基于瞬變流動分析的給水管網(wǎng)事件模型基礎(chǔ)研究.pdf

1、現(xiàn)階段,給水管網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)機械設(shè)備控制動作及管網(wǎng)節(jié)點用水量變化的實時表達,不能更“真實”的描述管網(wǎng)狀態(tài)變化。管網(wǎng)的狀態(tài)變化本質(zhì)上是組成管網(wǎng)的各個管網(wǎng)物理構(gòu)件的狀態(tài)變化及其對管網(wǎng)其它構(gòu)件狀態(tài)的影響,若能夠知道管網(wǎng)構(gòu)件狀態(tài)的變化過程以及構(gòu)件狀態(tài)變化對管網(wǎng)狀態(tài)的影響

2、,就能夠建立管網(wǎng)的在線模型,能夠描述管網(wǎng)狀態(tài)的實時變化過程。管網(wǎng)構(gòu)件狀態(tài)的變化過程一般是應(yīng)用SCADA系統(tǒng)及相關(guān)算法對構(gòu)件狀態(tài)進行估計。對于構(gòu)件狀態(tài)變化的描述及其對管網(wǎng)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(wǎng)的事件模型抽象、封裝了管網(wǎng)構(gòu)件狀態(tài)變化觸發(fā)的管網(wǎng)瞬變流動分析邏輯,本論文基于給水管網(wǎng)事件模型的分析主要作了以下各項創(chuàng)新性工作： (1)架構(gòu)了給水管網(wǎng)框架模型系統(tǒng)?；诿嫦?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計原理

3、,分析了管網(wǎng)模型設(shè)計的要求以及將來模型應(yīng)用的需要?；谀Ｐ驮O(shè)計的要求以及軟件工程學(xué)的方法論,構(gòu)建了給水管網(wǎng)基礎(chǔ)模型框架。并對管網(wǎng)的主要構(gòu)成構(gòu)件進行具體分析,給出了管網(wǎng)及管網(wǎng)構(gòu)件的模型具體表述及類型表達,它是管網(wǎng)事件模型的表達基礎(chǔ)及重要組成部份。 (2)設(shè)計了給水管網(wǎng)模型系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)。主要包括：構(gòu)件靜態(tài)數(shù)據(jù)表,動態(tài)數(shù)據(jù)表,模型選項配置表,流體特性表,單位表等。 (3)給水管網(wǎng)系統(tǒng)用水量分析。用水量的準確估算是給水管網(wǎng)

4、模型運行的重要條件,也是給水管網(wǎng)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(wǎng)節(jié)點用水量的計算都進行了分析。 (4)推導(dǎo)了瞬變流動的動力方程與連續(xù)性方程,應(yīng)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(zhuǎn)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(dǎo)了管網(wǎng)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(gòu)件的連接

5、),對在管網(wǎng)瞬變流動計算中的管系分段與網(wǎng)格剖分問題的多種方法作了探討(包括剛化法、波速調(diào)整法、內(nèi)插法、重分阻尼系數(shù)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(wǎng)的事件及事件分析模型的概念,講述了事件原型的結(jié)構(gòu)及構(gòu)成對象,對于多事件的模擬應(yīng)采用事件池的結(jié)構(gòu)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(guān)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(diào)量、調(diào)節(jié)時間或過渡時