基于图论的给水管网水力计算方法研究

论文摘要

我国水资源地区分布极不平衡,对其输配工程的研究是水工业领域的一个重要课题。给水输配系统的设计和运行调度是以管网系统的水力分析为基础,水力分析的效率与准确性,直接影响管网系统的设计及运行可靠性。由于给水管网在实际运行中管段流量、压强等水力参数是随时间变化的,因此给水管网系统稳态及非稳态的水力分析具有重要的意义。本文应用图论建立管网的关联矩阵和回路矩阵,构造出矩阵形式的定解方程组,并在此基础上利用矩阵求解的方法来解决给水管网的水力计算问题。根据给水管网流动基本方程,首先建立了水力稳态工况控制方程,进行了给水管网系统的稳态水力分析,运用基本回路法和节点分析法对单定压节点和多定压节点管网分别进行了稳态水力工况模拟,得到了适合计算机求解的递推关系式及其迭代求解步骤,应用Matlab编制了计算机程序,并将计算结果作为管网非稳态分析的初始条件。实际管网正常运行时单纯的负荷变动可以抽象成基于刚性理论的非稳态进行研究,在引入惯性水头项后,建立了环状管网非稳态工况的水力计算模型,突破了以往采用拟稳态管网水力计算方法研究非稳态工况的情况。并运用基本回路法对单定压节点非稳态给水管网进行了水力工况模拟,得到了管网在基于刚性理论的非稳态程中的运行状态,即任意时刻的管段流量、节点水头等水力参数。这对我们分析给水管网系统,认识管网在常规运行情况下的水力状况有一定的指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题研究的意义与目的
• 1.3 国内外研究综述
• 1.4 本课题主要研究的内容
• 第2章 图论理论及其应用
• 2.1 图论的基本概念
• 2.1.1 图和有向图
• 2.1.2 图的连通性及加权图
• 2.1.3 图的矩阵表达
• 2.1.4 树和生成树
• 2.2 图论理论在给水管网中的应用
• 2.2.1 给水管网系统网络特性分析
• 2.2.2 给水管网模型的属性
• 2.2.3 图论在给水管网应用中的优点
• 2.2.4 图论的给水管网水力计算方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于图论的给水管网稳态水力分析
• 3.1 给水管网水力分析基础
• 3.1.1 管网水力分析前提
• 3.1.2 稳态方程组的求解方法概述
• 3.2 基于图论的稳态水力计算模型
• 3.2.1 水力计算基本方程
• 3.2.2 节点水头阵表达形式
• 3.3 单定压节点的稳态水力计算方法
• 3.3.1 解回路方程水力分析方法
• 3.3.2 解节点方程水力分析方法
• 3.3.3 算例分析
• 3.4 多定压节点的稳态水力计算方法
• 3.4.1 多定压节点的模型及矩阵表示形式
• 3.4.2 多定压节点迭代求解关系式
• 3.4.3 算例分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 给水管网非稳态水力计算分析
• 4.1 非恒定流的刚性理论
• 4.2 基于刚性理论的管网非稳态计算方法
• 4.2.1 管网非稳态工况的简化计算模型
• 4.2.2 管网非稳态水力计算表达式
• 4.2.3 采用链支流量作为求解向量的水力计算方法
• 4.3 算例分析
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢