Разработка моделей функциональной и структурной диагностики при оптимизации систем подачи и распределения воды

• Автор: Селиванов, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.23.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 208 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ

ГЛАВА 1. ЦЕЛЕВЫЕ ЗАДАЧИ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ ПОДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДЫ СПРВ

1.1 Состояние и тенденции развития СПРВ и их расчета

1.2 Постановка задачи исследования

1.3 Выводы по главе.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Мягкое моделирование и первичная диагностика СПРВ

2.1.1 Способы описания неопределенности параметров модели СПРВ

2.1.2 Задача первичной диагностики в рамках стохастического.

подхода
2.1.3 Задача первичной диагностики в райках интервального и лингвистических подходов
2.2 Классификация элементов СПРВ в условиях неопределенности исходных данных.
2.3 Оптимизация СПРВ в условиях неопределенности
2.3.1 Использование генетических алгоритмов для решения оптимизационных задач в особых условиях.
2.3.2 Методика применения генетических алгоритмов при решении сетевых задач на примере задачи оптимального синтеза СПРВ
2.4 Выводы по главе.
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СПРВ В УСЛОВИЯХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ И ТОПОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ
3.1 Цели и задачи моделирования.
3.2 Моделирование фоновых утечек
3.3 Моделирование аварийных ситуаций
3.4 Учет влияния дестабилизирующих факторов на аварийность
УЧАСТКОВ ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ
3.5 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОРРОЗИОННОГО ЗАРАСТАНИЯ
ТРУБОПРОВОДОВ
3.5.1 Количественная оценка степени внутренней коррозии металлических труб и ее влияния на пропускную способность металлических труб
3.5.2 Использование результатов решения обратных задач
потокораспределения для определения степени зарастания и изменения пропускной способности металлических труб.
3.5.3 Решение обратной задачи в условиях неполноты исходной информации
3.5.4 Построение модели изменения шероховатости металлических труб во времени.
3.5.5 Использование конкурирующих моделей при оценке скорости коррозии
3.6 Анализ неравномерности водопотребления
3.6.1 Статистическое описание процессов водопотребления
3.6.2 Использование результатов решения обратных задач
потокораспределения для изучения процессов водопотребления
3.7 Выводы по главе.
ГЛАВА 4. ЗАДАЧА КОМПЛЕКСНОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ И СТРУКТУРНОЙ ДИАГНОСТИКИ СПРВ.
4.1 Основные принципы решения задачи
4.2 Представление осложнений на участках сети при решении
задачи функциональной и структурной диагностики
4.3 Математическая постановка задачи
4.4 Практическая реализация.
4.4.1 Описание алгоритма решения задачи функциональной и структурной диагностики
4.4.2Программная реализация методики мягкого моделирования СПРВ
4.4.3 Экономическая эффективность от внедрения и использования
диагностической системы.
4.4.4 Результаты моделирования СПРВ микрорайона Куковка г.
Петрозаводска.
4.5 Выводы ПО ГЛАВЕ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Главное сечение представляет собой подмножество дуг графа, содержащее ветвь дерева и хорды, соединяющие два поддерева графа, которые образуются из рассматриваемого дерева после удаления этой ветви дерева; фундаментальный цикл - подмножество ребер графа, содержащее хорду и ветви графа, образующие единственную простую цепь, соединяющую концевые точки этой хорды. Для ориентированного графа 1>-1 главное сечение математически записывается матрицей главных сечений (}, а система главных циклов - цикломатической матрицей В. Элемент qki матрицы <2 равен Т1 в том случае, если ья дуга принадлежит ^му сечению (правило знаков использует направленность дуги по отношению к направлению ветви дерева), и 0 в том случае, если ья дуга не принадлежит ^му сечению. Элемент Ьк1 матрицы В равен Т1 в том случае, если -я дуга входит в фундаментальный цикл (правило знаков использует направленность дуги по отношению к направлению хорды цикла), и 0 в том случае, если -я дуга не входит в']-и цикл. Между матрицами А, (}, В существует взаимосвязь, матрица С? А, взаимосвязь между матрицами С! В определяется основной теоремой топологии сетей []: Яб' = 0Я’ = О. Последнее соотношение при некоторых условиях может быть представлено в более удобной для практического применения форме. Это условие может быть выполнено всегда при помощи перенумерации дуг графа. Преобразуем (1. I - единичная матрица соответствующей размерности. После подстановки (1. Л,г=0. В1Г . В каждом замкнутом контуре сети (кольце) сумма потерь напора на участках Л, где движение воды совершается по часовой стрелке (по отношению к данному контуру), равна сумме потерь напора на участках, на которых вода движется против часовой стрелки. Р*? Законы Кирхгофа при выполнении требования (1. Форма (1. Система уравнений (1. Ь = е = (и + р-1), число же неизвестных - 2хе. Недостающие замыкающие соотношения можно получить из гидравлических соображений в виде характеристики гидравлических сопротивлений или насосного оборудования h = f(q). В результате имеем систему уравнений порядка а = 2хе = 2х(у + //-1)ичислом неизвестных, равных 2хе. В работах [], [0] получены аналитические выражения характеристик h = f(q) для большинства производимого в то время насосного и пневматического оборудования. Характеристики приближенно описывают зависимость между подачей насосного оборудования и развиваемого ими напора. При моделировании насосного оборудования зарекомендовал себя метод электрогидравлической аналогии, позволяющий значительно повысить точность гидравлических расчетов []. Андрияшева, Шевелева, НИИ ВОДГЕО. Яг. Qi. Яг. Лр - фактический диаметр трубопровода, К,, К,, а2 - эмпирические коэффициенты. Действующими нормативными документами рекомендуется использовать при проведении гидравлических расчетов различные эмпирические формулы, часто «оптимизированные» для ручного счета. Ах Д, С, т - эмпирические коэффициенты для конкретного материала. Указывается, что показатели степени и коэффициентов для стальных, чугунных, железобетонных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных труб должны приниматься, как правило, согласно таблице 1 обязательного приложения СНиП 2-*. Там же указывается, что значения этих коэффициентов соответствует современной технологии изготовления труб. К, п, р - эмпирические коэффициенты для конкретного материала. Рис. На рисунке 1. А.Д. Альтшуля и Кольбрука, б) формулам, рекомендуемым СНиП 2-* при проведении гидравлических расчетов водопроводных сетей. Кривая «Новые» получена по формуле Кольбрука для трубы диаметром 0 мм с шероховатостью 0. По В. И. Щербакову» - тоже через лет, кривая «По А. Г. Камерштейну» - тоже через лет. Очевидно, что кривые типа (б) представляют собой достаточно грубую аппроксимацию первых (пересечение кривых между собой и кривыми первой группы явно не имеет физического смысла). СНиП. Применение вычислительной техники снимает любые ограничения, связанные с трудоемкостью гидравлических расчетов, а потому, на наш взгляд, сегодня совершенно необоснованно применение грубых и неадекватных моделей при наличии альтернативы. VI, 1. V = ~4х^г - скорость движения жидкости в трубе. Данные о шероховатости труб, выполненных из различных материалов и различного возраста, приведены в таблице 1. Таблица 1. Стальные электросварные Новые 0. Стальные бесшовные 0.