多热源环状管网关阀及水力过程仿真.pdf

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1、第36卷第5期河南科技大学学报：自然科学版Vo1．36NO．52015年10月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology：NaturalScience0ct．2O15文章编号：1672—6871(2015l05—0073—05多热源环状管网关阀及水力过程仿真方伟，田琦，杨晋明，马斌(太原理工大学环境科学与工程学院，山西太原030024)摘要：针对多热源环状管网水力计算复杂繁琐的问题，基于地理信息系统(GIS)对多热源多环复杂热网进行建模和仿真。提出了应用Geodatabase数据模型，快速生成热网关联矩阵和独立回路矩阵，然后使用基本回路

2、法计算热网水力工况。当供热管网发生爆管事故时，将此法应用到爆管事故后关阀方案的模拟研究，可以定量分析事故的供热影响，并比较不同位置处爆管的受影响程度。关键词：供热管网；关阀分析；水力计算；仿真中图分类号：TU995．3文献标志码：A0引言随着城镇化的推进，北方城市居民建筑规模Et益扩大，采暖季集中供热面积也随之急剧扩大。由于多热源环状管网系统具有良好的运行可靠性、经济性及灵活性等优势⋯，所以在旧城区改造和新城区建设中受到欢迎。对于多热源环状管网，水力计算在热网设计、调节中具有重要意义，如果水力计算存在问题，可能导致分配流量和设计值出现偏差、供热效果不佳等问题。相反，发生管网爆管事故后，

3、在水力计算的基础上进行合理地运行调节，则可以将事故影响减少到最低程度。由于多热源环状管网结构复杂、节点管段多，传统的水力计算方法比较复杂、工作效率很低、准确性也不高，因此，很多研究人员采用计算机进行多热源管网的模拟仿真。对多热源环状管网进行动态模拟和仿真，重点在于如何动态地生成管网的基本关联矩阵和独立回路矩阵。本文讨论了利用管网的Geodatabase网络模型动态生成基本关联矩阵和独立回路矩阵的方法。该方法为多热源环状管网的快速建模和基本回路分析法求解提供了手段。采用该方法对关阀方案实施前后的管网水力工况进行模拟，计算得到用户的受影响程度，可以指导事故后管网调节。另外，通过对不同位置处

4、发生爆管的管网进行水力工况分析，可以得到不同位置的爆管影响等级。1基于Geodatabase数据模型建立热网拓扑结构1．1基于Geodatabase数据模型生成关联矩阵Geodatabase数据库提供了数据查询的接口，可以很容易地获取管段与节点的拓扑关系。下面给出基于Geodatabase生成关联矩阵的步骤：(I)首先，对供热系统进行建模，建立一个能描述整个供热系统的要素数据集；然后，将管段、弯头、三通、四通、阀门、补偿器、热泵等按照节点、线，建立各自的要素类、几何网络、关系类。建立关联矩阵时，主要考虑管段与节点(包括弯头、三通、四通)的拓扑关系。(1I)供热管网中关联矩阵A=(。)b

5、×n，其中每一行对应一个结点，每一列对应一条支路。设立节点数组(Valve)和管段队列(Queue)，分别从节点要素表和边要素表中读取所有的节点和队列；然后，从队列弹出一个管段，查询与管段连接的节点号，如果节点i与管段连接，则A(i，-『)：1，否则A(i，J)=0。重复上面的方法，将结果赋值给A(i，J)，直到队列Queue为空。1．2基于Geodatabase数据模型生成独立回路矩阵生成独立回路矩阵的前提是先生成树，由图论可知：通过基本关联矩阵可以生成树。常见的算基金项目：国家科技支撑计划基金项目(2012BAJ04B02)作者简介：方伟(1988一)，男，湖北应城人，硕士生；田琦

6、(1966一)，男，山西汾阳人，教授，博士，博士生导师，主要研究方向为暖通空调新技术、新能源利用．收稿日期：2014—10—31·74·河南科技大学学报：自然科学版法有Prim算法、Kruskal算法。本文采用Prim算法生成最小生成树，首先，以一个结点作为最小生成树的初始结点；然后，以迭代的方式找出与最小生成树中各结点权重最小边，并加入到最小生成树中。加入之后如果产生回路则跳过这条边，选择下一个结点。当所有结点都加入到最小生成树中之后，就找出了连通图中的最小生成树了。Prim算法构造图的最小生成树的操作是沿着边进行的，所以数据结构采用边集数组表示法。对有．，个节点和Ⅳ个分析的管网图G

7、，生成树包括．，一1个树枝，那么共包含Ⅳ一t，一1个余树。采用Prim算法可以得到余枝对应矩阵A和树枝对应矩阵A，由图论可知：基本关联矩矩阵A和独立回路矩阵之间存在正交性。，ABT=0，(1)其中：Br：[，Bn：]；(2)A=[AA]。(3)式(2)和式(3)代人式(1)可得：A⋯+Akl22=0。(4)解上述方程可得：B=一A(A)。(5)因此，在寻找到基本关联矩阵A的树以后，按上面的解法就可以得到独立回路矩阵B，。利用ARCGIS二次开发