基于瞬變流動分析的給水管網事件模型基礎研究.pdf

1、現階段,給水管網運行狀態(tài)的分析方法主要是以EPANET軟件模型為代表的管網延時分析模型,分析的水力時間尺度一般為小時,所分析的狀態(tài)為該時段的特征狀態(tài),并非實時狀態(tài),只是統(tǒng)計意義上的“期望”狀態(tài),不能滿足管網機械設備控制動作及管網節(jié)點用水量變化的實時表達,不能更“真實”的描述管網狀態(tài)變化。管網的狀態(tài)變化本質上是組成管網的各個管網物理構件的狀態(tài)變化及其對管網其它構件狀態(tài)的影響,若能夠知道管網構件狀態(tài)的變化過程以及構件狀態(tài)變化對管網狀態(tài)的影響

2、,就能夠建立管網的在線模型,能夠描述管網狀態(tài)的實時變化過程。管網構件狀態(tài)的變化過程一般是應用SCADA系統(tǒng)及相關算法對構件狀態(tài)進行估計。對于構件狀態(tài)變化的描述及其對管網狀態(tài)的影響,本文引入一個新概念：事件模型加以描述和表達。 給水管網的事件模型抽象、封裝了管網構件狀態(tài)變化觸發(fā)的管網瞬變流動分析邏輯,本論文基于給水管網事件模型的分析主要作了以下各項創(chuàng)新性工作： (1)架構了給水管網框架模型系統(tǒng)?；诿嫦驅ο蟮姆治雠c設計原理

3、,分析了管網模型設計的要求以及將來模型應用的需要?；谀Ｐ驮O計的要求以及軟件工程學的方法論,構建了給水管網基礎模型框架。并對管網的主要構成構件進行具體分析,給出了管網及管網構件的模型具體表述及類型表達,它是管網事件模型的表達基礎及重要組成部份。 (2)設計了給水管網模型系統(tǒng)的數據庫表結構。主要包括：構件靜態(tài)數據表,動態(tài)數據表,模型選項配置表,流體特性表,單位表等。 (3)給水管網系統(tǒng)用水量分析。用水量的準確估算是給水管網

4、模型運行的重要條件,也是給水管網事件分析模型得以建立并運行的必要條件。本文對用水量的時序特征,空間分布及運行時管網節(jié)點用水量的計算都進行了分析。 (4)推導了瞬變流動的動力方程與連續(xù)性方程,應用特征線法,將運動方程與連續(xù)性方程兩個偏微分方程轉化為在兩條特征線上的常微分方程,通過對常微分方程積分的方法來求解流體的流量與水頭等運動參量的時序變化；推導了管網中各類邊界條件的處理方法(包括管線與連接點、水泵、閥門、水庫、水箱等構件的連接

5、),對在管網瞬變流動計算中的管系分段與網格剖分問題的多種方法作了探討(包括剛化法、波速調整法、內插法、重分阻尼系數法等),最后對瞬變流動管壁阻力模型的發(fā)展做了回顧。 (5)提出了管網的事件及事件分析模型的概念,講述了事件原型的結構及構成對象,對于多事件的模擬應采用事件池的結構來解決,同時對于事件的觸發(fā)機制及事件類型進行了分析,引進控制理論相關知識來表征流體瞬變的特性(如：延遲時間、上升時間、峰值時間、最大超調量、調節(jié)時間或過渡時