面向对象的管网数值模拟及分析
管网系统作为流体运输的载体，在工业过程和日常生活中都具有非常重要的作用，在当前节能降耗的形势下，如何降低管网系统的能耗，提高运输效率具有非常重要的意义。本文通过计算机模拟技术对管网系统进行分析计算，首先采用面向对象技术对管网中的组成元素进行分析归类，总的来说可以分为管子和管件两大类，进出口边界条件在这里也归入到管件类中。管子传输流体，管件起到改变流向、压力、流量和流通截面积等作用。在分别推导出管子和管件的一维数学模型的基础上，提出了一种通用的管网稳态数学模型，对枝状或环状管网均可以求解，对管子和管件数目没有限制，该算法将管子和管件分开，各自建模，有利于程序开发和调试，并且有利于后续的功能扩充和完善。管子模型中由于将管道分为若干段而建立方程，可以方便地根据需要设置管道的段数，计算精度有较大提高。管网模型方程构成一个非线性代数方程组，自变量为温度、压力和质量流量，采用Newton-Raphson法求解描述管网的非线性代数方程组，雅可比矩阵中的偏导数结合解析法和微扰动法进行计算。该算法经过特殊的数学处理，用户无须提供初值，收敛速度快，并且能够提供大量错误警告信息以帮助用户，最终得到管网中的压力、温度和流量分布。在此基础上可以对管网系统进行一些高级功能的开发，例如分析评估，优化调度，故障诊断等。最后经过一个蒸汽管网实例验证，表明本文提出的算法是可靠的，收敛速度较快，可以用于工程分析计算。
管网系统 稳态性 数值模拟 面向对象技术
王二强 朱向东 杨艺 张鸣
北京华康达计算机应用技术有限公司,100029
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2005-10-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）