治理及應(yīng)急管理的有效手段

積鼎CFD ? 來源:jf_31916015 ? 作者:jf_31916015 ? 2025-03-10 11:07 ? 次閱讀
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在城市環(huán)境污染治理領(lǐng)域,傳統(tǒng)CFD仿真面臨網(wǎng)格生成效率低、復(fù)雜場景適應(yīng)性差、多工況分析周期長等痛點。積鼎科技基于自主研發(fā)的流體仿真軟件VirtualFlow,通過浸入界面技術(shù)(IST)與分塊網(wǎng)格優(yōu)化(BMR)的深度融合,為市政環(huán)境行業(yè)提供從風(fēng)場模擬到污染物擴散的全流程解決方案,實現(xiàn)了復(fù)雜場景下的高效建模與精準(zhǔn)預(yù)測。

一、市政污染治理三大痛點

復(fù)雜場景建模難:城市建筑群、地形地貌等復(fù)雜幾何特征導(dǎo)致網(wǎng)格劃分耗時耗力,傳統(tǒng)方法需數(shù)周時間,難以滿足項目周期要求。例如某省會城市新區(qū)規(guī)劃中,127 棟建筑的精細(xì)化建模曾耗時 21 天,嚴(yán)重延誤項目進(jìn)度。

多工況分析效率低:氣象條件、排放參數(shù)等動態(tài)變化需反復(fù)調(diào)整模型,傳統(tǒng)仿真流程冗長,無法快速響應(yīng)規(guī)劃設(shè)計需求。某化工園區(qū)環(huán)境評估中,僅氣象參數(shù)調(diào)整就導(dǎo)致項目延期2個月。

預(yù)測結(jié)果可靠性不足:簡化模型忽略建筑群尾流效應(yīng)、湍流擴散等關(guān)鍵因素,導(dǎo)致污染影響范圍與實際偏差較大。某城市熱電廠排放仿真中,傳統(tǒng)模型預(yù)測的超標(biāo)區(qū)域與實測數(shù)據(jù)偏差達(dá)40%。

二、CFD仿真技術(shù)解決環(huán)境治理難題

1.IST/BMR 智能網(wǎng)格技術(shù)

自動化網(wǎng)格生成:通過CAD 文件直接導(dǎo)入,自動識別建筑輪廓并生成邊界層加密網(wǎng)格,復(fù)雜建筑群網(wǎng)格生成時間從3 周縮短至 8 小時。

動態(tài)網(wǎng)格優(yōu)化:基于分塊網(wǎng)格優(yōu)化技術(shù)(BMR),實現(xiàn)不同子塊間的流場無縫銜接,確保剪應(yīng)力預(yù)測精度。在某CBD風(fēng)場模擬中,BMR 技術(shù)使網(wǎng)格數(shù)量減少 30% 的同時,風(fēng)速預(yù)測誤差降低至 8%。

wKgZO2fOT92Aayw5AAGTocHKslY068.png

2.多尺度耦合仿真能力

穩(wěn)態(tài)- 瞬態(tài)協(xié)同求解:采用1 小時時間步長分階段求解流場,結(jié)合氣象數(shù)據(jù)動態(tài)更新邊界條件,實現(xiàn)污染物擴散的準(zhǔn)實時模擬。在長三角某化工園區(qū)異味治理中,該技術(shù)將異味溯源周期從 14 天縮短至 72 小時。

精細(xì)化湍流建模:標(biāo)準(zhǔn)k-ε 模型結(jié)合 Lakehal 修正壁面函數(shù),準(zhǔn)確捕捉建筑群尾流效應(yīng)與局部湍流擴散特性。某港口區(qū)域 PM2.5 擴散仿真顯示,修正后的模型與實測數(shù)據(jù)吻合度達(dá) 92%。

wKgZPGfOT_aAcpRhAAJSGUNu93k779.png

?3.智能參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)

基于機器學(xué)習(xí)算法,系統(tǒng)可自動優(yōu)化排放源參數(shù)與治理設(shè)備配置。在某鋼鐵廠除塵系統(tǒng)改造中,通過參數(shù)尋優(yōu)使PM10 排放濃度從 85mg/m3 降至 32mg/m3,設(shè)備投資減少 18%。

三、典型應(yīng)用場景

1.城市規(guī)劃污染防控

工廠選址優(yōu)化:基于某化工園區(qū)煙囪排放仿真,通過概率密度函數(shù)分析污染物主擴散方向,指導(dǎo)選址使敏感區(qū)濃度超標(biāo)風(fēng)險降低92%。

通風(fēng)廊道設(shè)計:結(jié)合風(fēng)場模擬結(jié)果,為北方某城市規(guī)劃6 條通風(fēng)廊道,夏季熱島強度降低 1.8℃,區(qū)域 PM2.5 年均濃度下降12%。

2.水環(huán)境治理

黑臭水體溯源:通過水流- 底泥耦合模擬,精準(zhǔn)定位珠三角某河道 13 處污染源,治理效率提升 3 倍,治理成本降低 40%。

暴雨內(nèi)澇預(yù)警:基于水氣耦合算法,為武漢某開發(fā)區(qū)構(gòu)建內(nèi)澇模型,積水深度預(yù)測誤差≤5cm,成功預(yù)警 2024 年 7 月特大暴雨,避免經(jīng)濟損失超 2 億元。

3.應(yīng)急管理升級

?;沸孤┨幹?/strong>:在某石化碼頭液氯泄漏模擬中,5 分鐘生成三維擴散云圖,指導(dǎo)劃定安全隔離區(qū),與傳統(tǒng)方法相比,應(yīng)急響應(yīng)時間縮短 70%。

重大活動保障:杭州亞運會期間,實時模擬場館周邊污染源影響,動態(tài)調(diào)整23 家企業(yè)生產(chǎn)計劃,保障賽事期間空氣質(zhì)量優(yōu)良率達(dá) 100%。

積鼎科技以IST/BMR技術(shù)實現(xiàn)前處理自動化,以多尺度耦合仿真能力為特色,推動市政環(huán)境污染治理及應(yīng)急響應(yīng)管理向數(shù)字化邁進(jìn)。通過將復(fù)雜場景建模、多工況分析與可視化結(jié)果深度融合,與某城市實測數(shù)據(jù)對比,污染物濃度預(yù)測誤差控制在15%以內(nèi),為城市規(guī)劃、環(huán)境管理與應(yīng)急決策提供科學(xué)支撐。

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審核編輯 黃宇

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