Решение задач на тему: Использование решения задачи потокораспределения для анализа водоснабжения города

Введение

Системы, осуществляющие централизованное снабжение рассредоточенных потребителей электрической и тепловой энергией, топливом, водой или какой-либо другой транспортируемой средой, имеет огромное значение в энергетике, коммунальном и водном хозяйствах и в других отраслях.

Они представлены весьма широким спектром объектов, различающихся назначением, масштабностью, принципами построения, физической сущностью процессов функционирования и т.д.

К ним относятся: глобальные системы, такие как электроэнергетическая и газоснабжающая система страны; межрегиональные (объединенные энергосистемы, магистральные нефте- и газопроводы, системы каналов и групповые водопроводы для переброски вод и обводнения больших территорий); системы электро-, тепло -, водо- и газоснабжения городов и промышленных центров; системы отопления, вентиляции и другие.

Гидравлические и, в частности, трубопроводные системы играют весьма существенную роль в экономике страны. Только стальных труб в России ежегодно используется более 20 млн.т.[1] При этом наряду с бурным ростом магистрального трубопроводного транспорта нефти, газа и воды на расстояние в сотни и тысячи километров основное место занимают трубопроводные системы коммунального и промышленного назначения.

Многие задачи расчета гидравлических систем фактически можно свести к одной математической постановке, что дает возможность существенно повысить уровень и практическую эффективность применения математических методов и вычислительных машин.

Достаточно полно теория гидравлических сетей изложена в работах [1],[3],[8].

Данные факторы, а именно: народнохозяйственная важность гидравлических систем и их многообразие, с одной стороны, а также принципиальная общность математических моделей и алгоритмов для их расчета и оптимизации, с другой - вызвали огромный поток математических и отраслевых работ, во многом дублирующих друг друга.

Систематизация, обобщения исследований работ по данной теме были даны А.П.Меренковым и В.Я.Хасилевым в работе "Теория гидравлических цепей".[19]

Моделирование гидравлических сетей, является важной задачей в процессе наладки сложных трубопроводов, а также при управлении существующими гидравлическими системами. Модели, описывающие такие сети с большим количеством участков, представляют собой системы нелинейных уравнений большой размерности. В силу возрастающей сложности реальных объектов постоянно требуется совершенствование старых и разработка новых методов их моделирования и расчета. Еще более актуальной данная задача становится в рамках перехода от задач эффективного управления (поскольку огромное количество гидравлических сетей уже построено и эксплуатируется.) к задачам проектирования трубопроводных систем (для создания новых высокоэффективных гидравлических сетей). При этом на первый план выходят более сложные задачи эффективного управления существующими трубопроводными сетями. При проектировании гидравлических сетей населенного пункта или промышленного предприятия, необходимо учитывать, что все потребители должны обеспечиваться водой в заданном количестве и с требуемым напором.

Целью данной дипломной работы было применение метода поузловой увязки для решения задачи потокораспределения в гидравлических сетях для эффективного управления существующими трубопроводными сетями и проектирования новых трубопроводных систем. В связи с этим в данной работе необходимо было решить следующие задачи:

- изучить структуру и устройство гидравлических сетей;

- исследовать существующие методы решения задачи потокораспределения в гидравлических сетях, анализируя их достоинства и недостатки;

- из всех методов выбрать наиболее подходящий;

- на основе этого метода разработать алгоритм, позволяющий решать задачу управления и проектирования большими гидравлическими сетями.

Оглавление

- Введение 3

- Постановка задачи

- Теория графов

- Математическая постановка задачи

- Методы решения задачи потокораспределения

- Устройство гидравлических сетей

- Примеры гидравлических сетей

- Системы водоснабжения

- Обзор методов решения

- Графические и аналитические методы

- Алгебраический и экстремальный подходы к расчету потокораспределения

- Методы поконтурной и поузловой увязки и их модификации

- Программная реализация решения задачи потокораспределения в гидравлических сетях

- Описание программы

- Вычислительный эксперимент

- Заключение 23

- Список литературы 24

- Приложение А

- Приложение Б

Заключение

Таким образом, в данной дипломной работе был применен метод поузловой увязки для решения задачи потокораспределения в гидравлических сетях с целью эффективного управления существующими трубопроводными сетями и проектирования новых трубопроводных систем. В процессе работы были исследованы существующие методы решения задачи потокораспределения в гидравлических сетях, проведен анализ их достоинств и недостатков. Далее из всех методов был выбран наиболее подходящий, а именно метод поузловой увязки. Также был проведен тщательный анализ этого метода и некоторых его модификаций. На основе этого метода был разработан алгоритм, позволяющий решать задачи эффективного управления и моделирования большими гидравлическими сетями в режиме реального времени, при этом от пользователя не требуется знания специфики используемых методов и определения начальных приближений. Программа была протестирована на линейном примере, а также с графом произвольной нелинейной структуры. Результаты совпали с результатами ручного расчета. Был проведен расчет конкретной сети. Эту программу можно также применять для расчета других трубопроводных систем, например, тепло-, газо-, нефтеснабжающих.

Список литературы

1. Абрамов Н.Н. Теория и методика расчета систем подачи и распределения воды. М: Стройиздат.1972

2. Абрамов Н.Н., Поспелова М.Н., Сомов Н.А., Варапаев В.И., Каримов Д.Х. Расчет водопроводных сетей. М.: Стройиздат, 1983.

3. Аликашкин Я.И., Юшкин А.Р. Применение ЭВМ для гидравлических расчетов водопроводных сетей. Городское хозяйство Москвы. 1960 №11.с 17-18.

4. Андрияшев М.М. Техника расчета водопроводной сети. М.: Сов. законодательство, 1932.

5. Белан А.Е. Универсальный метод гидравлического расчета кольцевых водопроводных сетей.-Изв.вузов. Ж-л Строительство и архитектура. 1964. №4. с. 69-73.

6. Берж К. "Теория графов и ее применение", М., ИЛ, 1962;

7. БСЭ. 3 издание. 1978. Т.30. с. 100.

8. Васильченко Н.П. Расчет кольцевых водопроводных сетей путем нахождения полных поправочных расходов. - Изв.вузой. Ж-л Строительство и архитектура. 1964.№6. с. 80-90.

9. Вишневский К.П. Механизация расчета кольцевых водопроводных сетей.- Водоснабжение и санитарная техника. 1961. №4. с. 20-24.

10. Гальперин Е.М., Зайко В.А., Ермолаев Е.Е. Выбор наилучшего варианта проекта системы подачи и распределения воды (с применением ЭВМ): Методические указания для студентов специальности 290800 - Водоснабжение и водоотведение. Самарск. гос. арх. - строит. академия. Самара 1999. с. 46

11. Гальперин Е.М. Надежность функционирования кольцевой водопроводной сети // Водоснабжение и санитарная техника. 1987. №4.

12. Гидравлические и технико-экономические расчеты систем подачи и распределения воды (программное обеспечение для персональных компьютеров): Методические указания. Ч.1 /Сост.: Гальперин Е.М., Зайко В.А., Коваленко А.Г. . СамГАСА. Самара, 1997.

13. Дарахвелидзе П. Г., Марков Е. П. Программирование в Delphi 7. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004.

14. Евдокимов А.Г.,Дубровский В.В., Тевяшев А.Д. Потокораспределение в инженерных сетях. Харьков: Стройиздат. 1978.

15. Евдокимов А.Г., Тевяшев А.Д. Оперативное управление потокораспределением в инженерных сетях. Харьков: Высшая школа. 1980.

16. Кандзюба С. П., Громов В. Н. Delphi 6/7. Базы данных и приложения. Лекции и упражнения. - СПб.: ооо "ДиаСофтЮП", 2002.

17. Коваленко А.Г. Математические модели рассредоточенного рынка. Известия академии наук. Теория и системы управления. №4, 2001.

18. Коваленко А.Г. О математическом моделировании рассредоточенного рынка. СамГу.

19. Меренков А.П., Хасилев В.Я. Теория гидравлических цепей. М.: Наука, 1985.

20. Расчет водопроводных сетей. М.: Стройиздат. 1983

21. СНиП 2. 04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М: Стройиздат, 1984.

22. Толмачева М.К., Хасилев В.Я. Программа расчета многокольцевых гидравлических сетей увязочным методом. М.: ГИПРОТИСГОССТРОЯ СССР.1965.

23. Фаронов В.В. Delphi Программирование на языке высокого уровня. Питер, 2003.

24. Цай С., Рязанцев Г.К. Принцип минимума и оптимальная политика управления вентиляционными и гидравлическими сетями. Алма-Ата: Наука. 1968