基于面向对象方法的多源环状管网水力计算.pdf

第29卷第5期 计 算 物 理 V01．29，Na．5 CHINESE OFCOMPUTATIONALPHYSICS 2012年9月 JOURNAL Sep．，2012 文章编号：1001-246X(2012)05-0713-08 基于面向对象方法的多源环状管网水力计算 王 海1， 王海鹰1， 朱 彤1， 周海珠2 (1．同济大学机械与能源工程学院，上海200092；2．中国建筑科学研究院天津分院，天津300834) 摘要：提出一种基于面向对象的方法，以元件的对象属性表达管网的拓扑结构，以对象方法表达水力计算模型， 用对象事件反映边界条件变化响应的方法，然后通过遍历整个管网元件对象进行水力计算．对工程中两种常见的 多源管网结构进行计算，分析表明，新方法能有效地处理多源环状管网结构、源变化引发的水力平衡问题，计算偏 差小，能够充分满足工程计算的需求． 关键词：环状管网；多源；水力计算；面向对象 中图分类号：TVl31．4 文献标识码：A 0 引言 环状管网一般应用于集中供热、城市燃气、城市给水等大规模的市政公用设备工程领域．其管网规模大、 影响因素多、运行工况复杂，水力计算的结果难以精确．而当前管网正朝着“枝改环”的趋势发展，原来的多 个单一源的枝状管网相互连接起来，形成多源、多环管网，达到管路互联互通，相互补充的目的¨。3．相应地， 多源多环管网水力平衡的精确计算越来越重要，这也是目前管网水力计算面临的难点之一口。1． 在多源环状管网水力计算中，较多文献。1都是基于图论将管网划分为多个环路，同时借鉴供水工 程中多源环网的水力分析方法(基尔霍夫第一、第二定律)，将复杂管网转化为基环系数矩阵方程；然后再 Cross法和Newton 选用某种数值方法进行平差计算(常用的有Hardy Raphson法)．最终得到管网中所有 管段的压力、流量值．这种方法从节点连续性方程、环能量平衡方程阐述管网流动规律，理论明确且解法 成熟，已在工程中得到了广泛应用．但在求解时常需要人工参与辨识环路，目前还缺乏能计算机程序自动 识别最优环路的方法．那么，完善管网的拓扑结构表达方式就是解决多源环状管网水力计算问题的关键 来实现设计管网图形模型，有效地解决了管网图形建模的可扩展性问题．文献[1I]针对城市给水管网建 模并编制了管网水力计算模块．此外，还有文献利用面向对象方法进行管网供热、管网流动问题的建模和 仿真研究…州1． 但上述文献采用面向对象方法的目的是整合管网拓扑结构信息和运行参数，为管网仿真软件或管网 GIS信息管理服务¨卜”J．著需要进行水力计算，仍要回归到以图论为基础的管网全路径信息分析，构建预备 求解的“节点一路径”矩阵和“路径一环路”矩阵；然后基于基尔霍夫第一、第二定律建立求解管网流量、压力 和温度等管网参数的矩阵方程．因此，现有面向对象方法的研究仅局限于从软件的数据结构角度改善管网结 构的表达，并未对管网水力计算起到更多作用． 本文提出一种新的面向对象的水力分析方法，将复杂的管网结构解析成一个由各类元件对象组成的集 合．把“源”和“汇”的水力特性作为与其相接元件的边界条件，解决多源环状管网进行水力计算时出现的拓 扑结构表达困难的问题，在各管段水力计算时还可灵活选用各类算法． 收藕日期：2011—10—12；修回日期：2012—02—10 作者简介：王海(1976一)，男，博士，讲师，从事过程控制、供热、供燃气管网、低品位能源利用的教学科研工作， E-mail：waltghai@tongji，edu．cn 通迅作者：王海鹰，E—mail：haiyingw@tongji．edu．Ctl 万方数据 714 计 算 物 理 第29卷 1面向管网元件建立对象 面向对象方法将所处理的事务都包含在“对象”之中，封装对象的属性、方法和事件．实施时会涉及到具 体的计算机语言(如C++等)的处理及数据库处理，这部分内容已经有文