基于水力波动理论的长输供热管道流量参数预测方法技术

本申请涉及一种基于水力波动理论的长输供热管道流量参数预测方法，该方法包括：按照预设管道步长对长输供热管道进行节点划分，根据预先获取的水力常数，确定各个管道节点在水力波动前的初始流量参数，通过流量参数预测模型和初始流量参数，得到不同时刻下管道节点的流量参数

【技术实现步骤摘要】
基于水力波动理论的长输供热管道流量参数预测方法


[0001]本申请涉及数学建模技术及优化算法
，特别是涉及基于水力波动理论的长输供热管道流量参数预测方法
、
系统
、
电子设备和存储介质
。

技术介绍

[0002]随着中国经济的稳步发展，居民生活水平显著提升，对于供热的需求大幅度增加，我国的集中供热系统正处于一个前所未有的飞速发展阶段
。
[0003]在相关技术中，长输供热管网普遍采用质调节
、
量调节的运行调节方式
。
但是，在长输供热管道中，流量的变化会引起管道中的压力发生高频震荡，甚至远远超过管网的正常运行压力，因此，可能会造成水锤事故，轻者会造成管道位移
、
阀门损坏
、
爆管等，严重时会造成管网瘫痪
。
所以，对于长输供热管道来说，通过建立水力特性模型进行流量参数分析是十分必要的
。
[0004]目前针对相关技术中，如何对长输供热管道流量参数进行预测的问题，尚未提出有效的解决方案
。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种基于水力波动理论的长输供热管道流量参数预测方法
、
系统
、
电子设备和存储介质，以至少解决相关技术中长输供热管道稳定性差的问题
。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种基于水力波动理论的长输供热管道流量参数预测方法，所述方法包括：
[0007]按照预设管道步长对所述长输供热管道进行节点划分，得到边界节点和内部节点；
[0008]基于预先获取的水力常数构建流量参数预测模型，所述水力常数包括管道参数和流体参数；
[0009]获取所述边界节点的初始流量参数，通过管网稳态水力
‑
热力耦合模型，根据所述边界节点的初始流量参数以及所述水力常数，获取各个所述内部节点的初始流量参数；
[0010]通过所述流量参数预测模型，根据所述初始流量参数和预设时间步长，获取水力波动过程中的不同时刻下，所述边界节点和所述内部节点的流量参数
。
[0011]在其中一些实施例中，通过所述流量参数预测模型，根据所述初始流量参数和预设时间步长，获取水力波动过程中的不同时刻下，所述边界节点和所述内部节点的流量参数包括：
[0012]以所述边界节点和所述内部节点的初始流量参数为迭代初始值，根据所述预设时间步长通过所述流量参数预测模型进行迭代更新，以获取所述内部节点的流量参数；
[0013]以所述边界节点的初始流量参数为迭代初始值，根据所述预设时间步长通过边界条件方程和所述流量参数预测模型，以获取所述边界节点的流量参数
。
[0014]在其中一些实施例中，所述基于预先获取的水力常数构建流量参数预测模型包
括：
[0015]通过预设有限差分方程，根据所述水力常数，得到流量参数预测系数；
[0016]根据所述流量参数预测系数，确定所述流量参数预测模型，其中，所述预设有限差分方程表征了相邻时间步长所述流量参数的映射关系
。
[0017]在其中一些实施例中，所述方法还包括：
[0018]根据所述水力常数，确定所述长输供热管道的水力波动运动方程和水力波动连续性方程；
[0019]通过特征线法，对所述水力波动运动方程和所述水力波动连续性方程进行转换，得到所述长输供热管道内流体流速的全微分方程；
[0020]对所述全微分方程进行一阶近似变换，得到所述预设有限差分方程
。
[0021]在其中一些实施例中，所述水力常数包括：流体密度
、
热扩散系数
、
管道长度
、
管道直径
、
管道摩擦因数
、
管道压力和管道输热量，基于预先获取的水力常数构建流量参数预测模型包括：
[0022]根据预设有限差分方程和所述管道直径，得到第一系数；
[0023]根据所述管道摩擦因数和所述管道直径，得到第二系数；
[0024]根据所述第一系数和所述第二系数，确定所述流量参数预测模型
。
[0025]在其中一些实施例中，所述水力常数包括：流体密度
、
热扩散系数
、
管道长度
、
管道直径
、
管道摩擦因数
、
管道压力和管道输热量，根据所述水力常数，确定所述长输供热管道的水力波动运动方程和水力波动连续性方程包括：
[0026]根据所述管道直径
、
所述管道摩擦因数和所述管道压力，得到所述水力波动运动方程；
[0027]根据所述管道直径
、
液体体积的弹性模量和应力分布面积，确定压力波波速；
[0028]通过所述压力波波速，得到所述水力波动连续性方程
。
[0029]在其中一些实施例中，所述水力波动运动方程如下：
[0030][0031]其中，
H
是所述管道压力，
V
是流体流速，
f
是所述管道摩擦因素，
D
是所述管道直径，
g
是重力加速度，
x
是正方向
。
[0032]第二方面，本申请实施例提供了一种基于水力波动理论的长输供热管道流量参数预测系统，所述系统包括：节点划分模块
、
模型构建模块
、
初始参数确定模块和流量参数确定模块：
[0033]所述节点划分模块，用于按照预设管道步长对所述长输供热管道进行节点划分，得到边界节点和内部节点；
[0034]所述模型构建模块，用于基于预先获取的水力常数构建流量参数预测模型，所述水力常数包括管道参数和流体参数；
[0035]所述初始参数确定模块，用于获取所述边界节点的初始流量参数，通过管网稳态水力
‑
热力耦合模型，根据所述边界节点的初始流量参数以及所述水力常数，获取各个所述内部节点的初始流量参数；
[0036]所述流量参数确定模块，用于通过所述流量参数预测模型，根据所述初始流量参
数和预设时间步长，获取水力波动过程中的不同时刻下，所述边界节点和所述内部节点的流量参数
。
[0037]第三方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，包括存储器
、
处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的一种基于水力波动理论的长输供热管道流量参数预测方法
。
[0038]第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的一种基于水力波动理论的长输供热管道流量参数预测方法
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于水力波动理论的长输供热管道流量参数预测方法，其特征在于，所述方法包括：按照预设管道步长对所述长输供热管道进行节点划分，得到边界节点和内部节点；基于预先获取的水力常数构建流量参数预测模型，所述水力常数包括管道参数和流体参数；获取所述边界节点的初始流量参数，通过管网稳态水力
‑
热力耦合模型，根据所述边界节点的初始流量参数以及所述水力常数，获取各个所述内部节点的初始流量参数；通过所述流量参数预测模型，根据所述初始流量参数和预设时间步长，获取水力波动过程中的不同时刻下，所述边界节点和所述内部节点的流量参数
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述流量参数预测模型，根据所述初始流量参数和预设时间步长，获取水力波动过程中的不同时刻下，所述边界节点和所述内部节点的流量参数包括：以所述边界节点和所述内部节点的初始流量参数为迭代初始值，根据所述预设时间步长通过所述流量参数预测模型进行迭代更新，以获取所述内部节点的流量参数；以所述边界节点的初始流量参数为迭代初始值，根据所述预设时间步长通过边界条件方程和所述流量参数预测模型，以获取所述边界节点的流量参数
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预先获取的水力常数构建流量参数预测模型包括：通过预设有限差分方程，根据所述水力常数，得到流量参数预测系数；根据所述流量参数预测系数，确定所述流量参数预测模型，其中，所述预设有限差分方程表征了相邻时间步长所述流量参数的映射关系
。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述水力常数，确定所述长输供热管道的水力波动运动方程和水力波动连续性方程；通过特征线法，对所述水力波动运动方程和所述水力波动连续性方程进行转换，得到所述长输供热管道内流体流速的全微分方程；对所述全微分方程进行一阶近似变换，得到所述预设有限差分方程
。5.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水力常数包括：流体密度
、
热扩散系数
、
管道长度
、
管道直径
、
管道摩擦因数
、
管道压力和管道输热量，基于预先获取的水力常数构建流量参数预测模型包括：根据预设有限差分方程和所述管道直径，得到第一系数；根据所述管道摩擦因数和所述管道直径，得到第二系数；根据所述第一系数和所述第二系数，确定所述流量参数预测模型
。6.
根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：高新勇，郑立军，冯亦武，黄平平，王宏石，
申请(专利权)人：华电电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：