[發明專利]一種基于瞬變模擬的供水管網串聯管道簡化方法

有效

• 申請號: 201810219534.1
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN108664684B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 鄭飛飛;黃源;張土喬;張清周;何桂琳;俞亭超;邵煜
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/20;G06Q50/06;G06F113/14
• 代理公司: 杭州天昊專利代理事務所(特殊普通合伙) 33283
• 代理人: 何碧珩

1.一種基于瞬變模擬的供水管網串聯管道簡化方法，其特征是，包括以下步驟：

(1)識別管網模型中的串聯管道元系統，形成集合SP＝{SP₁,SP₂,...,SP_N}，其中N為串聯管道元系統的個數，串聯管道元系統包括兩根串聯管道P₁和P₂、兩端連接節點J₁和J₂、中間連接節點J₃、節點J₁的外部連接管道P₃和節點J₂的外部連接管道P₄組成，其數學表達為

SP＝{(P₁,P₂),(J₁,J₂),J₃,(P₃,P₄)} (1)；

(2)確定串聯管道元系統的簡化誤差，形成集合E＝{E₁,E₂,...,E_N}，根據最小二乘法建立如下的優化目標函數，以計算串聯管道元系統的簡化誤差E，即

式中，p_e是簡化后的等效管道，以替換原始的串聯管道P₁、P₂和中間節點J₃；下標0和e分別表示簡化前和簡化后；w₁和w₂為權重系數，表示被簡化的兩根串聯管道的相對重要程度；S^P→J是連接管道P在節點J處的傳播系數，該數值介于0～2之間，表示瞬態壓力波沿管道P傳播至節點J處壓力波動幅度的變化程度，具體地，該式中表示瞬態壓力波沿管道P₃傳播至節點J₁處相對于初始幅值的倍數，表示瞬態壓力波沿管道P₄傳播至節點J₂處相對于初始幅值的倍數；和分別表示簡化前后瞬態壓力波從管道P₄開始，途徑簡化前串聯管道和簡化后等效管道，傳播至節點J₁處的波幅變化程度；分別表示簡化前后瞬態壓力波從管道P₃開始，途徑簡化前串聯管道和簡化后等效管道，傳播至節點J₂處的波幅變化程度；

采用串聯管道的初始流體慣性差異來表示兩根串聯管道的權重系數，即：

式中，A是管道的截面積，A＝πD²/4，L表示管道長度；

在優化目標函數Min:E中，傳播系數與節點處的連接管道屬性即管徑和波速有關，簡化后節點J₁處兩根連接管道P₃和P₁的傳播系數分別為和

該目標函數的決策變量為X(P_e)＝A(P_e)/a(P_e)，即E＝f(X(P_e))，對其求解可得到串聯管道元系統的簡化誤差E和所對應的決策變量值X(P_e)；為確保優化目標函數Min:E的優化求解合理，限制決策變量X(P_e)的取值介于X(P₁)和X(P₂)之間；

(3)確定優先可簡化的串聯管道元系統E_min＝min(E)；

為確保簡化模型的準確性，提出串聯簡化誤差的閾值TC以判斷串聯管道元系統的簡化是否適宜進行，即：

if E_min＜TC，可以簡化 (5)；

if E_min≥TC，不宜簡化 (6)；

(4)計算可簡化的串聯管道元系統的等效管道參數，如果優先可簡化的元系統可以簡化，即式(5)，則用等效管道P_e替換原始串聯管道P₁、P₂和中間節點J₃，簡化后等效管道P_e的屬性參數采用如下方法確定：

L(P_e)＝L(P₁)+L(P₂) (7)；

結合公式(7)、(8)、(9)和優化目標函數Min:E求解等效管道的四個屬性參數，即管長L(P_e)、管徑D(P_e)、波速a(P_e)和海曾威廉損失系數C(P_e)；

(5)更新串聯管道元系統集SP和簡化誤差集E，去除集合E中的E_min和集合SP中被簡化的串聯管道元系統，并更新簡化后被影響的串聯管道元系統；

(6)回到第(2)步，直至沒有任何一個串聯管道元系統可簡化。