城市给水管网水力计算系统研究

通过研究给水管网系统特征,分析了给水管网水力平衡计算理论,建立了城市给水管网水力计算模型,利用牛顿迭代法求解模型的数值解,为得到最优结果,引入步长因子A对系统初值进行修正,最终得到符合实际工况的管网运行数据。     

索结构找形分析的精确单元方法

索找形问题是索结构分析中所要解决的首要问题,在给定边界条件下,所施加的预张力和外部荷载通过调节索的 形状来平衡。本文研究索结构初始形状确定的精确有限单元法,对于常见的荷载形式,构造了线性和非线性两大类共5种 单元,适用于一般的索结构找形计算,并且可以给出精确的解答。本文通过将水平方向和竖直方向的平衡方程解藕,得出 了索单元的精确描述格式,并保证了索结构形状的唯一性。文中以索结构内部结点坐标作为基本未知量,以结点平衡方程 为基本方程,通过直接求解单元的平衡微分方程得到单元刚度矩阵的解析表达式。对于由线性单元组成的索结构,其基本 方程为线性,可直接求解;对于含有非线性单元的索结构,其基本方程为非线性,需通过迭代求解,文中构造了相应的 Newton法迭代格式。本文方法所需单元数目少,计算量小,所得到的解答为数值精确解。数值算例表明本法稳定可靠。     

天然气输配管网优化调度与管理综述

天然气输配管网的优化调度与管理的主要任务是在满足管网各节点用户需求的前提下,提高管网的输送能力和管道运营商的经济效益。它涉及的子问题范围广,包括管网各节点的天然气销售的定价机制、管网节点的负荷预测、管网稳态分析方法、管网优化调度数学模型的求解以及基于SCADA系统的管网的信息化管理等。本文建立了天然气输配管网的优化调度模型．对涉及的以上子问题一一进行了分析阐述,并提出了问题的求解方法。     

枝状管网水力仿真计算软件的开发

通过对现有供热管网水力仿真计算模型的分析，开发了一个图形化的枝状管网和水力仿真计算软件，建立起枝状管网数学模型，完成了图形化供热管网水力计算图形的识别工作，导出管网流量分配的矩阵方程式，确定了求解数学模型的算法，大大减少了计算的工作量，提高了计算精度。     

论城市天然气管网规划设计

结合城市天然气管网的系统组成,分析了市政规划中天然气管道的规划原则,并从技术手段、施工工艺、施工材料等方面,阐述了天然气管网的规划设计方法,最后预测了天然气管网规划发展的趋势。     

考虑潜水的三维地下水流半解析数值方法

现有地下水半解析数值方法不能应用于潜水含水层的地下水流问题。为此,基于Neuman模型提出了潜水非稳定流的半解析数值求解格式,利用伽辽金法与正交解析函数族推导了解耦形式的加权余量方程式。在编制Fortran计算程序实现数值求解的基础上,利用已有解析解验证了方法及程序的正确性,计算结果很好地反映了潜水完整井流具有的三维流动特性及潜水面滞后反应效应,而且当忽略给水度时,该方法可以退化为针对承压含水系统的已有成果。数值算例表明,半解析数值方法适用于模拟包括潜水含水层、承压含水层及弱透水层的多层结构含水层系统的地下水流问题,能够为可概化成层状含水系统的地下水开采及地面沉降等问题中三维水流模型的高效计算提供途径。     

基于先验信息的供水管网阻力系数识别

供水管网阻力系数识别是指通过调整管网水力模型中管道阻力系数,使模型计算值与监测值相符的过程。由于实际中监测点数量有限,管网阻力系数识别为欠定的优化问题。现行方法通常采用管道分组这一参数化方法将欠定问题转换为超定,应用遗传算法或其它随机搜索算法求解。提出了基于先验信息的供水管网阻力系数识别算法,所提出算法根据管道管材、管龄等先验信息对管道阻力系数进行估计,并将估计值作为伪观测值引入目标函数将欠定优化问题转换为超定,采用高斯-牛顿算法进行求解。与现有方法相比,所提出算法避免了管道分组不唯一的问题;再者,推导了供水管网阻力系数雅克比矩阵解析式用于搜索向量构造,提高了参数识别计算效率。采用小型管网阐明了雅克比矩阵计算及搜索向量构造,利用大型管网验证了算法的实用性。     

区域天然气管网规划设计理论研究

分析基于城市群的区域天然气管网出现的原因、构成和功能特点,认为区域天然气管网的规划体系隶属于城市规划体系。探讨由功能价值理论、安全理论、规模预测理论和管网结构理论等构成的区域天然气管网规划理论,可采用指标法、比例法、增量法、回归法等区域供气规模预测方法,区域天然气管网有双环形、主副环形、半环形、环枝形、放射形和T形等结构类型。探讨以流动理论、管道强度理论、安全理论和优化理论等为主的设计理论,提出在区域管网中按输送效率划分输气管网、配气管网和输配管网的指标。     

岩体p型自适应块体单元法研究

初步研究了岩体p型自适应块体单元法的基本理论和数值实现方法,以解决块体单元法中计算精度的控制问题。根据当前的块体单元法数值解,利用广义刚度矩阵的阶谱特性,估计各更高阶广义节点形函数的引入对提高计算精度所起的作用;然后引入作用较大的高阶广义节点形函数,扩充广义刚度矩阵,并求解新的整体平衡方程,得到更高精度的数值解。经过几次自适应升阶,即可得到满足精度要求的计算结果。通过算例分析,验证了所提方法的准确性和高效性。     

基于遗传算法的供水管网阻力系数辨识

利用遗传算法求解由连续性方程和能量方程组成的供水管网阻力系数辨识方程组,可以得到有一定可信度的辨识方程组的解,该解可以作为管网阻力系数的辨识结果。利用该辨识方法对实际算例进行计算,所得辨识结果证明了基于遗传算法的供水管网阻力系数辨识方法的实用性和合理性。该方法也可以应用于其他管网阻力系数辨识,如供热管网等。     

城市燃气输配管网可靠性的多视角分析

以可靠性为切入点,对城市燃气输配管网进行多视角分析,阐述管道结构可靠性、管网连通可靠性、管网水力工况和供气可靠性等相关问题的区别与联系,明确不同角度的可靠性分析是遵循了不同的途径进行的,应视不同类型的生命线工程系统与研究目的而有所侧重。管道结构可靠性及连通可靠性是从机械角度对管网系统及组成单元进行分析,侧重考察组成管网的各部分及管网系统在一定条件下具有结构完整性的概率,而未考虑水力工况的影响。管网水力工况分析是从流体力学角度分析管网各节点压力、流量的整体工作状况,其侧重点是在个别管道失效情况下,管网还能够在多大程度上满足各类用户的用气需求,水力工况分析未考虑结构失效概率的影响。管网供气可靠性是在考虑结构可靠性和水力工况的基础上采用的一个综合评价标准,是一种概率意义上的对管网整体供气能力的综合评价,根据这种评价结果,可以从管道结构和水力工况两个方面来引导改善设计或改进已建成系统,进而更好地促进管网供气功能的发挥。     

蒸汽管网系统的瞬变分析与模拟

针对稳态流数学模型的局限性,提出了将瞬变流分析方法引入对蒸汽管网的分析与模拟。以瞬变流理论为基础,建立了用于蒸汽管网瞬变分析的索引编码系统,以数字形式描述了管网的几何形态和性质。结合蒸汽管道瞬变流方程及其特征线求解方法,建立了蒸汽管网节点的瞬变数学模型,得到了蒸汽管网运行的瞬变分析与模拟方法。瞬变分析与瞬变数学模拟反映了蒸汽管网的运行波动．对预测蒸汽管网运行波动和水击易发点、提高运行管理水平具有现实意义。     

An analytical solution for geotextile-wrapped soil based on insights from DEM analysis

This paper presents a novel analytical solution for geotextile-wrapped soil based on a comprehensive numerical analysis conducted using the discrete element method (DEM). By examining the soil–geotextile interface friction, principal stress distribution, and stress–strain relations of the constituent soil and geotextile in the DEM analysis, a complete picture of the mechanical characterization of geotextile-wrapped soil under uniaxial compression is first provided. With these new insights, key assumptions are verified and developed for the proposed analytical solution. In the DEM analysis, a near-failure state line that predicts stress ratios relative to the maximums at failure with respect to deviatoric strain is uniquely identified; dilation rates are found to be related to stress ratios via a single linear correlation regardless of the tensile stiffness of the geotextile. From these new findings, the assumptions on the stress-state evolution and the stress–dilatancy relation are developed accordingly, and the wrapped granular soil can therefore be modeled as a Mohr–Coulomb elastoplastic solid with evolving stress ratio and dilation rate. The development of the proposed analytical model also demonstrates an innovative approach to take advantage of multiscale insights for the analytical modeling of complex geomaterials. The analytical model is validated with the DEM simulation results of geotextile-wrapped soil under uniaxial compression, considering a wide range of geotextile tensile stiffnesses. To further examine the predictive capacity of the analytical model, the stress–strain response under triaxial compression conditions is solved analytically, taking both different confining pressures and geotextile tensile stiffnesses into account. Good agreement is obtained between the analytical and DEM solutions, which suggests that the key assumptions developed in the uniaxial compression conditions also remain valid for triaxial compression conditions.     

二甲醚作为城市燃气的可行性分析

进行了二甲醚与LPG和天然气的性质比较,探讨了二甲醚作为城市燃气的可行性。二甲醚可替代LPG作为城市燃气,但管道输送压力不宜过高,供气范围不宜过大。     

高压输气管道破裂泄漏事故影响分析

论述了城市高压输气管道安全控制的现状,造成城市高压输气管道破裂泄漏的主要潜在危险因素,高压输气管道破裂泄漏事故过程分析,泄漏量、喷射火焰高度、爆炸冲击波损害半径的计算,提出了天然气高压输气管道及设施的安全防范措施.     

高压燃气管道非稳态流动的特征线法模拟研究

采用特征线法对高压燃气管道非稳态流动的数学模型进行了数值求解,考虑能量方程,对燃气管网非稳态流动进行了理论分析,解决了由于忽略能量方程所带来的计算精度低的问题,编制了用气负荷随时间变化时压力、温度、流量沿管道分布的动态模拟程序,给出了计算实例。模拟数据和实际数据非常接近。     

基于事件树的天然气管道风险定量分析

提出了以事件树分析为主线,结合故障树分析的城镇天然气管道风险定量分析方法：将管道泄漏分为渗透泄漏、穿孔泄漏和开裂泄漏3种泄漏模式;以管道泄漏为故障树分析的顶事件,分析管道泄漏的原因和概率;以管道泄漏为事件树分析的初因事件,分析管道泄漏在各种情况下造成的后果序列;以故障树分析事件树中后续事件的概率,以初因事件的概率和后续事件的概率计算后果事件的概率;分别对各个后果事件进行后果危害程度分析和经济损失估计;累加每个后果事件的经济损失数学期望,得到整个管道系统的风险值。     

燃气管道输送天然气与焦炉煤气能力的分析

分析了在相同条件下燃气管道输送天然气与焦炉煤气能力的差异,以及在不同条件下燃气管道输送天然气或焦炉煤气能力的变化。     

天然气多气源混输系统的安全性分析

天然气省级管网是一个多气源混输系统,存在气源多元化、压力超高压化、管网结构复杂的特点,系统运行过程中可能出现输气能力、接收能力、调峰与气质互换性方面的安全性问题。对这些安全性问题进行分析,对提高系统安全性提出了建议。     

天然气长输管道中水化物生成的分析与控制

根据天然气的性质参数，对长输管道输送工况下水化物的生成进行了分析，获得了水化物的生成规律与界限参数，提出了通过控制天然气初始参数防止水化物生成的方法。