基于图论的钢铁企业煤气管网仿真模型的研究论文.pdfVIP

《冶金自动化》2009年S1 基于图论的钢铁企业煤气管网仿真模型的研究 贾天云，顾佳晨，徐化岩 (冶金自动化研究设计院，北京。t00071) 摘要：以流体动力学理论为基础，结合钢铁企业煤气的流动特性，根据图论理论建立煤气管嘲的拓扑结构图，然 后根据拓扑结构图自动建立气体流动的数学模型，该模型包括：连续性方程、能量方程、压降方程，并用混合遗传 算法求解模型。某钢铁厂高炉煤气管网的实例证明此模型的实用性与准确性。 关键词：流体理论；图论；混合遗传算法；煤气管网仿真 O 引言 上标注有节点个数，管段与节点的连接关系，以及 钢铁行业煤气管网系统是一个密闭的动力系 管段的其他信息。 统，各环节紧密联系，相互影响和制约，每一环节 煤气管网计算应用连续性方程、能量方程和 的工况变化将影响整个系统。并且只在气源点和 压降方程联合求解，而这前两个方程的系数矩阵 用户侧安装检测点，管网中间部分管段的煤气状 就是管网的关联矩阵和回路矩阵。对大型复杂管 态很难知道。因此，掌握煤气系统的运行规律、建 网，节点很多，关系矩阵是一个大型稀疏矩阵，因 立可靠的数学模型、模拟其运行工况，能使我们预 此输入关联矩阵和回路矩阵容易出错。找出关联 测煤气管网系统在不同情况下的状态，得到在管 矩阵和回路矩阵的关系，并用计算机根据管网拓 网各个管段的压力和流量的信息，这对于分析钢 扑结构自动生成很有必要。 铁企业煤气的使用情况以及调度策略的验证与调 ．每一根管段看作是具有一定的物理特性的线 整，管网设计改造有一定的指导作用。 段，并且各线段之间按照一定的物理和逻辑关系 作者主要针对高炉煤气管网模型进行研究， 进行布局，使实际的煤气管网模型化为网络拓扑 首先，建立煤气管刚的拓扑结构图，并输入相关参 结构图，为了方便计算，对不同的管段以示区别， 数，然后根据历史数据，利用遗传算法(GA)校核分类如下： 确定管道摩阻系数。建立煤气管网的数学模型， (1)外支管管段的一端与其它管段连接，另 并利用混合遗传算法(H(认)求解模型，现场实验一端与煤气源或用户连接，或放宅。如图1中的 数据证明该模型能较好地显示管网中煤气的状 AB，CF，DG，EH。 况，比较准确地计算管网各管段的压力和流量。 (2)内管管段的两端均与其它管段连接。 1煤气管网仿真的理论基础 如图l中的BC，CD，BE，ED。 管网的拓扑结构表示和煤气运动的基本方程 (3)节点管段之间的连接处，不包括二通连 是煤气管网仿真的两个基础问题。如何应用简洁 接，即每个节点至少与三根管段连接。如图l中 的数学语言把管网的构成表示为计笄机能识别的 的点B，c，D，E都是节点，点A，F，G，H则不属于 信息，是利用计算机编程计算的关键。 节点。- 1．1煤气管网仿真的图论基础¨1。 (4)回路由若干根管段组成的封闭回路。 1．1．1煤气管网拓扑结构及矩阵表示 如图l中的四边形BCDE。 煤气管网的仿真过程中，首先要确定管网中 (5)通路从某一根外支管沿相连的管段到 节点和管段的相互关系，即拓扑关系，图论理论为 另一根外支管，其问经过的管段组成一个通路。 管网建立拓扑关系提供了有力的T具。当进行管 网具体计算时．总是先有一张篱网的简图，在简图 GDEH，FCDEH等。 收稿日期：2008—11．10；修改稿收到日期：20()8一12一17 作者简介：贾天云(1983-)，男，河南驻『丐店人，硕士研究生，研究方向为钢