[發明專利]管網系統非恒定流模擬方法

有效

• 申請號: 201310403886.X
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN103455725A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 楊建東;王超;楊桀彬
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

1.一種管網系統非恒定流模擬方法，其特征在于，包括步驟：

（1）根據管道特性將引水發電系統中的管道選擇劃分為顯格式差分計算管道或隱格式差分計算管道；

（2）對于顯格式差分計算管道與顯格式差分計算管道相連，由兩管道邊界分別提供的正負特征線方程和伯努利方程求取邊界斷面上的水頭和流量，由顯格式差分計算管道內部各斷面的正負特征線方程求解各內部斷面的水頭和流量；

（3）對于顯格式差分計算管道與隱格式差分計算管道相連，將顯格式差分計算管道的邊界特征線方程通過連接節點處的連續性方程和能量方程轉化為隱格式差分計算管道的前掃描方程，并通過隱格式差分計算管道將前掃描方程傳遞到隱格式差分計算管道末斷面邊界節點，形成廣義的特征線方程，與隱格式差分計算管道末斷面邊界節點的邊界條件聯立求解得到該末斷面邊界節點處的水頭和流量，通過后掃描過程求解得到隱格式差分計算管道內各斷面及與之相連的顯格式差分計算管道邊界處的水頭和流量；

（4）對于隱格式差分計算管道與隱格式差分計算管道相連，采用伯努利方程將相連的隱格式差分計算管道合并連接為一隱格式差分計算管道，再結合上下游邊界條件采用追趕法求取隱格式差分計算管道邊界和內部各斷面的水頭和流量。

2.如權利要求1所述的管網系統非恒定流模擬方法，其特征在于：

所述的根據管道特性將引水發電系統中的管道選擇劃分為顯格式差分計算管道或隱格式差分計算管道，具體為：

將變截面管道、短管、明渠、明滿流和河段作為隱格式差分計算管道，其他長棱柱體管段作為隱格式差分計算管道或顯格式差分計算管道。

3.如權利要求1所述的管網系統非恒定流模擬方法，其特征在于：

對于復雜管網，基于拓撲樹對其進行分層和求解，具體如下：

將復雜管網中子管線等同樹枝或樹葉，將復雜管網等同拓撲樹，樹根向樹葉方向為恒定流時水流方向，從樹根向樹葉層號逐漸增大，連接同一樹枝或同一層樹枝的樹枝或樹葉為同層，前掃描方向由樹葉到樹根，后掃描方向由樹根到樹葉，層號相同的子管線間并行求解；

所述的復雜管網為存在分叉或匯合關系的隱格式差分計算管道構成的局部管網；所述的子管線為復雜管網中上下游水庫之間、上下游水庫和多出節點之間及多出節點之間的管道或串聯管道。

4.如權利要求3所述的管網系統非恒定流模擬方法，其特征在于：

對于包括一個含有附加未知量節點的復雜管網，基于拓撲樹對其進行分層和求解，具體如下：

以該含有附加未知量節點為拓撲樹樹根邊界節點，以復雜管網中子管線為樹枝或樹葉，構建拓撲樹，由樹根到樹葉層號逐減小，采用追趕法求解，前掃描方向由拓撲樹樹葉向樹根，將前掃描求解結果集中于該含有附加未知量節點進行求解，再通過后掃描求解各層子管線各斷面水頭和流量。

5.如權利要求3所述的管網系統非恒定流模擬方法，其特征在于：

對于包括兩個及以上含有附加未知量節點的復雜管網，基于拓撲樹對其進行分層和求解，具體如下：

選擇其中一含有附加未知量節點為拓撲樹樹根節點，對其他的含有附加未知量節點分別進行如下局部迭代：

（1）假設含有附加未知量節點的迭代量為已知量，所述的迭代量為含有附加未知量節點的流量增量或水頭增量；?????????

（2）將假設的迭代量代入前掃描方程，采用追趕法獲得該含有附加未知量節點處斷面水頭或流量，記為H_S；將假設的迭代量代入該含有附加未知量節點的邊界條件，求得該含有附加未知量節點的水頭或流量，記為H_T，若H_S?=?H_T，則以該迭代量為該含有附加未知量節點的已知參數對復雜管網進行分層和求解；若H_S和H_T不相等，執行步驟（3）；

（3）令迭代值為該含有附加未知量節點的上一時刻迭代值和修正值的平均值，重新執行步驟（2），將步驟（2）獲得的H_S代入該含有附加未知量節點的邊界條件獲得的該含有附加未知量節點的流量或水頭，即為所述的修正值。