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.     

模型参数不确定性对排水管网功能状态评价的影响

降雨时空分布的随机性,下垫面的复杂性,以及管网在设计、施工、使用过程中的不确定性,导致排水管网水力模型参数取值存在着不确定性.为了评估参数不确定性对节点和管道功能状态评价的影响,建立了考虑降雨输入、产流、汇流、管网水动力计算各过程不确定性参数的分析模型.根据建模流程的参数要求和文献结论,选择了暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)建模过程中的14个参数作为不确定性参数;基于模型参数的增量对计算结果的影响分析,进行了参数灵敏度排序,选取了5个主要参数进行不确定性分析;基于SWMM求解器,采用Monte Carlo随机模拟方法计算了节点、管道的失效概率和相应的溢流时间、体积、充满度模拟均值、变异系数;通过对比参数取中值的确定性工况计算出的节点、管道的相应结果,分析了不确性与确定性分析结果的差异性.算例分析结果表明:在降雨输入和模型计算过程中均存在影响较大的不确定性参数,有必要考虑模型计算全过程参数的不确定性;相对于确定性工况,不确定性分析模型对高风险概率的节点和管道具有较好的识别效果;不确定性分析识别出的不可靠节点的溢流时间、体积模拟值相对确...     

给水管网微观模型水力校正研究

研究节点流量已知情况下管网模型的校正.实测部分有代表性管段的摩阻,根据所测数据建立了关于敷设年代、管材、管径的摩阻灰色推定模型,推算出全部管段的摩阻估计值,再利用遗传算法对整个管网的摩阻系数进行精确校核,将调整后的摩阻系数与摩阻初始估计值的差值作为惩罚项,使遗传算法围绕摩阻初始估计值寻优.工程实例表明,利用此方法进行校核,遗传算法的寻优结果更加符合摩阻的真实情况.     

多管材给水管网水力计算的探讨

根据多管材给水管网的水流特点及其水头损失计算公式，确定了给水管网沿线流量折算节点流量的折算系数的取值，应用有限元法分析多管材供水管网的水力平衡计算数学模型，由各个管段的水力平衡单元矩阵方程集合为给水管网水力平衡的整体矩阵方程，通过引入节点水压边界条件并迭代求解管网水力平衡整体矩阵方程——对称正定线性方程组，得出各项水力要素。给出了计算程序框图，编写了通用电算程序，经实例计算表明，能够快捷准确地完成多管材给水管网的水力平衡计算，满足设计计算要求。     

城市供水管网抗震可靠性评估的随机模拟方法

在进行管网抗震可靠性评估时,现有方法大多采用相同方式进行管道的渗漏与爆管水力模拟,这会导致管网水力模拟及可靠性评估结果的不准确。考虑到地震时管道破损具有很大的随机性,对城市供水管网抗震可靠性评估的随机模拟方法进行研究。应用蒙特卡洛模拟产生管网震损场景,用泊松随机数与均匀随机数判定管道工作状态,用正态随机数确定管道渗漏系数;利用EPANET软件中喷嘴及管道关闭功能实现管道渗漏及爆管等效模拟,提出将长管道分段并应用"分步迭代"法求解低压管网水力方程,提高震损管网水力模拟精度。以震损场景下节点流量统计平均值与正常时节点流量的比值作为可靠度指标,分别采用所提出算法及GIRAFFE软件对云南某古镇供水管网在VⅢ、IV烈度时抗震可靠性进行评估,评估结果证明了所提出算法的可行性。评估结果还表明,除地震烈度外,管网本身水力条件对供水可靠性影响较大,管网末端、支管服务区域及地势较高区域供水可靠性远低于干管服务区。     

供水管网地震漏损蒙特卡洛模拟分析

为研究供水管网在不同地震烈度下的漏损情况和水力特性,基于管道地震破坏评估模型和概率分析方法,对不同地震烈度下管线的破坏概率和渗漏状态进行了计算分析,引入折减系数对管段抗震可靠度分析方法进行改进,并与传统计算方法比较,验证了其合理性。发展了Monte Carlo模拟技术在供水管网流分析方面的应用,并考虑带渗漏和爆管两种出流方式。编制程序对一大型管网进行了模拟分析,给出了震后带漏损情况下管网的漏失率和破坏情况,结果与实际地震灾害情况相符。     

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.     

结合夜间最小流量法的减压阀经济效益模型

为了对城市管道漏失进行有效控制,根据压力驱动漏失水力模型结合夜间最小流量法,确定管网节点的漏失系数,建立考虑压力引起漏失量的改良水力模型——减压阀经济效益模型.该模型使用遗传算法进行求解,以管道漏失量最小化为目标函数,以减压阀最大安装数量、节点压力流量方程、最大允许漏失率为约束条件,求出减压阀安装数量及安装位置,再从所有可行解里面选择一组花费最小的解作为最优解.并以HJ分区为例详细讨论减压阀经济效益模型的求解过程,对实际的管道漏失控制具有指导意义.     

成品油管网水力计算的有限单元法

借鉴给水工程中管网水力计算有限单元法的基本原理，并结合油品管路的摩阻计算方法，探讨了利用有限单元法对成品油管网进行水力计算问题．研究表明，有限单元法用于成品油管网的水力计算切实可行．具有计算速度快、上机前准备工作量小和编程简单等优点．     

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.     

基于蒙特卡罗法管道失效概率的计算

含缺陷压力管道的可靠性在工程中是十分重要的。针对石油工业管道上可能存在的各种缺陷类型,要充分考虑缺陷尺寸、工况载荷等参数的不确定性,而引入了蒙特卡罗法对这些不确定的参数进行随机抽样。蒙特卡罗法是以概率和统计理论方法为基础的一种计算方法,能够比较逼真地描述具有随机性质的事物的特点,克服了确定性失效评定方法的缺点,较为准确地计算出管道的失效概率,为石化企业诊断系统安全提供了一个技术手段。     

基于随机配点法的饱和-非饱和水流运动模拟

为解决土壤水分运动的不确定性问题,研究了随机配点方法,并应用此方法建立了饱和-非饱和水分运动的随机模型,考虑了土壤分层及参数分布函数的差异,视渗透系数等参数为随机输入,探讨了土壤中水分运动的随机数值模拟,分析了随机配点法的计算性能和选点原则。研究结果表明:基于随机配点法的饱和-非饱和水分运动模拟相比于传统的Monte Carlo模拟极大地节省了计算成本,提高了计算效率;随机配点法可以直接在经典非饱和模型基础上搭建随机模型,这种方法能够快速地构建出水头的概率分布函数;不同的非饱和输入参数对水头的不确定性产生不同影响;随机参数的分布类型会影响到水分运动不确定性的预测。     

二维和三维Gauss随机粗糙面的Monte Carlo仿真

通过二维Gauss随机粗糙面的相关函数及其表面谱密度函数,应用Monte Carlo方法,建立了二维Gauss随机粗糙面模型,并采用均方根高度和相关长度对随机粗糙表面的高度起伏影响进行了特性分析,将二维的推导方法扩展到三维,建丑了三维Gauss随机粗糙面模型。     

边坡稳定不确定性分析的贝叶斯方法

在边坡稳定分析中,存在着各种不确定性因素,传统的稳定性分析模型很难得到合理的预测结果.尝试应用贝叶斯理论对边坡工程模型的不确定性进行分析,并借用蒙特卡洛方法对随机样本进行模拟抽样,从而描述其不确定性.贝叶斯方法充分利用了各种信息,使得到的结果更加合理,贝叶斯方法是描述模型不确定性的一个有力工具.边坡算例分析结果表明贝叶斯方法能够很好地描述边坡稳定不确定性.     

不确定条件下多产品间歇过程优化研究

针对不确定参数数目增大时不确定条件下间歇过程优化较难求解的情况 ,提出了新的求解策略。将蒙特卡罗积分策略与求解二阶段随机规划的可行域算法相结合 ;依据间歇过程特性 ,避免求解一系列可行域限定子问题 ;将积分值抽样点数与Benders算法主问题优化限定条件中的抽样点数相区别 ,利用两组抽样点求解。新的求解策略使不确定参数数目增大的情况下间歇过程优化问题变得较易处理 ,算例证明了该算法的有效性。     

两相流相关流量计的Monte Carlo模拟

本文分别给出了利用Monte Carlo方法研究气/液两相泡状流脉冲超声相关流量测量系统和电容相关流量测量系统的仿真结果     

随机因素影响下二力杆结构的蠕变损伤问题

根据蠕变损伤理论和可靠性理论,考虑到蠕变损伤参数的随机性质,建立了在随机因素影响下的蠕变损伤概率失效模型.运用蒙特卡洛抽样法计算出相关构件的蠕变损伤图、应力图和概率损伤图.计算结果表明,不同性质结构随着时间、材料损伤和应力的变化情况,并对蒙特卡罗抽样算法进一步讨论,提出了简便的计算方法.     

埋地管线均匀腐蚀失效力学模型及随机分析

针对埋地管线在外部荷载和腐蚀联合作用下导致的失效问题,综合考虑埋地管线纵向和环向受力特性、腐蚀规律,建立失效预测模型,在此基础上运用一次二阶矩法(FOSM)对模型和参数的不确定性进行随机模拟,并对影响管道失效的主要参数如内压、残余应力、腐蚀参数等进行敏感性分析.结果表明:一次二阶矩(FOSM)与蒙特卡罗法(MC)计算结果基本符合,采用FOSM计算埋地管线的腐蚀失效概率是可行的;内压和残余应力的均值、变异系数越大,管道失效概率越大;残余应力随着腐蚀的发展逐步释放,在管道使用后期对失效的影响减小;管道失效概率在使用10～20a内增长迅速,之后由于腐蚀的自我抑制作用增长缓慢.内压、残余应力、壁厚、屈服强度和腐蚀是影响管道失效的5个重要因素,其中腐蚀尤为重要,减缓腐蚀速度的管道防腐技术可以有效减少管道的失效概率,延长管道使用寿命.     

含相关非正态变量边坡可靠度分析的子集模拟方法

提出了分析含相关非正态变量高维小失效概率可靠度问题的子集模拟方法,采用Nataf变换方法成功地解决了输入变量相关时子集模拟方法样本点的模拟问题.编写了基于MATLAB语言的计算程序SUBSETREL,并以岩质边坡稳定可靠度问题为例证明了所提方法的有效性.结果表明:该子集模拟方法能够有效地分析含相关非正态变量高维小失效概率的边坡可靠度问题.子集模拟方法的计算精度和蒙特卡洛模拟方法相当,计算效率远远高于传统的蒙特卡洛模拟方法.此外,该方法在分析含有复杂的隐式及非线性功能函数的边坡可靠度问题方面体现出明显的优越性.研究成果极大地拓展了子集模拟方法在边坡可靠度分析中的应用.     

不同随机场模拟对斜坡失稳风险评估结果的影响

使用不确定性分析方法定量评估斜坡失稳风险结果受到学者们的日益重视。针对现有斜坡失稳风险评估中仅采用平稳随机场模拟土体抗剪强度参数分布特征的问题,以一不排水饱和粘土斜坡为例,结合有限元极限分析、强度折减法和蒙特卡洛模拟,讨论了使用非平稳随机场模型和平稳随机场模型模拟土体抗剪强度参数对计算斜坡失稳风险评估结果的影响。结果表明：使用传统的平稳随机场计算斜坡失稳风险的方法会高估斜坡失稳风险,使工程造价增加;安全系数高的斜坡滑面不一定是浅层滑面;斜坡竖直相关距离对采用非平稳随机场计算其失稳风险结果影响较小,而斜坡竖直相关距离对采用平稳随机场计算其失稳风险结果影响显著;斜坡竖直相关距离对滑动面位置和形状的影响较弱。