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基于遗传算法的供水管网反问题漏失定位

哈尔滨工业大学学报 2013年第2期45卷 106-110页

作者：董深吕谋盛泽斌李璞青岛理工大学环境与市政工程学院山东青岛266033

为有效减少城市供水管网漏失,快速、准确确定漏失点的位置及漏失水量,进而实现管网漏失的实时诊断,提出了基于遗传算法的供水管网反问题漏失定位方法.在构建基于反问题分析的微观基础水力模型的基础上,通过对管网漏失量与压力变化的相... 详细信息

为有效减少城市供水管网漏失,快速、准确确定漏失点的位置及漏失水量,进而实现管网漏失的实时诊断,提出了基于遗传算法的供水管网反问题漏失定位方法.在构建基于反问题分析的微观基础水力模型的基础上,通过对管网漏失量与压力变化的相关性分析,以漏失点所在管网中的位置及漏失点相应的漏失水量为变量,以漏失发生时管网压力监测点的监测值与模拟值的差值最小为目标,建立了基于遗传算法的供水管网反问题漏失定位模型.通过3种工况下的漏失模拟计算,结果表明:所建立的反问题漏失定位模型可以有效地定位漏失点并优化预测漏失水量,可合理高效地制定漏失点检测与定位方案.

关键词：供水管网漏失定位漏失量优化分析遗传算法反问题分析

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管道泄漏检测的水力瞬变全频域数学模型

水利学报 2008年第10期39卷 1264-1271,1278页

作者：郭新蕾杨开林中国水利水电科学研究院水力学研究所北京100038

输水管道泄漏孔的存在及其位置直接影响着系统压力波形的畸变和衰减特性,通过分析有、无泄漏时任意位置处的压头频域特性可使泄漏检测成为可能。在考虑非恒定摩阻影响的基础上,提出基于水力瞬变全频域数学模型的泄漏检测反问题分析方法... 详细信息

输水管道泄漏孔的存在及其位置直接影响着系统压力波形的畸变和衰减特性,通过分析有、无泄漏时任意位置处的压头频域特性可使泄漏检测成为可能。在考虑非恒定摩阻影响的基础上,提出基于水力瞬变全频域数学模型的泄漏检测反问题分析方法。用拉氏频域变换处理边界条件和实测数据,并将遗传算法用于频域反问题模型的求解,在寻优速度上比传统的瞬变时域分析的方法有了较大的改善。算例表明基于水力瞬变全频域数学模型分析的管道泄漏检测是一种有效的新方法。

关键词：泄漏检测瞬变频域变换反问题分析遗传算法

用于二维分布残余应力场测量的渐进裂纹柔度法

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2018年第5期51卷 475-482页

作者：陈金龙尹承振孙翠茹天津大学机械工程学院天津300350 天津市现代工程力学重点实验室天津300350

基于传统裂纹柔度法,提出了一种改进的残余应力测量方法——渐进裂纹柔度法.与传统方法只能获得沿厚度方向一维分布的残余应力不同,该方法可以获得工件横截面内二维分布残余应力场.建立了该方法的理论模型,并对二元基函数的选取、渐进... 详细信息

基于传统裂纹柔度法,提出了一种改进的残余应力测量方法——渐进裂纹柔度法.与传统方法只能获得沿厚度方向一维分布的残余应力不同,该方法可以获得工件横截面内二维分布残余应力场.建立了该方法的理论模型,并对二元基函数的选取、渐进裂纹柔度函数的计算以及待定系数方程的求解方法进行了阐述.通过仿真实验用该渐进裂纹柔度法测量了给定二维分布残余应力场.仿真测量结果与给定残余应力场的大部分区域相对误差小于5%,只在边缘部分误差较高.通过模拟研究多种应变测量误差的影响,证明了该方法具有较好的鲁棒性及准确性.渐进裂纹柔度法由于能测量二维分布残余应力场,应用范围较传统方法更为广泛,为残余应力测量提供了新方法.

关键词：二维分布残余应力场渐进裂纹柔度法反问题分析有限元仿真

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基于瞬变流和遗传算法的管道泄漏辨识

计算力学学报 2009年第5期26卷 664-669页

作者：郭新蕾杨开林中国水利水电科学研究院水力学研究所北京100038

输水系统管道的泄漏影响瞬变水击波波形的畸变和衰减特性,对泄漏的定位和定量是泄漏辨识研究的重要环节。考虑水力瞬变中非恒定摩阻的影响,将泄漏参数反映在建立的管道瞬变流时域数学模型中,给出离散网格和求解方法,分析不同泄漏参数对... 详细信息

输水系统管道的泄漏影响瞬变水击波波形的畸变和衰减特性,对泄漏的定位和定量是泄漏辨识研究的重要环节。考虑水力瞬变中非恒定摩阻的影响,将泄漏参数反映在建立的管道瞬变流时域数学模型中,给出离散网格和求解方法,分析不同泄漏参数对瞬变水击波的影响,用遗传算法结合瞬变流时域模型的特征线法最小化管道测点压力实测和计算响应值的均方误差来辨识泄漏参数,其中实测信号首先经过预滤波和小波去噪处理。通过模型试验对瞬变流数学模型和泄漏反问题分析模型作了率定和验证,结果表明此法能有效的辨识出小泄漏参数,并且检测信号主动,阀门扰动可操作性强。

关键词：瞬变流泄漏检测非恒定摩阻遗传算法反问题分析

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基于水力瞬变流理论的给水管网漏失实验研究

基于水力瞬变流理论的给水管网漏失实验研究

作者：胡婧哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

给水管网漏失现象是国内外供水行业普遍存在的问题。漏失不仅浪费了宝贵的水资源,又给供水企业造成巨大的经济损失。因此,减少及控制给水管网漏失具有重要意义。而漏失的定点及定量,是管网漏失控制研究的重要环节。国内外的漏失检测技... 详细信息

给水管网漏失现象是国内外供水行业普遍存在的问题。漏失不仅浪费了宝贵的水资源,又给供水企业造成巨大的经济损失。因此,减少及控制给水管网漏失具有重要意义。而漏失的定点及定量,是管网漏失控制研究的重要环节。国内外的漏失检测技术及检测设备有很多,本文主要应用了基于水力瞬变流反问题分析的给水管网漏失点和漏失量的数值模拟方法。基于水力瞬变流理论的反问题分析方法模拟给水管网漏失是国际上近年来发展起来的研究课题,其理论的实质就是求解系统辩识反问题,进行参数识别。辨识过程为:首先,设定漏失系数为系统待识别参数,并给出激励、响应以及二者间的传递模式;然后建立了反问题分析模型,应用特征线法计算雅可比矩阵;最后,运用Newton-Raphson算法计算压力测量值与计算值之间的偏差,直至偏差在允许精度范围内,求解模型结束。以水力瞬变流理论、系统辨识理论及反问题分析理论为基础,构建了“城市市政管网泄漏检测综合实验台”,本实验台作为给水管网的系统模型,以漏失为系统的待辨识参数,建立了激励响应的系统辨识模型。实验中使用水力瞬变发生器在管道末端产生激励,得出监测节点的压力响应曲线,并将其应用于漏失检测反问题分析,求解待辨识参数,即漏失系数。实验研究分别进行了单管及管网的无漏失实验模型和有漏失实验模型的实验,给出了管道在不同的压力、漏失位置及漏失量下的响应特性,分析了管道的压力响应在不同管道运行状态时随瞬变激励变化的规律;并以实验数据作为反问题分析的初始值,对单管及管网的反问题分析模型进行了漏失检测,并对管道中的节点进行了敏感性分析,反问题分析得出的结果正确显示出单管及管网模型中漏失点的位置。实验过程采用自动化控制系统进行数据采集,反问题分析过程也实现了计算机程序化,使得本课题有了更广阔的应用空间,有利于在实际工程中的应用。

关键词：给水管网水力瞬变流理论系统辨识反问题分析漏失检测

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基于水力瞬变分析的粘弹性管道本构参数辨识

基于水力瞬变分析的粘弹性管道本构参数辨识

作者：姜博浩哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在我们生活的环境中有各种各样的管道,大到城市供气管道,小到用户输水管道。随着科技的进步,尤其是高分子材料技术的发展,管道的材质也发生了变化,从原来的铸铁管、不锈钢管向塑料管过渡。现阶段对于水力瞬变问题的研究大多集中在传统... 详细信息

在我们生活的环境中有各种各样的管道,大到城市供气管道,小到用户输水管道。随着科技的进步,尤其是高分子材料技术的发展,管道的材质也发生了变化,从原来的铸铁管、不锈钢管向塑料管过渡。现阶段对于水力瞬变问题的研究大多集中在传统的弹性管道上,而对于像塑料管这种粘弹性管道的研究还在起步阶段。考虑到输水管道在运行时的安全问题,本文通过建立粘弹性管道瞬变流模型,瞬变流模拟计算,瞬变流实验以及后续的瞬变反问题分析等方法对粘弹性管道在瞬变流情况下的压力波动情况进行了研究并对粘弹性管道的本构参数进行了辨识。首先,从理论的角度出发,结合连续性方程和运动方程推导出粘弹性管道纯液相瞬变流基本微分方程并在此基础上明确粘弹性管道的本构关系,后建立粘弹性管道的力学模型,本文采用的模型为广义Kelvin-Voigt模型;后对建立的基本微分方程进行求解,求解过程用到了有限差分法;建立粘弹性管道瞬变流模拟模型,应用MATLAB进行编程;将文献中已知实验数据代入程序中进行计算,得到管道中压力随时间的变化曲线,分析其中的规律并与实验数据作对比,以此说明所建模型的准确性。然后,设计并搭建实验台。本实验台采用弹性管道和粘弹性管道混合的形式,管道的主体部分为不锈钢管,其余部分为塑料管,其中粘弹性管道两端装有活接头,方便更换不同材质的管道,以此来达到多管材实验的目的;当弹性管道中接入粘弹性管道后,管道系统的固有频率及瞬变流波速将会发生变化,整体性能表现为粘弹性;应用该实验台对HDPE管和MDPE管道进行了瞬变流实验,实验得到了管内压力随时间的变化曲线,分析其变化规律并与前面模拟所得规律进行对比,说明了本实验台的合理性,并为后文反问题分析粘弹性管道的本构参数打下了基础。最后,在粘弹性管道瞬变流模拟程序和本文自主实验数据的基础上,应用反问题分析的方法对实验中的两种粘弹性管道的本构参数进行辨识。以最小二乘法为理论支撑,应用尝试计算的方法对高密度聚乙烯管和中密度聚乙烯管的本构参数进行辨识,并对辨识结果进行了误差分析。综上所述,本文建立了粘弹性管道纯液相瞬变流模型,并应用该模型进行了模拟计算;搭建了粘弹性管道瞬变流实验台并进行了实验研究;以系统辨识理论为基础,应用瞬变反问题分析了粘弹性管道的本构参数,为粘弹性管道的瞬变流研究提供了参考依据。

关键词：粘弹性管道瞬变流反问题分析本构参数

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表面涂层对低温淬火过程影响的机理研究

表面涂层对低温淬火过程影响的机理研究

作者：徐维泰上海交通大学

学位级别：硕士

随着低温流体愈加广泛的应用,淬火换热逐渐具有了十分重要的工程意义。流体性质、环境因素、加热面表面性质等均能影响淬火换热效率,其中表面特性影响效果显著且极易操作,十分具有实际意义,然而表面特性的影响因素众多,如表面结构、亲... 详细信息

随着低温流体愈加广泛的应用,淬火换热逐渐具有了十分重要的工程意义。流体性质、环境因素、加热面表面性质等均能影响淬火换热效率,其中表面特性影响效果显著且极易操作,十分具有实际意义,然而表面特性的影响因素众多,如表面结构、亲疏水特性和材料热物性等,且作用机理十分复杂。本文主要研究了在不锈钢表面制备低导热系数涂层,研究涂层对池淬火和流动淬火换热的影响,选择与各种材料表面接触角均较小的液氮作为实验工质,在池淬火中通过实验研究以及反问题分析求得表面温度和热流密度,并结合相应的理论模型进行数值计算,对涂层的作用机理进行解释。除此之外,将Teflon涂层制备到管道内部,在不同入口压力下对不同厚度的涂层管道进行流动淬火实验,测量沿程温度和流量,通过反问题的方法得到表面温度和热流密度,并通过流量求得流动淬火效率,结合池淬火的研究对流动淬火特性进行解释。本文主要工作主要针对以下几个方面具体展开:1、池淬火实验样品的制备:本文池淬火的样品采用316L不锈钢作为基底,在样品表面制备不同厚度的Teflon涂层、氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)热障涂层,并制备了电抛光表面作为参照,对表面形貌进行了扫描电子显微镜(SEM)表征。2、池淬火实验研究:本文选择液氮作为实验工质,搭建池淬火实验台,将所有样品进行了池淬火实验。结果表明,涂层表面均显著缩短了淬火时间,其中最快缩短了近56%。在Teflon涂层较厚的样品中,甚至出现了膜态沸腾阶段消失的现象。3、反问题分析方法的改进:本文没有采用求解稳态方程法的反问题分析方法,而是采用基于空间离散的数值求解法求解反问题,并且进行了相应的模型验证。改进后的反问题方法的优点在于将金属和涂层的热物性均考虑在内,并且加入了涂层与金属之间的接触热阻,计算结果更接近实际情况,便于分析换热特性,在流动淬火实验中,反问题分析方法中还增加了漏热分析。4、涂层对池淬火换热影响的机理研究:结合Kikuchi理论模型对涂层样品表面的LFP温度进行数值计算,计算结果和实验结果表现出一致的规律。由此可知,涂层表面LFP(Leidenfrost点)温度提升是由于表面局部温度骤降导致气膜稳定性遭到破坏,从而使得样品在较高的温度下提前进入了过渡沸腾阶段。通过不同样品之间的计算结果和实验结果的对比得到,涂层的表面局部温度骤降同时受涂层热阻和表面的吸热系数影响,从而影响LFP温度。在本文的实验中,在Teflon涂层样品中,过渡沸腾出现了过渡膜态沸腾和过渡核态沸腾两个特征不同的子阶段,在厚度达到120μm和210μm时,膜态沸腾段甚至消失,淬火直接进入过渡沸腾阶段。5、流动淬火实验研究:在不锈钢管道中制备了3种不同厚度的Teflon涂层,搭建流动淬火实验台,在管道外表面设置三个测温截面,每个截面布置上、侧、下三个测温结点,管道前后设置压力传感器测量进出口压力,末端设置气体质量流量计测量氮气流量,改变管道进口压力进行4组工况下的实验。6、流动淬火换热分析:通过反问题分析方法得到内表面的温度和热流密度,以及通过质量流量计得到液氮消耗量,从而计算出流动淬火效率。结合实验数据得到,增大进口压力,即提高了液氮的流速,从而强化了换热,使得淬火时间缩短,但是更多液氮没有用来冷却管道就被排出,使得流动淬火效率降低。而涂层的存在不仅大大缩短了淬火时间,还显著提升了淬火效率,淬火时间最大缩短了近79%,淬火效率从普通管道的约8%提升至约57%,同时在涂层管道流动淬火的曲线中也发现了池淬火实验中的过渡膜态沸腾阶段和过渡核态沸腾阶段,以及膜态沸腾阶段“消失”的现象。

关键词：表面涂层低温淬火反问题分析膜态沸腾

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城市供水管网漏失智能分析定位技术研究

城市供水管网漏失智能分析定位技术研究

作者：盛泽斌青岛理工大学

学位级别：硕士

漏失是供水行业普遍存在的现象，世界各国都把供水管网的漏失控制作为一项重要课题来研究。而要想从根本上解决漏失问题，应对漏失原因及漏失机理进行分析，研究、开发有效的漏失定位及管理控制技术，从而为提出科学合理的具有针对性的... 详细信息

漏失是供水行业普遍存在的现象，世界各国都把供水管网的漏失控制作为一项重要课题来研究。而要想从根本上解决漏失问题，应对漏失原因及漏失机理进行分析，研究、开发有效的漏失定位及管理控制技术，从而为提出科学合理的具有针对性的漏失控制措施提供重要依据。本文针对目前供水管网漏失定位分析与控制管理等技术研究过程中存在的问题，展开了城市供水管网漏失成因分析与仿真模拟试验、基于漏失量变化的供水管网压力变化特性分析、基于遗传算法的管网漏失点定位与漏失量优化反问题计算、基于BP神经网络的供水管网漏失状态判别与漏失点定位等方面的研究，使得城市供水管网漏失智能分析定位技术能够更好的应用于实践中。目前大多对管道漏失量与压力关系的研究，都以传统的孔口出流计算公式为基础，并未考虑实际管道漏失过程中外界环境的影响，存在一定的局限性。本文对管道漏失时孔口及管道外土壤对水流的协同作用进行了研究，针对两种因素的影响因子比重进行分类，研究不同类型状态下管道漏失量和管道水头的函数关系，建立了相应的分析模型。为进一步研究管网漏失工况下的压力变化特性，建立了供水管网仿真模拟实验平台，并采用EPANET实现了该平台的微观仿真建模;根据漏失水量及管网压力变化的实时监测数据，开展了基于漏失量变化的供水管网压力变化特性仿真试验，掌握了供水管网在单点漏失及多点漏失工况下的节点压力变化规律，为供水管网漏失点定位技术的实现提供了重要的理论依据。通过上述研究，采用所建立的微观仿真模型，以漏失点所在管网中的位置及漏失点相应的漏失水量为变量，以漏失发生时管网压力监测点的监测值与模拟值的差值最小为目标，建立了基于遗传算法的供水管网反问题漏失定位模型;通过三种漏失工况下的漏失定位优化试验，验证了所构建的漏失定位方法的合理性和有效性。为进一步提高供水管网反问题漏失定位模型的精度，在管网压力在线监测数据的基础上，通过对漏失工况模型进行灵敏度分析研究，提出了精确性和实用性更高的基于BP神经网络的供水管网漏失状态判别及漏失点定位技术;并结合试验研究对优化计算结果加以验证，为实现及时、快速的诊断管网漏失、爆管等故障位置，有效的减少管网漏失水量提供了有力的技术支持。

关键词：供水管网覆土孔口出流漏失状态判别反问题分析漏失点定位寻优

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水力瞬变模拟分析应用给水管网系统的探讨

黑龙江水利科技 2011年第3期39卷 95-95页

作者：董魁有史晓娜哈尔滨排水有限责任公司哈尔滨150010 哈尔滨市城市排水监测站哈尔滨150026

管网系统中发生高强度的水力瞬变,形成水锤既会威胁系统安全运行,又会加重管网的二次污染,这需要通过工况模拟,预测分析后,采取必要的措施尽力避免。而任何事物均有其两面性,高强度的水力瞬变波动会造成危害,而通过人工扰动形成低强度... 详细信息

管网系统中发生高强度的水力瞬变,形成水锤既会威胁系统安全运行,又会加重管网的二次污染,这需要通过工况模拟,预测分析后,采取必要的措施尽力避免。而任何事物均有其两面性,高强度的水力瞬变波动会造成危害,而通过人工扰动形成低强度的瞬变波既不会危害管网,又会产生大量的与系统相关的信息,帮助我们认识系统的本质,这就是瞬变反问题分析的初衷。

关键词：给水管网系统水力模拟水力瞬态工况反问题分析确定漏失点