基于瞬變流動(dòng)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(yùn)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(shí)分析模型,分析的水力時(shí)間尺度一般為小時(shí),所分析的狀態(tài)為該時(shí)段的特征狀態(tài),并非實(shí)時(shí)狀態(tài),只是統(tǒng)計(jì)意義上的“期望”狀態(tài),不能滿足管網(wǎng)機(jī)械設(shè)備控制動(dòng)作及管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)用水量變化的實(shí)時(shí)表達(dá),不能更“真實(shí)”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(gè)管網(wǎng)物理構(gòu)件的狀態(tài)變化及其對(duì)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(duì)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(shí)時(shí)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(duì)構(gòu)件狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)。對(duì)于構(gòu)件狀態(tài)變化的描述及其對(duì)管網(wǎng)狀態(tài)的影響,本文引入一個(gè)新概念：事件模型加以描述和表達(dá)。 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(dòng)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(xiàng)創(chuàng)新性工作： (1)架構(gòu)了給水管網(wǎng)框架模型系統(tǒng)。基于面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)原理

3、,分析了管網(wǎng)模型設(shè)計(jì)的要求以及將來模型應(yīng)用的需要?；谀Ｐ驮O(shè)計(jì)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(duì)管網(wǎng)的主要構(gòu)成構(gòu)件進(jìn)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(dá),它是管網(wǎng)事件模型的表達(dá)基礎(chǔ)及重要組成部份。 (2)設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)表,模型選項(xiàng)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(zhǔn)確估算是給水管網(wǎng)

4、模型運(yùn)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(yùn)行的必要條件。本文對(duì)用水量的時(shí)序特征,空間分布及運(yùn)行時(shí)管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)用水量的計(jì)算都進(jìn)行了分析。 (4)推導(dǎo)了瞬變流動(dòng)的動(dòng)力方程與連續(xù)性方程,應(yīng)用特征線法,將運(yùn)動(dòng)方程與連續(xù)性方程兩個(gè)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(duì)常微分方程積分的方法來求解流體的流量與水頭等運(yùn)動(dòng)參量的時(shí)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(diǎn)、水泵、閥門、水庫、水箱等構(gòu)件的連接

5、),對(duì)在管網(wǎng)瞬變流動(dòng)計(jì)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(duì)瞬變流動(dòng)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(duì)象,對(duì)于多事件的模擬應(yīng)采用事件池的結(jié)構(gòu)來解決,同時(shí)對(duì)于事件的觸發(fā)機(jī)制及事件類型進(jìn)行了分析,引進(jìn)控制理論相關(guān)知識(shí)來表征流體瞬變的特性(如：延遲時(shí)間、上升時(shí)間、峰值時(shí)間、最大超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間或過渡時(shí)