[發明專利]基于混沌粒子群的化工生產管道實時瞬態模型的建立及計算方法

在審

• 申請號: 201911065382.5
• 申請日: 2019-11-04
• 公開（公告）號: CN111125867A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 蔡亦軍;劉蘊文;周猛飛;潘海天;林俊杰
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳升華

1.一種基于混沌粒子群的化工生產管道實時瞬態模型的建立及計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1.1：建立管道機理模型；

將Brunone模型引入到動量平衡方程中，得到動量平衡方程和Brunone模型組合，根據伯努利方程經過推導優化得到管道總長優化方程；

步驟1.2：采集化工生產管道首端、末端和中間位置的流量和壓力值，其中，化工生產管道首端的流量和壓力值作為優化管道機理模型的數據，化工生產管道末端和中間位置的流量和壓力值用于驗證經過優化后的管道機理模型模型參數ζ_B和α；

步驟1.3：先設定式(3)中ζ_B和式(1)中α的初始值，得到化工生產管道的計算長度L，該計算長度L是式(1)中x的最大范圍，然后向管道機理模型輸入化工生產管道首端采集的流量和壓力值帶入式(1)和式(2)，得到化工生產管道的沿程的壓頭H和化工生產管道的流速v，通過式(4)計算化工生產管道的沿程的壓頭H和化工生產管道的流速v與實際值相對誤差和f_N，即適應度，如相對誤差和小于設定閾值，則得到優化后的管道機理模型模型參數ζ_B和α，如相對誤差和大于等于設定閾值，則進入步驟1.4；

其中，f_N表示相對誤差和，i＝0表示管道首端，i＝k表示管道第k處，i＝n+1管道末端位置，表示管道壓頭在第i處的實際測量值，H_i表示管道壓頭在第i處的模型計算值，表示管道流速的實際測量值，v_i表示管道流速在第i處的模型計算值；

步驟1.4：對管道機理模型(1)(2)(3)的ζ_B和α進行混沌粒子群的優化，得到優化后的ζ_B和α，將優化后的ζ_B和α作為步驟1.3的ζ_B和α的初始值，重復步驟1.3，直至得到優化的管道機理模型參數ζ_B和α；

步驟1.5：步驟1.3得到的優化后的管道機理模型模型參數ζ_B和α，或步驟1.4得到的優化后的管道機理模型模型參數ζ_B和α帶入公式(1)、(2)、(3)形成經過參數優化的管道機理模型，采用經過參數優化的管道機理模型實時計算化工生產管道的壓力和流量。

2.根據權利要求1所述的基于混沌粒子群的化工生產管道實時瞬態模型的建立及計算方法，其特征在于，步驟1.1中，所述的管道機理模型包括：質量平衡方程、動量平衡方程、Brunone模型以及伯努利方程。

3.根據權利要求2所述的基于混沌粒子群的化工生產管道實時瞬態模型的建立及計算方法，其特征在于，所述的質量平衡方程如式(1)所示，其中，表示壓頭H對采樣時刻t的偏導數，v表示管內流體流速，表示流速對管道長度x的偏導數，α表示管道與水平面的夾角，a為壓力波波速，g為重力加速度；

所述的動量平衡方程和Brunone模型組合如式(2)所示，其中，k表示Brunone阻力系數，k可以取為：Re為雷諾數，D為管道直徑，λ表示流體阻力系數；

所述的伯努利方程經過推導優化得到式(3)所示的管道總長優化方程，其中，L為管道計算長度，l為管道直段的長度，n_bend為管道中彎頭的數量，ζ_B為彎頭局部阻力系數；

4.根據權利要求1所述的基于混沌粒子群的化工生產管道實時瞬態模型的建立及計算方法，其特征在于，步驟1.3中，向管道機理模型輸入化工生產管道首端采集的流量和壓力值帶入式(1)和式(2)，得到化工生產管道的沿程的壓頭H和化工生產管道的流速v，具體包括：

(A)向管道機理模型輸入管道及流體基本參數：直管段長度l、管徑D、彎頭的數量n_bend、相對粗糙度δ、液體壓縮性相關系數、管壁彈性相關系數、流體密度ρ、流體動力粘度小壓力波速a＝800～1200m/s；

(B)采集穩態下化工生產管道首端的壓力和流速的實際值采集穩態下化工生產管道末端的壓力和流速的實際值采集穩態下化工生產管道中間位置i處的壓力和流速的實際值

(C)根據管道首末端和中間位置的流速的平均值計算雷諾數劃分流態，確定水力摩阻系數λ；

(D)根據所設定的ζ_B，α采用式(3)計算長度L，將長度L進行差分網格劃分，劃分為長度為Δx的n段，最后采用四階龍格庫塔法對管道沿程n段中每一段i的壓力P_i和流速v_i進行求解，得到壓力P_i和流速v_i，壓力P_i由化工生產管道的沿程的壓頭H表示，流速v_i即化工生產管道的流速v。