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长距离输水管道抗水锤压力罐参数优化研究

作　者: 孙强
导　师: 伍悦滨
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 流体力学
关键词: 抗水锤压力罐参数优化停泵水锤序列二次规划法遗传算法
分类号: TU991.39
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

抗水锤压力罐是一种有效的控制长距离输水管道停泵水锤的设施。在实际工程中,设计人员一般依据经验公式或相关图表选择压力罐的参数,而且通常要进行反复地试算。本文利用计算机数值模拟某一实际长距离输水管道的停泵水锤,并利用序列二次规划法和遗传算法,对抗水锤压力罐的参数进行了优化选择。本文首先利用特征线法对某一实际长距离输水管道进行停泵水锤计算,包括无防护措施的计算建模、多功能控制阀的防护计算、抗水锤压力罐与逆止阀组合防护计算以及抗水锤压力罐与多功能控制阀联合防护计算。然后,建立了抗水锤压力罐的参数优化模型,确定了优化问题的目标函数、决策变量以及约束条件;最后,分别利用序列二次规划法和遗传算法对某一实际长距离输水工程中的抗水锤压力罐进行了参数优化。通过本文的研究表明,当长距离输水管道中同时安装多功能控制阀和抗水锤压力罐时,多功能控制阀几乎不起作用,可以利用逆止阀替代多功能控制阀与抗水锤压力罐联合工作,同样可以达到水锤防护效果;当事故停泵时,在保证对有压输水管道起到良好水锤防护效果的前提下,能够通过优化选择罐内气体和液体的初始体积,从而减少抗水锤压力罐的制造成本,降低长距离输水管道系统的投资费用;抗水锤压力罐的总体积和罐体内气体与液体的初始体积比是实际工程中抗水锤压力罐选型及运行调试的两个重要决策参数。对于抗水锤压力罐的参数优化问题,序列二次规划法能够达到遗传算法的优化精度,因此在实际工程中可以应用序列二次规划法优化抗水锤压力罐参数,从而缩短优化时间,提高优化效率。本文的研究内容为抗水锤压力罐的优化设计和运行调试提供了参考依据,具有一定的理论及应用意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-20
  1.1 课题提出的背景  8-10
    1.1.1 课题来源  8
    1.1.2 研究的目的及意义  8-10
  1.2 抗水锤压力罐简介  10-14
  1.3 国内外课题研究现状  14-19
    1.3.1 水锤问题研究现状  14-16
    1.3.2 抗水锤压力罐研究现状  16-18
    1.3.3 水锤防护措施参数优化研究现状  18-19
  1.4 本课题的主要工作  19-20
第2章水锤的基本理论与数学模型  20-39
  2.1 水锤基本微分方程  20-23
    2.1.1 连续性方程  20-22
    2.1.2 运动方程  22-23
  2.2 特征线法  23-26
    2.2.1 特征方程  23-24
    2.2.2 有限差分方程式  24-26
  2.3 边界条件  26-34
    2.3.1 水力元件  26-27
    2.3.2 事故停泵  27-34
  2.4 水锤防护设备的数学模型  34-37
    2.4.1 多功能控制阀  34-35
    2.4.2 抗水锤压力罐  35-37
  2.5 本章小结  37-39
第3章长距离有压输水管道停泵水锤计算  39-51
  3.1 工程实例概况  39-40
  3.2 停泵水锤的事故分析  40-43
    3.2.1 稳态水力计算  40-41
    3.2.2 无防护措施的水锤计算  41-43
  3.3 多功能控制阀的水锤防护计算  43-46
    3.3.1 泵出口两阶段关闭蝶阀的水锤防护计算  43-44
    3.3.2 泵出口与管道末端同时两阶段关闭蝶阀的水锤防护计算  44-46
  3.4 抗水锤压力罐的水锤防护计算  46-48
  3.5 多功能控制阀与抗水锤压力罐联合工作  48-50
  3.6 本章小结  50-51
第4章抗水锤压力罐的参数优化  51-60
  4.1 抗水锤压力罐参数优化模型  51-52
    4.1.1 目标函数  51
    4.1.2 决策变量  51-52
    4.1.3 约束条件  52
  4.2 优化方法  52-56
    4.2.1 序列二次规划法  53
    4.2.2 遗传算法  53-56
  4.3 实例计算  56-59
  4.4 本章小结  59-60
结论  60-62
参考文献  62-65
攻读学位期间发表的学术论文  65-67
致谢  67

长距离输水管道抗水锤压力罐参数优化研究

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