Numerical simulations of contaminant dispersion, as after a gas leakage incident on a chemical plant, can provide valuable insights for both emergency response and preparedness. Simulation approaches combine incompressible Navier-Stokes (INS) equations with advection-diffusion (AD) processes to model wind and concentration field. However, the computational cost of such high-fidelity simulations increases rapidly for complex geometries like urban environments, making them unfeasible in time-critical or multi-query "what-if" scenarios. Therefore, this study focuses on the application of model order reduction (MOR) techniques enabling fast yet accurate predictions. To this end, a thorough comparison of intrusive and non-intrusive MOR methods is performed for the computationally more demanding parametric INS problem with varying wind velocities. Based on these insights, a non-intrusive reduced-order model (ROM) is constructed accounting for both wind velocity and direction. The study is conducted on a two-dimensional domain derived from real-world building footprints, preserving key features for analyzing the dispersion of, for instance, denser contaminants. The resulting ROM enables faster than real-time predictions of spatio-temporal contaminant dispersion from an instantaneous source under varying wind conditions. This capability allows assessing wind measurement uncertainties through a Monte Carlo analysis. To demonstrate the practical applicability, an interactive dashboard provides intuitive access to simulation results.


翻译:污染物扩散的数值模拟,例如化工厂气体泄漏事故后的模拟,可为应急响应与预案制定提供重要参考。模拟方法将不可压缩Navier-Stokes(INS)方程与对流-扩散(AD)过程相结合,以模拟风场与浓度场。然而,针对城市环境等复杂几何结构,此类高保真模拟的计算成本急剧增加,使其难以应用于时间敏感或多查询的"假设分析"场景。因此,本研究聚焦于应用模型降阶(MOR)技术以实现快速而准确的预测。为此,本文针对计算要求更高的参数化INS问题(风速可变),对侵入式与非侵入式MOR方法进行了全面比较。基于这些研究结果,构建了一个同时考虑风速与风向的非侵入式降阶模型(ROM)。研究采用基于真实建筑足迹的二维计算域,保留了分析(例如)高密度污染物扩散的关键特征。所构建的ROM能够以快于实时计算的速度,预测瞬时污染源在不同风条件下的时空扩散过程。该能力使得通过蒙特卡罗分析评估风测量不确定性成为可能。为展示实际应用价值,开发了一个交互式仪表板以提供对模拟结果的直观访问。

0
下载
关闭预览

相关内容

深度学习与基础模型在天气预测中的应用:综述
专知会员服务
24+阅读 · 2025年1月15日
《扩散模型及其应用》最新综述
专知会员服务
50+阅读 · 2024年8月21日
详解扩散模型:从DDPM到稳定扩散,附Slides与视频
专知会员服务
87+阅读 · 2022年10月9日
综述:军事应用中使用的一些重要算法
专知
13+阅读 · 2022年7月3日
【AAAI2021】对比聚类,Contrastive Clustering
专知
26+阅读 · 2021年1月30日
深度学习模型不确定性方法对比
PaperWeekly
20+阅读 · 2020年2月10日
用模型不确定性理解模型
论智
11+阅读 · 2018年9月5日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
大语言模型溯因推理的统一分类学与综述
专知会员服务
0+阅读 · 今天12:07
美/以-伊战争:停火与后续情景与影响分析
专知会员服务
3+阅读 · 4月11日
美国-以色列-伊朗战争:是否会动用地面部队?
美国协同作战飞机项目新型无人机发动机
专知会员服务
2+阅读 · 4月11日
相关VIP内容
深度学习与基础模型在天气预测中的应用:综述
专知会员服务
24+阅读 · 2025年1月15日
《扩散模型及其应用》最新综述
专知会员服务
50+阅读 · 2024年8月21日
详解扩散模型:从DDPM到稳定扩散,附Slides与视频
专知会员服务
87+阅读 · 2022年10月9日
相关基金
Top
微信扫码咨询专知VIP会员