【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及水錘，更具體的說是涉及一種基于長距離重力流輸水系統的多目標優化水錘防護模型建立方法及系統。
技術介紹
1、長距離重力流輸水工程是解決我國部分地區淡水資源空間分布不均問題的有效手段，然而水錘的危害是重力流水力輸送系統中一個不可忽視的問題，在實際工程應用中，重力流水錘的防護與防護措施的經濟性和安全性的優化一直是本領域研究的熱點和難點。
2、如何在保證系統安全性的同時，降低防護措施的經濟成本，實現多目標優化，得到最優的防護措施成為當前待解決的問題。目前已有研究成果主要集中于泵閥關閉規律或單一水錘防護措施的優化，對于長距離重力流輸水工程的多個防護措施聯合防護的多目標優化研究卻少有涉及。根據當前水錘防護的技術水平和通用防護措施，主要的水錘防護設備有排氣閥、止回閥、超壓泄壓閥(安全閥)和水錘消除罐、單向調壓塔、雙向調壓塔等。隨著科學技術的發展，各種先進的水錘防護措施應運而生，譬如新型性能好的氣壓罐、減壓閥、穩壓閥、調壓塔、排氣閥、水錘控制閥等。值得注意的是這些水錘防護設備的性能及應用，隨著輸水工程的復雜性和多樣性的增加，防護設備的組合防護變得更為常見，組合防護時的水錘防護效果及經濟性值得進一步研究。
3、以往研究無法充分考慮不同防護措施之間的關聯性，從而極大的限制了它們的工程應用以及安全性評價。在實際工程中，往往需要同時考慮多個目標因素，如安全性指標和經濟性指標等，因此研究長距離重力流輸水系統水錘現象的多目標優化設計對實際工程應用具有重要意義，而且可以為其它類似的重力流輸水工程多目標優化提供參考，是本領
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供了一種基于長距離重力流輸水系統的多目標優化水錘防護模型建立方法及系統，解決了
技術介紹
存在的問題。
2、為了實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種基于長距離重力流輸水系統的多目標優化水錘防護模型建立方法，包括以下步驟：
4、s1：基于有壓管道非恒定流的基本方程，采用特征線法求解，得到兩對特征線相容方程；
5、s2：采用多目標遺傳算法，對防護設備的尺寸參數進行優化，以不同組合防護方案的水錘防護效果及工程造價為目標，擬合得到兩個優化目標函數；
6、s3：在滿足約束條件的基礎上，將優化目標函數代入到nsga-ⅱ算法中進行求解，直至目標函數達到最小化，得到防護方案的pareto最優解集。
7、可選的，所述s1中，包括以下步驟：
8、s11：建立有壓輸水管路系統模型的基本數學方程如下：
9、
10、式中：h為測壓管水頭，t為時間，v為流速，x為節點坐標，α為管道傾角，a為水錘波速，g為重力加速度，f為沿程阻力系數，d為管道直徑；
11、s12：采用特征線法求解公式(1)和(2)，得到特征線相容方程如下：
12、
13、cp＝hi-1+bqi-1-rqi-1|qi-1|????(5)；
14、cm＝hi+1-bqi+1+rqi+1|qi+1|????(6)；
15、式中：b＝a/ga，r＝fδx/2gda2；cp、cm、b、r均為計算常數；hpi表示t時刻管內計算斷面i的水頭，qpi表示t時刻管內計算斷面i的流量，a表示斷面面積；hi-1表示管內計算斷面i-1的水頭，qi-1表示管內計算斷面i-1的流量，δx表示特征線網格管段長度；hi+1表示管內計算斷面i+1的水頭，qi+1表示管內計算斷面i+1的流量。
16、可選的，所述s2中，包括以下步驟：
17、s21：基于空氣閥、水擊泄壓閥、單向調壓塔、雙向調壓塔和空氣罐，選取決策變量；
18、s22：設計空氣閥+單向調壓塔+水擊泄壓閥、空氣閥+雙向調壓塔、空氣閥+空氣罐這三種水錘防護方案，針對不同防護方案的水錘防護效果及工程成本進行優化，得到安全性指標和經濟性指標。
19、可選的，其特征在于，決策變量包括：三動式空氣閥口徑dq1、dq2、dq3，水擊泄壓閥口徑ds，單向調壓塔的直徑dt、初始有效水頭ht、補水管直徑db，雙向調壓塔的直徑dj、補水管直徑da以及空氣罐的體積vk、連通管直徑dk、初始內部氣壓pk；
20、目標函數的表達式為：
21、
22、
23、式中：f1表示各節點水錘壓差的平均值，即安全性指標；f2表示各子母被賦予權重后線性疊加的工程造價指標，即經濟性指標；i為節點編號，n為節點數量，i＝1,2,...,n；hmax(i)表示各節點出現的最大水錘壓力，hmax(i')表示各節點的管道允許最大壓力；i為防護類型，i＝1,2,3分別代表各種防護設備的防護；ki表示各防護類型子目標的權重，各子目標權重總和為1；fi表示第i個子目標歸一化后的值；ni表示防護類型i所用設備的數量，wi表示防護類型i所用設備的單價，wz表示管線工程總投資。
24、可選的，所述s3中，包括以下步驟：
25、s31：在保證輸水系統安全運行的前提下，基于防護設備的自身特性確定水錘防護參數及決策變量的多種約束條件；
26、s32：對目標函數和各個決策變量的關系進行擬合并代入到nsga-ⅱ算法中，通過選擇、交叉、變異的方法，將父系的最優性能轉移給后代，直至工程安全性指標f1和工程經濟性指標f2達到最小，收斂于pareto解集。
27、可選的，約束條件包括：
28、a.系統約束：瞬變流的基本方程、系統上游邊界條件、空氣閥邊界條件、水擊泄壓閥邊界條件、單向調壓塔邊界條件、雙向調壓塔邊界條件、空氣罐邊界條件、系統下游邊界條件；
29、b.最大水錘升壓約束滿足：hmax(i)＜(1.5～2.0)h(i)l,max；其中，hmax(i)表示各節點出現的最大水錘壓力，h(i)l,max表示管道最低點最大靜壓；
30、c.輸入變量上下限約束：各決策變量的取值在規定范圍內，即：
31、
32、d.壓力上下限約束：管道系統各點的最大、最小水錘壓力在允許范圍內，即：
33、hmax(i)－hmax(i')＜0hmin(i)－hmin(i')＜0
34、e.水錘防護設備投資不超過管線工程總投資的30％，即：
35、n1w1+n2w2+n3w3＜0.3wz
36、式中：wi表示防護類型i所用設備的單價，i為防護類型，i＝1,2,3分別代表各種防護設備的防護；wz表示管線工程總投資。
37、一種實現以上任一項所述的基于長距離重力流輸水系統的多目標優化水錘防護模型建立方法的系統，包括：
38、特征線求解模塊，用于通過有壓管道非恒定流的基本方程，采用特征線法求解，得到兩對特征線相容方程；
39、擬合模塊，用于通過采用多目標遺傳算法，對防護設備的尺寸參數進行優化，以不同組合防護方案本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于長距離重力流輸水系統的多目標優化水錘防護模型建立方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于長距離重力流輸水系統的多目標優化水錘防護模型建立方法，其特征在于，所述S1中，包括以下步驟：
3.根據權利要求1所述的一種基于長距離重力流輸水系統的多目標優化水錘防護模型建立方法，其特征在于，所述S2中，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的一種基于長距離重力流輸水系統的多目標優化水錘防護模型建立方法，其特征在于，決策變量包括：三動式空氣閥口徑Dq1、Dq2、Dq3，水擊泄壓閥口徑Ds，單向調壓塔的直徑Dt、初始有效水頭Ht、補水管直徑Db，雙向調壓塔的直徑Dj、補水管直徑Da以及空氣罐的體積Vk、連通管直徑Dk、初始內部氣壓Pk；
5.根據權利要求4所述的一種基于長距離重力流輸水系統的多目標優化水錘防護模型建立方法，其特征在于，所述S3中，包括以下步驟：
6.根據權利要求4所述的一種基于長距離重力流輸水系統的多目標優化水錘防護模型建立方法，其特征在于，約束條件包括：
7.一種實現如
...【技術特征摘要】
1.一種基于長距離重力流輸水系統的多目標優化水錘防護模型建立方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于長距離重力流輸水系統的多目標優化水錘防護模型建立方法，其特征在于，所述s1中，包括以下步驟：
3.根據權利要求1所述的一種基于長距離重力流輸水系統的多目標優化水錘防護模型建立方法，其特征在于，所述s2中，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的一種基于長距離重力流輸水系統的多目標優化水錘防護模型建立方法，其特征在于，決策變量包括：三動式空氣閥口徑dq1、dq2、dq3，水擊泄壓閥口徑ds...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張小瑩，劉文昊，張凌凱，朱杰，石崇，
申請(專利權)人：新疆農業大學，
類型：發明
國別省市：
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