考虑漏失和用户用水的供水管网PDD模型构建及应用

管网的微观水力模型通常将所有水量依据管段的长度分配到各个节点.通过研究这种供水管网传统水力模型,针对该模型忽略节点流量类别直接将总漏失量平均分配到管网中的问题,将传统水力模型中的节点流量分为用户用水量和漏失水量,并运用改进的一致漏损模型将管段的漏失量按管段长度分配,构建漏失水量与压力之间的关系式,建立压力驱动节点的水力模型(PDD).模型形成后,根据实际测压点数据对模型进行校核,以达到模型校核标准.将该模型应用于Y市实际管网,根据Y市实际管网数据得到的平均漏失率,建立计算供水量与实际供水量的适应度函数,计算供水管网模型中的漏失系数,最终实现基于压力驱动节点流量的供水管网漏失模拟.结果表明,校核后的PDD模型与实际供水管网运行压力情况吻合良好,可以进行管网漏失控制研究及评估.     

供水塑料管道漏失模型及相机压力管理应用

为了精确模拟城市供水塑料管道的物理漏失流量,基于塑料材质黏弹性理论中漏口面积随压力延时变化的机制与孔口出流模型,构建与管道材质、管道内压力、漏口面积和时间有关的供水塑料管道漏失模型.仿照经济学领域中的相机调控,提出相机压力管理方法,以选择更合适的调压策略,实现更精细化的压力管理.采用MATLAB编写粒子群优化算法,调用EPANET 2.2压力驱动水力分析功能,求解供水塑料管道漏失模型,得到各时刻减压阀后压力最优设定值,制定相机调压策略.分别使用传统压力管理方案和相机压力管理方案,在南方沿海某小区进行压力管理实验.研究结果表明,在使用相机压力管理方案后,漏损率降幅为56.0%,效果优于传统压力管理方案,验证了基于供水塑料管道漏失模型制定相机压力管理策略的合理性和可行性.     

城市供水管道失效后果评价模型

为评价城市供水管道发生事故关阀后管网的运行状态,建立了供水管道失效后果评价模型.该模型为二级评价模型,以影响区流量减少情况、非影响区流量减少情况及压力降低情况为3个评价指标;评价模型中所有变量都是节点的属性值,从而易于借助水力模型取值;供水管道失效后果评价模型基于供水管道失效水力模型构建,该水力模型综合运用节点流量初次重分配、节点流量压力驱动自适应调整的方法,并以遗传算法求解.将模型在算例管网中模拟实验,模型应用效果良好,并且根据模型模拟结果,能有效分析管网中阀门布置的合理性及管道担负的角色,可有针对性地提出降低管道失效后果的措施.     

基于瞬变反问题分析的给水管网漏失数值模拟

给水管网漏失问题亟待解决,而漏失的定点及定量是管网漏失控制研究的重要环节.为确定给水管网漏失点和漏失量,提出了基于水力瞬变分析的漏失数值模拟理论框架,指出该问题实质就是求解系统辩识反问题进行参数识别.首先设定漏失系数为系统待识别参数,并给出激励、响应以及二者间的传递模式.然后建立了反问题分析模型,应用特征线法计算雅可比矩阵,运用Newton-Raphson算法最小化压力测量值与计算值之间的偏差求解模型.最后通过算例管网阐明了数值模拟的具体步骤.     

基于图论的环状管网慢变流的计算研究

管网负荷变动的水力过程可以抽象成非恒定流中的慢变流进行研究,这是大量管网运行中的现实现象.对基于图论的环状管网慢变流模型进行分析,利用矩阵论导出了采用链支流量矩阵计算慢变流过程的解析表达式,并在此基础上得到了适于数值模拟的离散求解模型.通过实际算例计算了管段流量和节点水头等水力要素随时间的演化过程.慢变流理论不仅对分析管网系统的水力工况有很大作用,还由于其时间过程所包含的丰富信息使其在管网的水力摩阻识别及漏失故障诊断中具有重要意义.由于引入链支流量矩阵作为因变量,在很大程度上简化了定量计算,将会非常有利于对上述系统识别问题的搜索求解.     

基于遗传算法的供水管网反问题漏失定位

为有效减少城市供水管网漏失,快速、准确确定漏失点的位置及漏失水量,进而实现管网漏失的实时诊断,提出了基于遗传算法的供水管网反问题漏失定位方法.在构建基于反问题分析的微观基础水力模型的基础上,通过对管网漏失量与压力变化的相关性分析,以漏失点所在管网中的位置及漏失点相应的漏失水量为变量,以漏失发生时管网压力监测点的监测值与模拟值的差值最小为目标,建立了基于遗传算法的供水管网反问题漏失定位模型.通过3种工况下的漏失模拟计算,结果表明:所建立的反问题漏失定位模型可以有效地定位漏失点并优化预测漏失水量,可合理高效地制定漏失点检测与定位方案.     

给水管网水质模型管壁余氯衰减系数校正

针对给水管网水质模型中各管道管壁余氯衰减系数难以确定的问题,采用余氯衰减一阶反应模型以及拉格朗日时间驱动动态水质模型,以管网节点余氯浓度作为校正数据,建立了在多工况下管壁余氯衰减系数校正数学模型.提出了基于极大极小蚁群算法的管壁余氯衰减系数校正方法,将可视度与经验余氯衰减系数值相对应,选择最优蚂蚁进行信息素更新.为避免陷入局部最有解,将信息素值限定在一定范围内.在优化求解过程中采用国际通用水力水质模拟软件EPANET2获得所需的校正数据.算例结果表明,在管网水力模型准确和节点流量已知的前提下,采用极大极小蚁群算法对管壁余氯衰减系数进行校正,能够使模型节点余氯浓度的计算值与测量值更好地吻合.     

考虑参数相关性的给水管网模型不确定性分析

给水管网运行环境的随机性与复杂性,导致管网水力模型参数存在不确定性.为分析模型参数的不确定性对模拟结果的影响,基于Monte Carlo随机模拟方法,提出考虑参数相关性的给水管网模型不确定性分析方法.将存在相关性的参数视为具有一定相关系数的随机变量,在Monte Carlo随机抽样阶段,先进行独立正态随机数抽样;当计算随机样本对应的管网模型结果时,通过逆-正交变换和逆-Nataf变换,把独立正态随机数转换为相关随机数,将相关随机数作为管网模型参数值进行水力计算.以管道摩阻系数的相关性和不确定性对模型计算结果中的节点压力和管道流量的影响为重点进行探讨.算例分析结果表明,管道摩阻系数的相关性对不确定性分析结果有显著的影响,考虑相关性与不考虑相关性的计算结果相比,节点压力、管道流量的平均波动值相差比率分别可达70%和60%以上.所以,在给水管网模型的不确定性分析中应该考虑模型参数间的相关性问题.     

“V”形输水管道爆管过渡过程分析与事故控制策略优化

爆管事故是"V"形输水管道运行中可能发生的极端工况,控制外泄流量、防止隔断阀关闭产生2次爆管是爆管事故处理应关注的2个方面.结合工程实例,研究了爆管位置、爆管面积、爆管历时等不确定因素对爆管水力过渡过程的影响,建立了隔断阀关闭规律的优化模型并采用免疫粒子群算法求解,研究了关闭滞后时间对爆管控制效果的影响.结果表明:1)爆管点越低,爆管面积越大,外泄流量越大,爆管点上游正向过阀流速和爆管点下游反向过阀流速越大.2)爆管点既是水锤发生的根源,又具有压力释放作用,最大水锤压力随爆管面积的增大呈现"先增大、后减小"趋势.3)以管线水锤压力和过阀流速最小为目标函数,以上下游隔断阀的关阀序律参数为决策变量建立优化模型,采用免疫粒子群算法(IAPSO)进行求解,可以在保证安全的前提下,尽快关闭阀门,减小爆管损失.     

给水管网管道摩阻校正方法研究

为了提高给水管网管道摩阻系数校正的稳定性和惟一性，提出了新的摩阻校正方法.当节点流量已知时，分析节点压力受管道摩阻变化影响的敏感度矩阵，在敏感度较大的节点上收集校正数据；对大敏感度管道单独校正、对其他管道进行分组校正，从而减少了校正变量的个数；模拟管网的多工况运行，收集足够多的校正数据；将管道摩阻系数的经验估计值引入到蚁群算法的优化计算过程中，提高优化计算的收敛速度.算例分析表明，采用上述方法校正的给水管网水力模型在实际应用中得到的节点压力值与实际节点压力值更为匹配.     

确定输油管道进出站压力的水力坡降线平移方法

对于具有多泵(减压)站的输油管道,在给定输送油品状况和热力状况的条件下,各管段的水力坡降线随之确定,管道的动力费用仅与各站的增压或减压值有关。为确定全线各站的进、出站压力,建立以动力费用作为目标函数,以管道的承压能力和允许最小压力作为约束条件的优化模型。而后将其转化为各站相对独立的以进站压力作为目标函数的优化模型,并提出了求解该模型的水力坡降线平移方法。该方法计算简便,易于编程,特别适合于成品油管道,并已应用于兰成渝成品油管道的运行调度系统。     

热水集中供热管网泄漏故障诊断模型

为了降低热水集中供热管网泄漏故障率及提高故障点检测效率,应用网络图论理论,建立管网节点泄漏水力工况计算模型。该模型采用供热管网平面拓扑结构,能够对管网节点泄漏工况进行模拟与预测。针对模拟管网水泵定扬程运行方式,分析供回水干管不同泄漏节点、不同泄漏量对管网水力工况的影响。结果发现：供水干管发生泄漏,会导致用户压差及流量减小;而回水干管发生泄漏,则增大。无论供水或回水干管,泄漏点之前各用户离泄漏点越近,变化程度越大;泄漏点之后各用户变化程度相同,且均大于泄漏点之前各用户。     

燃气管道的动态泄漏研究

城市燃气管道在分段阀门关闭之后的泄漏是一个复杂的动态泄漏过程,在泄漏过程中燃气的流动状态和燃气的参数均随时间发生变化。结合管道泄漏扩散模型,计算了泄漏口处的流量、泄漏中心点压力等参数,并利用Origin数学分析软件分析了参数随时间的变化情况。研究结果表明,亚临界流泄漏阶段所持续的时间是临界流泄漏阶段持续时间的2倍以上,临界流和亚临界流两个阶段的压力下降速率相差较大;管内压力越大,临界流泄漏阶段和亚临界流泄漏阶段泄漏口流量下降速率相差越大;虽然临界流泄漏阶段泄漏时间较短,但在此阶段泄漏率较高,存在较大的危害性;通过拟合得出了泄漏口处的流量、泄漏点中心压力随时间的变化规律。研究结果可为城市燃气管道泄漏事故的预防及应急救援提供数据参考。     

控制阀的流量自感知及其在外泄漏自感知中应用

控制阀的外泄漏会造成物料损失,污染环境,甚至还会造成严重事故。利用控制阀外部的传感器来测外泄漏的传统方法低效,属于事后检测,使外泄漏事故得不到及时处理。为了实现控制阀外泄漏的快速自动检测,本文提出一种便于在工业现场实施的基于控制阀流量自感知的外泄漏检测方法。根据被控流体压力、控制阀开度等数据,建立控制阀的流量自感知模型,使控制阀具有流量自感知的能力。如果没有外泄漏,则由控制阀入口流进的流体质量和由出口流出的流体质量相等。如果控制阀发生外泄漏,则由控制阀入口流进的流体质量和由控制阀出口流出的流体质量不等,同时由于控制阀出口的流体质量减小,导致控制阀出口的压力等参数发生变化。为了恢复刚才泄漏前的稳态,闭环控制器向控制阀驱动器发出调节指令,增大阀门的开度,增加控制阀入口流量,以抵消外泄漏造成的影响。在相同的开度增量条件下,外泄漏引起的流量增量与正常操作所引起的不同。在实施控制阀的泄漏自感之前,根据平时正常的工况,预先确定各开度条件下的质量流量的名义最大值。根据流量自感知模型的质量流变化率和名义最大值,阀门控制器内嵌的泄漏诊断程序可实现外泄漏的自诊断,并发出外泄漏故障信号。此外,带流量自感知模型的控制阀,能当流量计用,可省掉管路中的流量测量设备。研究结果证明了所提出的外泄漏自感知方法的有效性。     

掺氢天然气管道输送工艺特性

将氢气掺入现役天然气管道中混输是实现氢气大规模、长距离、低成本储运的有效方法,但是氢气的掺入会对天然气管道水力特性和安全等方面造成较大影响。为此,采用SPS软件对不同混氢比（均为摩尔分数）的天然气管道输送工况和泄漏工况进行仿真计算,探究掺氢对天然气管道水力特性、离心压缩机运行特性、泄漏后截断阀压降速率及泄漏量的影响。结果表明,掺入氢气会降低天然气管网的输气效率和压缩机性能,可通过增大压降的方式确保管道输气效率不变;在相同天然气需求下,随混氢比的增大,管道动态压力波动减小;掺氢天然气管道泄漏后,随着混氢比的增加,压降速率和泄漏量均增大,管线截断阀压降速率阈值设定值也要相应增大。该研究成果为确定天然气管道最大混氢比的研究奠定了一定基础,为天然气管道掺氢输送工艺的确定提供了有效借鉴。     

架空蒸汽管道水力热力联合计算模型研究及应用

针对蒸汽管道存在的高能耗、低效率、设计不合理等技术问题,通过导出蒸汽稳定流动公式、稳态导热公式和热流量公式建立了架空蒸汽管道水力热力一体化计算模型,并用IAPWS-IF97公式获得较为精确的蒸汽状态参数。实例计算结果表明,管道温度和压力计算误差均在8%以内,模型计算精度较单纯水力计算有很大提升。该模型可为架空蒸汽管道在现有生产条件下确定合理的运行参数及蒸汽管道的设计提供依据。     

基于神经网络的气体管道泄漏检测与定位

针对建立气体管道准确机理模型比较困难的问题,提出基于压力时间序列的神经网络来进行气体管道泄漏检测与定位的方法。针对管道的流量测量的精度较低且安装流量计会破坏管道原流场的问题,提出采用主动施扰法检测气体管道不同位置的压力信号,利用压力时间序列神经网络获取泄漏点的位置信息和泄漏量信息,并通过实验分析泄漏位置不同和泄漏量大小对检测精度的影响。实验结果表明,该方法能实现气体管道泄漏检测与定位,并且精度较高。     

Dynamic characteristics of hydraulic power steering system with accumulator in load-haul-dump vehicle

Using hydraulic power steering system of model EIMCO 922 load-haul-dump vehicle as a simulation example, the dynamic characteristics of hydraulic power steering system in load-haul-dump vehicle were simulated and discussed with SIMULINK software and hydraulic control theory. The results show that the dynamic characteristics of hydraulic power steering system are improved obviously by using bladder accumulator, the hydraulic power steering system of model EIMCO 922 load-haul-dump vehicle generates vibration at the initial stage under the normal steering condition of pulse input, and its static response time is 0.25 s shorter than that without bladder accumulator. Under the normal steering working condition, the capacity of steering accumulator for absorbing pulse is directly proportional to the cross section area of connecting pipeline, and inversely proportional to the length of connecting pipeline. At the same time, the precharge pressure of nitrogen in steering accumulator should he 60%-80% of the rated minimum working pressure of hydraulic power steering system. Under the abnormal steering working condition, the steering cylinder piston may obtain higher motion velocity, and the dynamic response velocity of hydraulic power steering system can he increased by reducing the pressure drop of hydraulic pipelines between the accumulator and steering cylinder and by increasing the rated pressure of hydraulic power steering system, hut the dynamic characteristics of hydraulic power steering system in load-haul-dump vehicle have nothing to do with the precharge pressure of nitrogen in steering accumulator.     

燃气管线大孔亚临界流泄漏的实验研究

为了确定燃气管线大孔亚临界流泄漏的计算方法,对燃气管线大孔泄漏的泄漏特征进行了分析,以小孔泄漏模型和管道破裂模型为基础,建立了大孔亚临界流泄漏模型,给出了大孔亚临界流泄漏强度的计算公式。为考察计算公式的正确性和适用性,搭建了燃气管线泄漏强度测定实验台,测试了不同泄漏孔径和入口压力下大孔泄漏强度的变化。将实验测试结果与理论计算结果进行了对比分析,结果表明此大孔亚临界流泄漏模型在泄漏孔径较小时吻合程度很好