瞬变流中MIAB摩阻模型的数值模拟研究

水力瞬变现象是长距离输水系统安全运行时需要考虑的主要问题。由于传统"拟稳态"模型不能准确预测压力波的峰值以及水锤波的衰减过程,因此引入更准确的非恒定摩阻模型模拟瞬变流成为工程安全运行研究的重要内容。本文利用模型试验,通过采用恒定摩阻模型及MIAB摩阻模型进行数值模拟计算,定量分析了两种模型的模拟计算结果与实测压力值的吻合程度,对比分析模型的优劣,提出了通过改进Brunone摩阻系数k的经验公式、现场校正波速和摩阻系数f及研究长距离复杂供水系统的瞬变流动特性,以期进一步提高MIAB摩阻模型模拟计算精度。     

基于非恒定摩阻的管道泄漏数值模拟

输水管道的泄漏事故时有发生,而传统恒定摩阻模型无法精细描述泄漏时瞬变水击压力波的畸变和衰减过程,对管道泄漏检测非常不利。基于此,该文建立了考虑非恒定摩阻的管道瞬变流模型,对比了有无泄漏时非恒定摩阻对瞬变流动规律的影响,并对不同泄漏量和不同泄漏位置时管道泄漏的流量、压力参数变化进行了研究,为瞬变泄漏检测提供了理论指导和支持。模拟结果表明,非恒定摩阻不仅会加快水击压力波的衰减,也会引起相位的改变;泄漏点的存在会引起压力信号产生畸变,且畸变程度随泄漏流量和泄漏位置的变化有所不同。     

管道泄漏检测的水力瞬变全频域数学模型

输水管道泄漏孔的存在及其位置直接影响着系统压力波形的畸变和衰减特性,通过分析有、无泄漏时任意位置处的压头频域特性可使泄漏检测成为可能.在考虑非恒定摩阻影响的基础上,提出基于水力瞬变全频域数学模型的泄漏检测反问题分析方法.用拉氏频域变换处理边界条件和实测数据,并将遗传算法用于频域反问题模型的求解,在寻优速度上比传统的瞬变时域分析的方法有了较大的改善.算例表明基于水力瞬变全频域数学模型分析的管道泄漏检测是一种有效的新方法.     

瞬变流动中液体管道摩阻损失计算方法综述

综述基于拟恒定假设基础上瞬变流控制方程摩阻积分项的近似处理方法,指出传统的拟恒定摩阻模型不能十分准确地描述瞬变流动过程的真实物理现象。总结国外非恒定摩阻的计算模型及各种模型的计算思路与适用范围,指出非恒定摩阻模型的研究方向,期望结合特征线理论使液体管道水击计算更接近实际;提出了不考虑流动过程,应用测量数据辨识校正摩阻系数的新方法。     

水锤计算中摩阻的处理方法综述

管道流体摩擦引起两个问题：数值计算上摩阻项的(显)隐式有限差分近似；(非恒定)摩阻引起的水锤波衰减。后者一直未得到合理解释。本文先总结传统的在拟恒定假设基础上对摩阻的处理．再着重阐述国外对瞬变流下的非恒定摩阻问题的研究进展，并指出一些新思路和研究方向。     

有压管道瞬变流摩阻的数值模拟

以特征线方法为基础建立了求解有压管道水流瞬变过程的主环模型，，编制了简单有奔放这道汉动瞬变过程的分析程序，数值计算中引入了非恒定摩阻项，将这个模型有用于非恒定层流计算，得到了比较合理的结果，能反映压力波形的畸变和近壁区的以向流动，证实了模型的可行性     

水锤计算中摩阻的处理方法

总结瞬变流控制方程摩阻项积分的处理方法,指出这种在传统的拟恒定摩阻假设基础上的处理方法存在问题,着重阐述国外对瞬变流的非恒定摩阻问题的研究进展,分析评述了几类典型的非恒定摩阻模型,并指出一些新思路和研究方向.     

摩阻对有压管道水力瞬变的影响

有压管道水力瞬变的正确分析，对工程安全运行影响较大。文章根据瞬变过程中水流流态的变化，采用变摩阻系数，并对阻力项采用二阶近似，提高了水力瞬变分析的精度。     

摩阻对压力输水管道水力过渡过程计算的影响

采用特征线法计算水力过渡过程,建立了5种阻力项积分数学模型,分别为:用水力瞬变开始时的恒定流阻力系数代替非恒定流阻力系数,摩阻项积分分别采用一阶显式、隐式模式;利用恒定流阻力系数代替非恒定流阻力系数,摩阻项积分分别采用一阶显式、隐式模型;采用Brunone非恒定摩阻模型.通过算例分析表明,这5种不同的阻力项所得的水力过渡过程计算结果基本一致.     

考虑动态摩阻的管道泄漏水力瞬变数值模拟

为了提高管道系统泄漏的模拟和判断精度,将瞬态加速类(Brunone模型)和加权函数类(Zielke模型和Vardy模型)两类动态摩阻模型用于水力瞬变泄漏建模和模拟,并将计算结果与已有的试验数据、模拟结果进行对比分析.结果表明:与传统摩阻模型和存在简化误差的Brunone模型相比,Zielke模型和Vardy模型能更加精...     

瞬变流动中水力摩损的影响研究

本文从水力摩损影响作用的仿真试验和理论解析方法入手，明确了瞬变管流自阀门侧大段管线水压力升高现象，分析了水力摩损对瞬变流动的影响机理．在此基础上，又讨论了表征水力摩损影响强度的单位长度水力摩损相对值的计算和使用方法．最后给出一个水力摩损关于大瞬变流动的影响作用的工程实例     

考虑非恒定摩阻项的水击随机分析

现有水击随机分析中均忽略摩阻项的影响,特别是摩阻项对水击压力波动过程模拟的影响。在研究水击发生条件和影响参数随机性的基础上,建立含非恒定摩阻项的水击随机数学模型。引入矩特征线法对水击过程进行数值模拟。计算结果表明,考虑非恒定摩阻项的水击随机模型不仅可计算最大水击压力,而且能模拟水击压力波动的衰减过程。     

Uncertainty Analysis of Transient Flow in Water Distribution Networks

For transient analysis of a pipe network, the unsteady flow governing equations should be solved to obtain the extreme pressure heads in the system, which may be faced with several uncertainties. To evaluate that to what extent the input uncertainties can affect the system responses, a simulation model based on the fuzzy sets theory is introduced. For this purpose, triangular fuzzy numbers are used to represent the input uncertainties. Then, to obtain the extreme pressure heads in each location of the network and at each level of uncertainty, four independent optimization problems are solved. In these problems, the nodal maximum and minimum pressure heads are the objective functions and the simulation parameters are the decision variables. Accordingly, for fuzzy analysis of a pipe network, a complicated many-objective optimization problem arises. To solve the problem efficiently a many-objective genetic algorithm is coupled to the transient simulation model. To speed up the analysis, a transient simulation model in the frequency domain is used. The proposed model is applied to a pipe network and the results are discussed. The model is found computationally fast and promising for real applications.     

基于多尺度卷积神经网络的管道泄漏检测模型研究

如何有效检测管道泄漏是节水型社会建设迫切需要解决的关键和热点问题之一。近年来基于深度学习的管道泄漏检测方法发展迅速,本文针对传统单尺度卷积神经网络对泄漏特征提取不充分的问题,提出一种基于多尺度一维卷积神经网络(MS1DCNN)的管道系统泄漏检测模型。该方法利用多个不同卷积尺度的卷积通路并行提取管道泄漏的特征并进行泄漏信息的分类预测。基于经典的管道系统布置,利用瞬变流模型生成管道泄漏工况下的三个水压数据集对模型进行验证,三个数据集分别用于预测管道的泄漏位置、泄漏量和非恒定摩阻系数,对应样本数为39601、3980、4900,并将预测结果与其他深度学习方法和传统的机器学习方法进行对比分析。结果表明：MS1DCNN模型对数据集样本下泄漏位置、泄漏量、非恒定摩阻系数的分类准确率达到99.96%、98.48%、100%,三者平均预测精度比传统一维卷积神经网络(1DCNN)、BP神经网络、支持向量机(SVM)和k近邻算法(KNN)提高0.31%、2%、1.27%、22.8%;MS1DCNN在信噪比为-4～12 dB的噪声环境下各数据集的平均F₁分数分别为99.2%、97.02...     

明渠结合有压管调水系统的水力瞬变计算

研究了明渠结合有压管调水系统水力瞬变的数值模拟，采用明渠非恒定流基本方程同时描述明渠的非恒定流和管道的有压汉，对有压流动采用了窄缝法求解，此外，研究了用非恒定流计算方法求解恒定流动，并提出了保证数值计算收敛的措施和方法，作为应用，模拟计算了正在修建的东深供水改造工程的恒定流和水力瞬为流。     

Development of Multiple Leakage Detection Method for a Reservoir Pipeline Valve System

The detection of multiple leakages in pipeline systems has been one of the challenging issues for the control of water loss in water distribution systems. Inverse transient analysis can be a useful principle for predicting leakage through the calibration of location and leakage quantity, based on the pressure reflection that originates from an abnormal boundary condition. In this study, an innovative leakage detection method is proposed to address unknown conditions on multiple leakage dimensions through introduction of revised leakage expressions based on a frequency domain approximation. A multiple leakage function was modified for an efficient representation of multiple abnormalities at a reservoir pipeline valve system. An iterative metaheuristic scheme (IMS) was designed to handle an optimization scheme for multiple leakages using a pressure response for a discharge impulse introduced through value manipulation. In order to address unsteady friction in hydraulic transients combined with multiple leakages, both one-dimensional and two-dimensional models were used to derive leakage expressions for turbulent and laminar flow conditions. An isolated multiple leakage function (IMLF) was proposed to exclusively encapsulate the impact of leakages and unsteady fiction. Considering uncertainties in the hydraulic transient propagation, data noise, and multiple local optima issues in large parameter calibrations, three advanced schemes were modularized to improve detectability of IMS. Several hypothetical examples were presented to show the potential of IMS, validity of three advanced schemes, and robustness in multiple leakage prediction compared to existing approaches.     

Evaluation of Chlorine Decay in Drinking Water Systems for Different Flow Conditions: From Theory to Practice

An intensive study was developed to assess the influence of different flow conditions in the chlorine decay of drinking water systems based on a series of experiments tested on a loop pipe linked to the Lisbon water distribution system. Water samples and chlorine measurements were taken under three distinct flow conditions: (1) steady-state regimes; (2) combined flow situations—an initial steady-state period, followed by successive transient events and a new steady-state period; (3) isolated flow tests—steady-state flow regimes and transient flow regimes performed independently. All the tests were replicated for a typical range of Reynolds numbers in real water distribution systems. More specifically, pressure and velocity variations associated with hydraulic transients or water hammer conditions may degrade water quality. The series of results obtained in steady-state flow conditions confirmed the rate of chlorine decay increases with the Reynolds number and provided evidence that hydraulic transients have a slowing-down effect on chlorine decay rates.     

超长引水明渠水电站的过渡过程和运行调度

过渡过程计算分析对水电站安全运行极为重要。基于一维明渠和有压管道的非恒定流基本理论,针对某具有超长引水明渠的水电站,构建了"长引水明渠+压力前池+压力管道+机组"的过渡过程数学模型。根据边界条件,分别利用特征线法计算有压管道的瞬变过程和Preissmann隐式差分法计算明渠的瞬变过程。重点分析了本电站在机组甩负荷工况和增负荷工况下,引水明渠和压力前池中水位和流量的变化过程。并根据明渠浅水波传播慢的特点,针对电站增负荷工况,提出了该电站合理的运行调度方式,既保证了引水明渠及前池的最低水位满足安全运行要求,又保证了电站运行时一定的经济效益,可对类似的工程运行提供参考。