管網(wǎng)模型
關(guān)注創(chuàng)建者：yxp0710 創(chuàng)建時(shí)間：2020-08-10
管網(wǎng)模型的實(shí)例教程
可用于各種輸配水管道系統(tǒng)的水錘分析，包括長距離輸水管道、城市市政配水管網(wǎng)、多級(jí)泵站系統(tǒng)、調(diào)速泵系統(tǒng)、廠區(qū)管網(wǎng)、大流量工業(yè)水系統(tǒng)及水電站渦輪發(fā)電機(jī)組及管路的水錘分析。
HAMMER 為用戶提供了基于精確數(shù)值解的水力計(jì)算引擎和簡單易用的用戶界面與接口，能夠有效的辨識(shí)、管理、并減少和水錘有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。
與同類型軟件相比HAMMER 具有：
1) 多運(yùn)行平臺(tái)的支持。HAMMER 除了獨(dú)立運(yùn)行版以外，還有AutoCAD、Microstation和ArcGIS版本。
2) HAMMER for AutoCAD 版本，可以在 AutoCAD 環(huán)境中運(yùn)行，最新版的 HAMMER 支持 AutoCAD2018，使用 CAD 圖來建立模型非常方便，非常適合設(shè)計(jì)院使用。
3) 全中文界面。中國用戶使用無語言障礙。
4) 專門用于輸配水管道系統(tǒng)的瞬變流分析，專業(yè)性強(qiáng)。
5) 在國內(nèi)有數(shù)十個(gè)用戶，在國內(nèi)上百個(gè)實(shí)際工程中得到驗(yàn)證。無論國際上還是國內(nèi)，是目前同類產(chǎn)品中市場占有率最高的水錘計(jì)算軟件。
使用 HAMMER 可以：
評(píng)估管道系統(tǒng)中的水錘風(fēng)險(xiǎn)
制定經(jīng)濟(jì)的水擊控制解決方案
預(yù)防基礎(chǔ)設(shè)施與設(shè)備遭到破壞
減少建造、營運(yùn)、操作、及維護(hù)的費(fèi)用
為所有水擊保護(hù)設(shè)施建立模擬計(jì)算
將管道的損耗降到最低
模擬所有瞬時(shí)的情況
確保您的水力系統(tǒng)的壽命
為電力中斷作預(yù)準(zhǔn)備，將服務(wù)中斷干擾降至最低
降低電廠水輪機(jī)組的水擊危害
HAMMER 讓您可以應(yīng)用已有 AutoCAD 的圖形來自動(dòng)建立管道水力模型，完全不需進(jìn)行耗時(shí)許久的管網(wǎng)模型建模。
展開 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)與未來城市管理
對(duì)本次河南洪澇災(zāi)害所取得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)而言，未來城市管理可以利用“數(shù)字孿生”技術(shù)做如下事情：
1、創(chuàng)建洪災(zāi)適應(yīng)力模型
要?jiǎng)?chuàng)建數(shù)字孿生模型提高洪災(zāi)適應(yīng)力，需要將城市級(jí)別的實(shí)景建模、三維測繪和洪災(zāi)建模集成到一起。得出的洪災(zāi)適應(yīng)力模型可用于分析、模擬、可視化和信息交流。
首先，使用實(shí)景建模和三維測繪軟件，借助無人機(jī)拍攝的重疊影像和地面影像，輔以必要的激光掃描，可以生成高分辨率的城市級(jí)別三維實(shí)景模型。實(shí)景模型/格網(wǎng)信息按空間進(jìn)行了分類，這意味著網(wǎng)格化城市景觀中的各個(gè)建筑物、地塊和其他要素是與地表適用的GIS數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)在一起的。這也就生成了原始的工程級(jí)別實(shí)景模型，該模型具有足夠的分辨率和可擴(kuò)展性，可以放大某個(gè)區(qū)域并脫離網(wǎng)格直接執(zhí)行工程工作。關(guān)鍵的一點(diǎn)是，這一實(shí)景模型包括數(shù)字地形數(shù)據(jù)，這是所有水文模擬的基礎(chǔ)。
其次，通過為相關(guān)區(qū)域（無論是整座城市還是其中的一小部分）設(shè)置計(jì)算網(wǎng)格，可以創(chuàng)建洪災(zāi)適應(yīng)力模型。然后，使用洪災(zāi)模擬所用的數(shù)據(jù)填充此計(jì)算網(wǎng)格。數(shù)字地形數(shù)據(jù)可以從實(shí)景模型中直接獲取，為洪災(zāi)建模軟件提供精確的地表數(shù)據(jù)，并為查看洪災(zāi)模擬提供實(shí)景環(huán)境。實(shí)景模型還可用于識(shí)別街道、人行道、綠地、樹木和洪災(zāi)適應(yīng)力模型所需的其他信息。洪災(zāi)軟件使用數(shù)字模型來模擬一系列的水力和水文過程，包括降雨、滲入、地表徑流、渠道流量和地下水流量。此洪災(zāi)適應(yīng)力模型可與污水和雨水管網(wǎng)模型集成，動(dòng)態(tài)模擬城市雨水水流和排水狀況，以及風(fēng)暴潮所引起的沿海地區(qū)洪澇情況。
數(shù)字孿生模型還可以結(jié)合與最新氣象數(shù)據(jù)、當(dāng)前水文條件和現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)的運(yùn)營狀況等相關(guān)的實(shí)時(shí)信息源。這些信息源可能包括最近的降雨量、當(dāng)前的河流流速、水泵的工作狀態(tài)等。此外，由于如今手機(jī)和社交媒體的普及率很高，甚至可以利用它們作為現(xiàn)場信息源，記錄當(dāng)?shù)亟值篮统毕珴q潮信息，用以支持與洪澇災(zāi)害相關(guān)的危機(jī)管理。
展開 上述研究主要是采用一維簡化模型和相似理論方法對(duì)管道與壓縮機(jī)聯(lián)合工作系統(tǒng)建立管網(wǎng)模型，模型中氣體采用理想狀態(tài)氣體方程并對(duì)壓縮機(jī)模型進(jìn)行簡化，忽略摻氫后壓縮機(jī)內(nèi)部能量損失和性能變化。Meira等[11]擴(kuò)展了美國航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）提出的沖擊損失理論，考慮到壓縮機(jī)內(nèi)部的單向可壓縮流，結(jié)合索阿韋-雷德利希-鄺氏（Soave-Redlich-Kwong，SRK）和貝內(nèi)迪克特-韋德-魯賓（Benedict-Webb-Rubin，BWR）兩種狀態(tài)方程對(duì)壓縮機(jī)模型進(jìn)行修正，該模型對(duì)于壓縮機(jī)摻氫后的性能預(yù)測更加準(zhǔn)確。
綜上，目前采用 CFD 軟件研究摻氫比例對(duì)天然氣管網(wǎng)性能的影響已較為普遍，但天然氣管道摻氫比對(duì)壓縮機(jī)性能影響的研究主要采用相似理論，這需要壓縮機(jī)流動(dòng)完全相似；而天然氣摻氫會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)工質(zhì)物性的變化，降低了摻氫后壓縮機(jī)的性能預(yù)測精度。因此，為了提高天然氣管道摻氫輸送的安全性和可靠性，深入探究天然氣摻氫后對(duì)離心壓縮機(jī)氣動(dòng)性能和喘振裕度的影響尤為重要。根據(jù)現(xiàn)有川氣東送管道的GE PCL503 天然氣壓縮機(jī)實(shí)測工況數(shù)據(jù)[12-13]和搜集到的主要幾何尺寸，對(duì)其進(jìn)行三維數(shù)學(xué)建模，利用數(shù)值模擬手段分析了不同摻氫比、環(huán)境溫度下壓縮機(jī)內(nèi)部的三維流場，重點(diǎn)研究不同天然氣摻氫比對(duì)離心壓縮機(jī)氣動(dòng)性能和喘振邊界的影響，以期為天然氣摻氫管網(wǎng)的安全運(yùn)行、管網(wǎng)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)及選型提供理論指導(dǎo)。
1 模型建立
1.1
幾何模型
依據(jù)目前公開發(fā)表論文中的關(guān)于 GE PCL503 壓縮機(jī)各工況點(diǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[12-13]和搜集到的主要幾何尺寸（表 1），采用 Concepts NREC 軟件對(duì)該壓縮機(jī)進(jìn)行一維氣動(dòng)設(shè)計(jì)及三維幾何建模。
展開 “
對(duì)此，郭仁忠做了進(jìn)一步闡釋：在城市規(guī)劃、城市建筑設(shè)計(jì)方面，機(jī)場、車站、房產(chǎn)項(xiàng)目、公園、高層建筑等都可以將規(guī)劃設(shè)計(jì)方案嵌入數(shù)字孿生城市模型中，可視化判研、定量化分析、虛擬化模擬方案的合理性。
“以工業(yè)園區(qū)選址為例，現(xiàn)在城市規(guī)模越來越大，通勤越來越遠(yuǎn)，交通越來越堵，在產(chǎn)業(yè)園的區(qū)位選擇決策過程中，如果系統(tǒng)地分析其潛在的就業(yè)人口結(jié)構(gòu)畫像、交通通勤壓力、物流便利程度、配套設(shè)施需求等，就可以更科學(xué)地做出決策?；趯?shí)景三維模型，我們可以集成融合各類城市數(shù)據(jù)，也就是地理信息界經(jīng)常講的城市時(shí)空大數(shù)據(jù)，進(jìn)行過去難以想象的極為復(fù)雜的分析，從而將城市建設(shè)得更宜居、更宜業(yè)、更低碳、更柔性。這樣的例子還有很多，比如，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)方面，一些休閑娛樂和公共服務(wù)場所需要數(shù)字化營銷，需要在線推介其真實(shí)三維場景，以吸引顧客；應(yīng)急管理中，人員如何疏散、緊急物資如何調(diào)配等……”
郭仁忠還特別提及地下空間建模的重要性。對(duì)智慧城市而言，只有室外的、露天的實(shí)景三維景觀是不夠的，除了室內(nèi)外，結(jié)構(gòu)化的地下建模，如燃?xì)狻⒆詠硭?em>管網(wǎng)也有信息化管理的需求?！俺鞘械叵?em>管網(wǎng)的管理必須在三維模型中進(jìn)行，如有事故發(fā)生，需要在第一時(shí)間判斷故障的位置并采取應(yīng)急處置，如緊急關(guān)閉相關(guān)閥門，緊急疏散相關(guān)人員，數(shù)字化的管網(wǎng)模型不可或缺。所以，實(shí)景三維是貨真價(jià)實(shí)的新型基礎(chǔ)設(shè)施，它是社會(huì)治理信息化的重要支撐，沒有它，很多事很難管理、決策?！?有了實(shí)景三維的數(shù)字化城市模型，很多城市管理可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，甚至自動(dòng)控制、自動(dòng)預(yù)警，在城市中的使用場景非常多。國家測繪主管部門推動(dòng)實(shí)景三維中國建設(shè)十分必要、十分及時(shí)，是一種主動(dòng)擔(dān)當(dāng)和作為，且具有前瞻性。
“實(shí)現(xiàn)了對(duì)地上下、室內(nèi)外地理空間和實(shí)體對(duì)象的精細(xì)化、結(jié)構(gòu)化表達(dá)，就構(gòu)成了時(shí)空地理信息云平臺(tái)的基礎(chǔ)。”
展開 2.4 全流程技術(shù)形成機(jī)制
2.4.1 源匯匹配
CCUS源匯匹配的本質(zhì)是CCUS集群系統(tǒng)的總體規(guī)劃和運(yùn)輸管網(wǎng)布局，是工程化CCUS全流程技術(shù)形成的關(guān)鍵機(jī)制之一。CCUS源匯匹配的內(nèi)涵：針對(duì)一個(gè)地區(qū)的CO2排放源地理位置分散、排放量各異，CO2利用和地質(zhì)封存匯的碳去除潛力、方式不同，源匯之間CO2運(yùn)輸方式和運(yùn)輸成本受區(qū)域地理?xiàng)l件、土地利用類型、河流、交通、人群密度等因素影響，通過科學(xué)構(gòu)建CCUS源匯匹配關(guān)系，降低 CO2運(yùn)輸成本并實(shí)現(xiàn)CO2利用與地質(zhì)封存效果最大化。
目前，歐美國家針對(duì)CCUS集群運(yùn)輸管網(wǎng)數(shù)學(xué)模型開展了深入研究，開發(fā)出一批各具特色的源匯匹配決策支持系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用，具有代表性的模型和系統(tǒng)包括 GESTCO、GeoCapacity、SimCCS、InfraCCSARKAL-NL-UU 等。其中，GESTCO 項(xiàng)目開發(fā)了歐洲首個(gè) CCUS 源匯匹配方法，其后續(xù)項(xiàng)目GeoCapacity的決策支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多源多匯之間的匹配；SimCCS模型采用了預(yù)優(yōu)化思想規(guī)劃 CCS基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并允許 CO2運(yùn)輸管道合并與分支；歐盟 委 員 會(huì) 聯(lián) 合 研 究 中 心（European commission's Joint Research Centre）開發(fā)了 InfraCCS 工具，已用于 歐 洲 CCS 基 礎(chǔ) 設(shè) 施 建 設(shè) ；BROER 等開 發(fā) 了MARKAL-NL-UU模型，用于規(guī)劃荷蘭CCS基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)藍(lán)圖。此外，還有用于美國西海岸地區(qū)碳封存項(xiàng)目的DSS模型、用于分析美國管網(wǎng)建設(shè)的NEMS模型、用于分析德國與英國 CO2管網(wǎng)建設(shè)的 CCTSMOD模型等。國內(nèi) CCUS 集群源匯匹配與運(yùn)輸管網(wǎng)規(guī)劃的研究相對(duì)較少。鄭重開展了京津冀地區(qū) CCS源匯匹配研究，但所建立的模型僅允許源匯直接連接，沒有嚴(yán)格意義上的管網(wǎng)設(shè)計(jì)。
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管網(wǎng)模型的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
管網(wǎng)模型的最新內(nèi)容
上述研究主要是采用一維簡化模型和相似理論方法對(duì)管道與壓縮機(jī)聯(lián)合工作系統(tǒng)建立管網(wǎng)模型，模型中氣體采用理想狀態(tài)氣體方程并對(duì)壓縮機(jī)模型進(jìn)行簡化，忽略摻氫后壓縮機(jī)內(nèi)部能量損失和性能變化。
目前，歐美國家針對(duì)CCUS集群運(yùn)輸管網(wǎng)數(shù)學(xué)模型開展了深入研究，開發(fā)出一批各具特色的源匯匹配決策支持系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用，具有代表性的模型和系統(tǒng)包括 GESTCO、GeoCapacity、SimCCS、InfraCCSARKAL-NL-UU 等。
“城市地下管網(wǎng)的管理必須在三維模型中進(jìn)行，如有事故發(fā)生，需要在第一時(shí)間判斷故障的位置并采取應(yīng)急處置，如緊急關(guān)閉相關(guān)閥門，緊急疏散相關(guān)人員，數(shù)字化的管網(wǎng)模型不可或缺。所以，實(shí)景三維是貨真價(jià)實(shí)的新型基礎(chǔ)設(shè)施，它是社會(huì)治理信息化的重要支撐，沒有它，很多事很難管理、決策?！?有了實(shí)景三維的數(shù)字化城市模型，很多城市管理可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，甚至自動(dòng)控制、自動(dòng)預(yù)警，在城市中的使用場景非常多。
此洪災(zāi)適應(yīng)力模型可與污水和雨水管網(wǎng)模型集成，動(dòng)態(tài)模擬城市雨水水流和排水狀況，以及風(fēng)暴潮所引起的沿海地區(qū)洪澇情況。
數(shù)字孿生模型還可以結(jié)合與最新氣象數(shù)據(jù)、當(dāng)前水文條件和現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)的運(yùn)營狀況等相關(guān)的實(shí)時(shí)信息源。這些信息源可能包括最近的降雨量、當(dāng)前的河流流速、水泵的工作狀態(tài)等。
預(yù)防基礎(chǔ)設(shè)施與設(shè)備遭到破壞
減少建造、營運(yùn)、操作、及維護(hù)的費(fèi)用
為所有水擊保護(hù)設(shè)施建立模擬計(jì)算
將管道的損耗降到最低
模擬所有瞬時(shí)的情況
確保您的水力系統(tǒng)的壽命
為電力中斷作預(yù)準(zhǔn)備，將服務(wù)中斷干擾降至最低
降低電廠水輪機(jī)組的水擊危害
HAMMER 讓您可以應(yīng)用已有 AutoCAD 的圖形來自動(dòng)建立管道水力模型，完全不需進(jìn)行耗時(shí)許久的管網(wǎng)模型建模
［62］ 邱象玉，王福軍.滴灌系統(tǒng)CAD管網(wǎng)布置模型及應(yīng)用［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24（8）：10－14.
［63］ 宰松梅，郭冬冬，仵 峰，等.滴灌系統(tǒng)CAD技術(shù)的研究與開發(fā)［J］.節(jié)水灌溉，2009（11）：24－26.
［64］ 張桂春.基于AUTOCAD二次開發(fā)微灌管網(wǎng)自動(dòng)化布置［D］.楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2014.
王新坤等［45－46］則先是將模擬退火算法與多重群體遺傳算法相結(jié)合，建立了管道系統(tǒng)的樹狀管網(wǎng)優(yōu)化模型，以用于大型樹狀管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；后來又設(shè)計(jì)出一種新的退火遺傳算法，除繼承退火模擬的局部尋優(yōu)能力外，還兼?zhèn)溥z傳算法的全局尋優(yōu)能力，大大地提高了求解結(jié)果的效率與精度。洪濤等［47］基于模擬退火遺傳算法，提出以造價(jià)最小為目標(biāo)函數(shù)，節(jié)點(diǎn)壓力為約束條件，標(biāo)準(zhǔn)管徑為決策變量的自壓微灌干管布設(shè)優(yōu)化模型。
圖18－火炬泄放管網(wǎng)動(dòng)態(tài)模型 圖19－泄放容器壓力的動(dòng)態(tài) 圖20－安全閥背壓的動(dòng)態(tài)
圖21－泄放量的動(dòng)態(tài)
（5）危險(xiǎn)和安全研究
Dynsim的一個(gè)最大的應(yīng)用領(lǐng)域是危險(xiǎn)和安全的“what-If”分析。應(yīng)用Dynsim動(dòng)態(tài)模型，工程師能對(duì)諸如“如果關(guān)閉反應(yīng)物的冷卻水將會(huì)怎樣？”、“如果該閥門打不開了將會(huì)怎樣？”
