本发明属于数值求解领域，具体涉及一种基于大气边界层入口速度的液氢泄漏扩散求解方法及装置。
背景技术：
1、液氢具有高能量密度、清洁环保、可储存和运输等特性，这些特性使其在航空航天、化工能源及交通运输等领域得到了广泛应用。然而，液氢泄漏所带来的安全风险也逐渐成为关注的焦点。液氢（）的低温度（）特性及其极高的挥发性，使其在泄漏过程中不仅会迅速气化，还会在大气边界层内发生复杂的扩散过程，特别是在不同的风速、温度和大气湍流条件下，其扩散行为难以准确预测。因此，对其进行准确地数值模拟至关重要。目前，液氢泄漏扩散模拟主要面临计算量大、模型复杂以及边界条件处理困难等问题。
2、传统的液氢泄漏扩散模型迭代收敛速度慢，且在描述大气边界层的速度轮廓方面存在局限性，不能充分考虑大气边界层的复杂性，无法真实准确地反映实际情况。从而导致预测精度不足，存在安全隐患。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的缺点，针对液氢泄漏扩散后可能引发严重的安全问题，本发明提出一种基于大气边界层入口速度的液氢泄漏扩散求解方法及装置，以便为液氢的安全使用提供科学依据和技术支持。
2、本发明的液氢泄漏扩散数值模拟求解器基于计算流体力学（cfd）原理，结合液氢的物理特性和泄漏扩散过程中的复杂因素，构建了高精度的数值求解模型。该模型能够准确描述液氢从泄漏源到周围环境的扩散过程，包括液氢的相变、气体射流、湍流扩散等多个阶段。通过该数值模拟求解，可以深入分析液氢泄漏后的扩散规律，评估不同条件下（如风速、环境温度、泄漏量等）的扩散范围和影响程度，从而制定相应的安全防范措施。
3、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
4、一种基于大气边界层入口速度的液氢泄漏扩散求解方法，包括如下步骤：
5、步骤一、根据液氢的物理特性和泄漏场景，建立液氢泄漏扩散模型，液氢泄漏扩散模型包括质量守恒方程、动量守恒方程及能量守恒方程；
6、步骤二、确定大气边界层特性，通过气象数据或实地测量数据，获取大气边界层入口速度的相关物理参数，所述相关物理参数包括参考高度、平均流向风速、气体动力粗糙度；
7、步骤三、结合大气边界层特性与液氢泄漏扩散模型，将大气边界层特性数学模型引入液氢泄漏扩散模型中，修正液氢泄漏扩散模型中的边界条件和初始条件；
8、步骤四、基于步骤三中修正后的液氢泄漏扩散模型，采用数值算法和优化策略，提高计算效率和收敛性，处理大规模的计算域和复杂的边界条件；
9、步骤五、对液氢泄漏扩散进行模拟，获得模拟结果，并通过实验数据或已知结果进行验证，确保模拟的准确性和可靠性；
10、步骤六、对模拟结果进行分析，提取关键参数和特征，为液氢储存、运输及安全评估提供科学依据；所述关键参数和特征包括散距离、氢气浓度、可燃下限、氢气云体积、扩散轮廓。
11、本发明还提供一种基于大气边界层入口速度的液氢泄漏扩散求解装置，包括如下模块：
12、模型建立模块，根据液氢的物理特性和泄漏场景，建立液氢泄漏扩散模型，液氢泄漏扩散模型包括质量守恒方程、动量守恒方程及能量守恒方程；
13、参数获取模块，确定大气边界层特性，通过气象数据或实地测量数据，获取大气边界层入口速度的相关物理参数，所述相关物理参数包括参考高度、平均流向风速、气体动力粗糙度；
14、修正模块，结合大气边界层特性与液氢泄漏扩散模型，将大气边界层特性数学模型引入液氢泄漏扩散模型中，修正液氢泄漏扩散模型中的边界条件和初始条件；
15、边界处理模块，基于修正后的液氢泄漏扩散模型，采用数值算法和优化策略，提高计算效率和收敛性，处理大规模的计算域和复杂的边界条件；
16、模拟验证模块，对液氢泄漏扩散进行模拟，获得模拟结果，并通过实验数据或已知结果进行验证，确保模拟的准确性和可靠性；
17、结果分析模块，对模拟结果进行分析，提取关键参数和特征，为液氢储存、运输及安全评估提供科学依据；所述关键参数和特征包括散距离、氢气浓度、可燃下限、氢气云体积、扩散轮廓。
18、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的一种基于大气边界层入口速度的液氢泄漏扩散求解方法的步骤。
19、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的一种基于大气边界层入口速度的液氢泄漏扩散求解方法的步骤。
20、本发明与现有技术相比的有益效果在于：
21、1. 本发明基于大气边界层入口速度，通过结合大气边界层特性与液氢泄漏扩散模型，本发明能够更准确地模拟液氢在大气中的扩散过程，提高模拟的准确性。
22、2. 密度采用共轭传热求解，获得组分的密度，密度由质量方程和平流方程得到，能更精确模拟密度变化。同时求解热扩散系数，共轭传热更贴近实际物理过程，使模拟结果更具真实性。
23、3. 采用pbicgstab（预处理稳定双共轭梯度法）迭代求解线性方程组，具有较快的收敛速度和较高的计算效率。
24、4. 采用pimple算法预估-校正策略进行求解，可以很好地求解液氢泄漏扩散，具有稳定性和精度高的优点。
25、5. 本发明适用于不同规模的液氢泄漏扩散模拟，包括小规模泄漏和大规模泄漏场景，具有广泛适用性。评估泄漏后的扩散区域及氢气浓度，结合氢气浓度火灾爆炸风险，提供安全预警，为液氢的安全管理提供有力支持。
26、综上所述，本发明具有准确度高、计算效率高、易于求解等优点，在液氢安全评估中具有广泛的应用前景和研究价值。本发明基于大气边界层入口速度建立液氢泄漏扩散求解方法，将大气边界层入口速度作为描述大气边界层特性的重要参数，对于提高液氢泄漏扩散模拟的准确性及精确度具有至关重要的作用。采用pimple算法预估-校正策略进行求解，以更精确地描述泄漏后该区域内氢气云团的气流状态、扩散行为特性、氢气浓度分布等，尤其是氢气云团在复杂环境中的扩散规律，有助于更深入地了解液氢泄漏扩散的物理机制。使得液氢泄漏扩散模拟在氢能领域的安全评估、事故应急处置等方面具有重要的应用价值，为预防和避免火灾、爆炸等安全事故提供科学依据。
1.一种基于大气边界层入口速度的液氢泄漏扩散求解方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于大气边界层入口速度的液氢泄漏扩散求解方法，其特征在于，所述步骤一的液氢泄漏扩散模型的方程包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于大气边界层入口速度的液氢泄漏扩散求解方法，其特征在于，所述步骤二的计算公式包括：
4.根据权利要求2所述的一种基于大气边界层入口速度的液氢泄漏扩散求解方法，其特征在于，所述步骤一中的净传质速率的计算公式为：
5.根据权利要求2所述的一种基于大气边界层入口速度的液氢泄漏扩散求解方法，其特征在于，所述步骤一中，密度采用共轭传热求解，获得组分的密度，密度由质量方程和界面平流方程得到，同时求解热扩散系数，求解公式如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于大气边界层入口速度的液氢泄漏扩散求解方法，其特征在于，所述步骤四包括：
7.根据权利要求2所述的一种基于大气边界层入口速度的液氢泄漏扩散求解方法，其特征在于，所述步骤四采用pimple算法预估-校正策略求解步骤一的液氢泄漏扩散模型的方程。
8.一种基于大气边界层入口速度的液氢泄漏扩散求解装置，其特征在于，包括如下模块：
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-7之一所述的一种基于大气边界层入口速度的液氢泄漏扩散求解方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7之一所述的一种基于大气边界层入口速度的液氢泄漏扩散求解方法的步骤。
