给水管网水质模拟研究

目的使用基于水力瞬变模型数值求解水质模型的方法．解决给水管网的水质变化问题．方法通过耦合求解水力瞬变模型和水质模型，用数值模拟管网的水质状况．在计算中适当调整水质时段和水力时段，使模拟结果收敛．结果从余氯衰减模拟结果看，水力瞬变事件通常会加速管网内水质恶化；并且，应用水力瞬变模型也可以模拟稳态下的水质．结论基于水力瞬变模型，应用有限差分法，用数值求解水质模型能够全面准确地反映不同工况下给水管网内的水质变化状况．     

基于稳态传质扩散方程的给水管线余氯模拟研究

在传质扩散方程的基础上,研究其稳态情况下的求解过程,建立了一根管段上余氯随位置变化的衰减模型,讨论了余氯随管段距离的衰减系数与余氯反应衰减系数的关系,并通过一根实际管段进行验证,模拟结果与实测值吻合较好.     

给水管网余氯的混沌特性与预测

基于混沌理论，研究了给水管网余氯时间序列的混沌特性．并根据混沌理论的最大Lyapunov指数对其进行了预测的研究．采用混沌理论的特征参数一一关联维数和最大Lyapunov指数分析了余氯时间序列的混沌特征．通过实例分析证明给水管网的余氯时间序列存在混沌特征．基于最大Lyapunov指数提出了给水管网余氯的预测模型，实例研究结果表明不需要管网其他监测点或其他水质监测数据的辅助，该方法能够进行连续多步预测，并且其在最大可预测时间尺度内的预测精度较高而且比较稳定，而在最大可预测时间尺度外的预测精度下降很快并且预测稳定性较差．     

供水管网内生物膜与余氯衰减交互作用

为研究生物膜与余氯衰减之间的交互作用,通过静态试验、动态试验相结合的模拟方式,在自制供水管网模拟装置内进行实验.选择铸铁、PE、不锈钢3种管材及1,3,4 mg/L 3个投氯量,多角度研究不同质量浓度余氯存在条件下生物膜的形成和发展差异,以及生物膜作用下的余氯衰减情况,探讨管网内余氯和生物膜的相互影响.结果表明:余氯质量浓度对生物膜的形成和发展具有较显著的影响,另一方面,在生物膜作用下,余氯衰减呈现不同的规律,二者之间交互作用,具体表现为:投氯量升高,PE和不锈钢管内生物量均逐渐降低,而铸铁管内生物量反而升高;在生物膜作用下,余氯衰减分为快速消耗阶段(0~30 min)和稳定消耗阶段(30 min之后);铸铁管内生物膜对余氯衰减状况影响较大,PE管次之,不锈钢管对余氯衰减影响最小;生物膜的生物多样性对余氯衰减影响不大,而生物量与余氯衰减之间关系密切;流速和初始氯质量浓度对余氯衰减影响较大.本研究结果可为供水管网氯消毒的控制以及氯衰减模型的建立提供必要的理论支撑,强化管网水质安全的保障.     

供水管网水质模型中余氯在主体水中的衰减情况分析

在供水管网中,影响余氯消耗的因素有很多,本文主要研究影响余氯在主体水中衰减的因素.通过研究发现,主体水中p H的变化对余氯衰减速率常数(kb)的影响不大,而随着温度(t)、初始氯质量浓度(C0)以及有机物质量浓度(TOC)的变化,kb均有显著变化,这些变化可以用一级反应动力学模型模拟出来,并建立主体水余氯衰减水质模型.将模型应用于实际管网中,可增强模型的实用性.     

基于理想余氯质量浓度的给水管网二次加氯优化

针对给水管网余氯质量浓度分布不均对管网水质造成较大的影响等问题,提出给水管网二次加氯2级优化动态模型,第1级是以满足管网余氯覆盖条件下加氯点数最少(即加氯点建设投资最少)为优化目标的加氯点选址优化模型,用余氯覆盖集表示加氯点对监测结点的水质影响程度.第2级提出基于理想余氯质量浓度的加氯速率优化模型,并结合算例对模型进行验证和分析.结果表明,该模型能够得到合理的加氯点选址方案和周期性加氯速率方案.二次加氯优化模型可以使管网余氯时空分布更为均匀且接近理想余氯质量浓度,同时可降低消毒剂投加量,从整体上改善管网水质.     

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.     

低速冲击下复合材料层合板的损伤过程模拟

运用一种精度较高的高阶位移位模型复合材料层合板的应力分析，在分层损伤处采用沿厚度分段抛物线插值的方法拟合横向剪应力，运用该方法进行冲击损伤过程的计算，可以不用重新生成网格，并能计算多个分层同时扩展的情况，最后，将计算模拟结果与献的实验数据进行比较，说明了本方法正确和有效性。     

输气管线中减压波传播特性模拟及分析

结合相平衡计算模型、声速计算模型和气体流出速度模型等建立了输气管线中减压波波速预测模型。采用该模型分析研究了气质、初始温度、初始压力对减压波特性的影响,以及计算时选择不同的状态方程对预测结果的影响等。结果表明,重组分含量较大的组分在破裂过程中容易进入气液两相区,减压波曲线出现“平台”,较低的初始温度和较高的初始压力相对增大了裂纹扩展的风险,在计算过程中,需要选择合适的状态方程。     

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.     

供水管网余氯量浓度的分布研究

目的为了分析城市供水管网的节点余氯量浓度在整个管网的分布状态.方法根据余氯在水管的衰减模型,依据节点物质守恒定律,确定供水管网节点余氯量浓度的计算公式;由管网所有节点建立余氯量浓度连续性方程组,采用高斯-赛德尔矩阵迭代法求解线性方程组,计算出各节点的余氯量浓度.结果以管网各个节点为离散点,用三角网格等值线法对余氯量浓度进行等值线分析,确定整个管网余氯量浓度的分布情况;并用管网算例进行程序方法的验证.结论有效地解决了管网节点余氯量浓度的计算问题,该计算方法可行,结果合理;可以了解余氯量在整个管网的近似分布情况,为维护和管理管网,提高管网水质提供基础.     

配水管网水质变化的研究（Ⅱ）：余氯消耗动力学机制的研究

在考虑了余氯在管道中与管道水中有机物和无机物的反频,与管壁附着的细菌膜的反应,在管壁腐蚀过程中的消耗及管壁与水流之间余氯的质量传输等影响因素的基础上,创新发展了余氯在配水管道中的消耗动力学方程。结合配水管网的水力分析与计算,给出了配水管网中余氯浓度的计算公式。该模型被用于实际的配水管网,计算值与观测值取得了较好一致性。     

供水管网中余氯浓度模拟计算及工程应用

供水管网中的余氯浓度指示供水管网水质安全状况,手动或者在线仪表检测余氯浓度,都不能全面地动态地反应整个管网余氯的变化规律.在供水管网数字化水力模型基础上,运用拉格朗日动态水质算法对中国南方某市管网余氯量进行了仿真计算,并采用分布式并行遗传算法对水质模型参数进行了校核,最后模拟的结果和现场实测结果非常吻合.这表明,经过校核的水质模型具有一定的工程应用价值.     

基于SVR的城市供水管网余氯预测分析

支持向量机回归(SupportVector Regression SVR)算法是结构风险最小化原理在函数回归方面的应用。根据北方某城市供水管网余氯的人工采样数据,建立了基于SVR的余氯预测模型,并与人工神经网络、多元线性回归方法进行比较分析,结果表明:在有限样本情况下,SVR模型具有良好的泛化推广能力,各监测点模型预测平均相对误差为1.80%~8.73%,并可获得全局最优解,达到了实用要求,较好地解决了以往管网余氯小样本预测时,常常出现拟合精度高、预测效果较差的问题。     

海船法向靠岸速度数字模拟

根据海船中较为典型的船型（1－5万t)的法向靠岸速度实测子样,采用蒙特卡洛法,通过计算机随机实验对其法向靠岸速度进行随机模拟,并经过统计检验求出法向靠岸速度最大值的分布和最大值的失效概率曲线;并与现行港口工程技术规范建议值及有关资料进行了比较。     

余氯及其终止液对饮用水致变性性影响的试验研究

本文对饮用水余氯在进树脂柱前的终止与否以及终止液对Ames试验结果的影响进行了研究。结果表明,余氯的终止与否对Ames试验结果影响较大,甚至有可能改变水样的致突变性;余氯终止液硫代硫酸钠会分解或掩盖一部分致突变有机物,使致突活性减弱。     

河道水流三维流速场的数值模拟研究

为了寻求一种先进的数值模拟方法来研究河段水流的流场特性,采用VOF紊流数学模型对大渡河安顺场堤防工程兴建河段建堤前后的水流流速场进行了三维数值模拟研究,模拟计算了该河段堤防兴建前后流速场内流速大小、方向、水位等的变化情况。计算表明,VOF紊流数学模型是一种处理复杂自由表面的有效方法。该法不仅具有稳定性好,灵活性强和精度高的优点,而且网格划分灵活,因此能较好地模拟不规则河道边界,很适合于天然河道三维水流流速场问题的数值模拟研究。