大型输水渠系蓄量非叠加非充分补偿优化算法

针对推算大型输水渠道系统前馈控制规则时,蓄量叠加补偿算法使闸门提前较长时间开启,过渡过程时间较长的问题,提出蓄量非叠加当地补偿算法,对两个规模相差近15倍的渠系建模进行验证.结果表明:渠系规模较大时,蓄量非叠加当地补偿算法有效减小了渠首闸提前开启时间.在大型实际渠系一般取水工况下,该算法渠首闸提前开启时间、过渡过程时间较蓄量叠加补偿算法分别缩短了81.95%和48.88%,渠系控制动态性能有所优化.考虑用水所需变化流量较大的工况,进一步提出蓄量非叠加非充分补偿优化算法,达到更好地减小渠首闸提前开启时间,提高渠系控制性能的目的.在大型实际渠系用水需求流量变化较大的工况下,该算法渠首闸提前开启时间较蓄量非叠加当地补偿算法减小68.55%,过渡过程时间较短,动态性能相对最优.在蓄量补偿比例β选择合适的前提下,蓄量非叠加非充分补偿优化算法可在满足供水需求的同时有较好的渠系控制效果.     

2步法改善长距离渠系结冰盖期的水力响应

针对长距离渠系结冰盖期控制仿真模型中,在采用普通PID控制器和下游常水位运行时水位、流量波动幅度和变化率大的问题,提出了2步法的闸门控制运行方法.该方法利用了变步长步进式控制法和改进的PID控制器的优点,分离了结冰盖期冰盖糙率和控制器对渠系水力响应的影响,使用该方法对南水北调中线工程总干渠京石段进行模拟,结果表明此方法明显减小了渠系结冰盖期的水位流量波动幅度和变化率,有利于渠系冬季冰盖生成的稳定性和避免发生冰灾.     

闸门调控下的水动力学模型建立与应用

考虑闸门前后水位对淹没系数的影响,利用泰勒展开和有限差分法,对闸门过流模型进行了改进,建立了闸门调控下的水动力学模型.选取南水北调中线一期工程总干渠的部分渠段对模型进行了模拟计算.水面线及闸门过流的计算结果表明,模型合理可靠,可以实现闸门过流的连续模拟并提高计算精度.初步应用该模型进行了闸前常水位模式下典型渠段的水力响应计算,分析了平衡状态的渠道水面线及闸门运动变化.结果显示,闸前常水位运行模式下,闸门开度变化与过流量变化一致,节制闸的启动时间与上边界的距离和流量增减关系密切,计算水面线符合水力学的一般规律.模型可作为输水明渠调度控制决策的有效研究工具.     

输水系统闸前常水位控制下的区间调度研究

针对输水系统的运行调度问题,提出了基于分水口分水流量调控的区间调度的原则.利用有限差分法建立了能够模拟多种过水建筑物的一维非恒定流数学模型,以南水北调中线工程为研究对象,在给定的闸前常水位控制运行方式和闸前允许水位变幅下,设计了两种区间调度模式并进行了模拟计算,获得了反映渠道水力响应的闸门起调时间和始末开度、渠道重新平衡稳定时间以及渠段间的最大水位变幅.计算结果表明,在合理的允许水位变幅下,区间调度能够缩短输水系统的水力过渡过程,控制节制闸参与调节的数目.该调度方式在优化大型输水系统输水过程、提高渠道运行控制效率方面具有良好的作用,为调水工程的运行调度提供了一个有益参考.     

大型输水渠道运行仿真系统控制周期选取

为了提高大型输水渠道运行仿真计算的精度、稳定性及速度,建立了大型输水渠道自动化运行仿真模型,研究了PID控制器参数及控制周期变化对渠道系统动态响应的影响,并对实际工程等体积及下游常水位运行方式下的系列工况进行了仿真计算.结果表明:为了获得较好的系统控制效果,PID控制器比例系数需随控制周期的增加而增大,并通过PID参数寻优给出了两者之间的定量关系;控制周期增加后,渠道的响应时间增长,而模型的计算时间缩短,控制设备的操作减少.综合考虑渠道系统的控制效果及闸门设备的控制操作,取仿真模型的控制周期为15～30min较适宜.     

多渠段渠道自动控制系统的稳定控制

为消除在实际运行过程中的模型失配和水力参数(糙率、流量系数等)的不确定性所造成的影响,完成了串联多渠池渠段自适应控制器的设计和测试.利用基于状态空间模型的频率设计方法对模型和外界扰动的不确定性进行量化,采用部分极点配置原则以解决系统临界稳定意义下的病态问题.分析了渠道运行控制特性,提出了性能权函数、鲁棒权函数的选择方法.算法的有效性在多渠池算例上得到了验证.动态仿真结果表明:给定节制闸开度和水力参数变化,各渠段节制闸附近水位波动可以得到很好的抑制,系统跟踪精度高,鲁棒性能良好.     

基于模糊方法和前馈补偿的汽包水位控制方法

将入口烟气流量和温度参数引入到余热锅炉汽包水位的控制算法中进行前馈补偿,采用模糊控制方法,设计了2个模糊控制器.控制器的流量修正值与传统蒸汽流量前馈修正值一起,对水位调节回路上的传统串级三冲量PID控制器的给水流量值进行修正.在纯低温余热发电站上以二级控制的方式进行试验,结果表明:该方法在水泥余热锅炉入口烟气温度和流量的大幅变化条件下仍能保持汽包水位的稳定,稳定性明显高于传统PID控制.     

闸群调控下的输水系统水力响应过程

采用具有模拟复杂内边界功能的明渠一维非恒定流数学模型,以大型输水系统为研究对象,在渠首流量和闸群同步快速变化的极端情形下,对输水渠道的输水响应过程进行了模拟.计算得到了总干渠渠首流量增大和减小两种情况下渠道内水位变化过程,其特征表现为:在渠首流量快速变化、闸群全线同时响应的情况下,渠道水位波动十分剧烈,多数节制闸相邻断面的水位变化速率均大于一般的水位变化速率要求,对渠道的安全运行可能产生十分不利的影响,应尽可能避免此类工况的出现,采用合理有效的闸群控制操作来保障输水系统的安全有效运行.     

南水北调中线输水渠道中分水口的影响

为研究南水北调中线输水渠道中分水口流量变化对干渠的影响特征,选取天津分水口为例,采用一维Saint-Venant数学模型模拟计算该分水口各种分水状态下干渠中的水流过渡过程。采用虚拟渠道等效糙率法来模拟渠道中各类型的输水建筑物的影响。得出该分水口关闭时间超过33.6 h会导致紧邻下游端的西黑山节制闸前水位出现漫顶,分水口前水位下降速度与分水口流量变率呈线性变化关系,并给出了其拟合公式。     

闸前常水位输水渠道的运行过程调控

为克服渠池水位滞后于流量变化给系统调控带来的影响,建立了流量控制、水位约束的渠道运行优化调节系统。该系统基于预测控制理论进行设计,采用了H∞鲁棒闭环控制策略来抑制渠道中时时存在的有界随机扰动,并利用在线辨识技术实时监测明渠非恒定流,控制参数在渠道运行过程中动态调整以提高控制精度。为验证系统控制的稳定性,设计出2种方案对闸门调控过程进行仿真测试。在有分水情况下,所提出的算法能够紧密跟踪参考运行曲线;在有界持续扰动情况下,系统控制逻辑仍然能稳定运行。仿真计算结果表明:加入鲁棒控制环节的预测算法能较好地跟踪用水变化,还能兼顾渠道的稳定控制要求。     

汛期调度运行方式对径流式水电站防沙排沙条件的影响——以桐子林水电站为例

坝前防沙条件、排沙效率是影响径流式水电站使用寿命及厂房发电安全的重要因素。为研究径流式水电站在汛期采取不同调度运行方式对电站汛期排沙、防沙效果的影响,通过非工程措施改善坝前排沙、防沙条件,采用FLOW-3D数值模拟软件建立三维水沙数值模型,模拟了桐子林水电站在不同坝前来流情况下,采取不同的调度运行方案时,电站取水前池的流速、流态和泥沙输移情况。结果表明：不同的调度方案可改变坝前水动力轴线、推移质输移带走向,因此在满足电站安全运行的前提下,采取合理的调度运行方式可使电站防沙效果取得最佳;汛期电站排沙以集中开启泄洪闸排沙为宜;坝前来流较大时电站需开启冲沙底孔,关闭发电机组以保证生产安全。     

明渠输水系统水力响应特性分析及PI控制器参数整定

为了提高明渠输水系统控制器的控制效果,在输水系统的运行过程中需要对控制器的控制参数进行整定．以渠池为研究对象,分析了闸前常水位运行模式下渠道的水力响应特性,得到了与扰动量大小无关的敏感性指标．分析了敏感性指标随输水流量的变化规律,给出了控制器参数与敏感性指标之间的计算公式,数值模拟表明,采用提出的计算公式可以提高渠池的控制效果．研究成果对明渠输水系统的控制运行具有一定的指导意义．     

水平井筒两相流压力计算模型

对水平井筒变质量分层流动进行了微元段流动分析,根椐气相和液相的连续性方程及动量方程,忽略加速度的影响,得到了气、液两相的混合动量方程,并由此建立了水平井筒变质量气、液两相流动的压力梯度模型,该模型中考虑了流体从油藏到井筒流动的影响。利用已有的处理水平管分层流动的方法,计算了考虑流体沿水平井筒有径向流入时水平井筒的压力分布。因为水平井筒上不同点的生产指数不同,所以,本模型更接近于实际。对沿井筒的压力降和流入剖面进行了实例计算。结果表明,随着水平井半径的减小,压力降逐渐增大,从而产生了不均匀的流入剖面     

基于Visual Modflow的刚果(金)迪兹瓦露天矿地下涌水量预测

在露天矿山实际开采过程中,准确预测各阶段涌水量对矿山安全生产具有重要意义。本文以刚果(金)迪兹瓦露天矿为中心建立研究区,采用Visual Modflow数值模拟软件对研究区的边界条件和水文地质条件进行刻画,模拟矿区及周围环境的地下水流场分布。模型预测结果显示,所建模型可较好的模拟研究区地下水流场分布,矿区开采第3年、第6年、第10年的平均涌水量分别为12 100 m3/d、13 400 m3/d、14 400 m3/d。同时,地下涌水量随季节降雨量的变动而发生变化,丰水期涌水量约为平水期的1.5倍,约为枯水期的2倍。通过对矿区各阶段涌水量进行定量分析,可为矿区防排水设计提供了一定的科学依据。     

海河河口生态需水量研究

分析了河口淡水对盐度乃至生物产生的影响．以海河河口及近岸海域为对象,通过建立入海径流与盐度的回归关系,用20世纪80年代中期以前的多年平均盐度值作为盐度控制标准,以计算得到的该标准下的入海径流21．6亿m^3作为海河河口生态需水量,对海河流域年内过程和各水系的生态需水进行了分配、在与现状生态用水比较后可知,大部分年份均不能满足生态需水要求,应加强人工调控．保证入海水量需求、     

波流及自由面对跨海桥隧预制结构水动力性能影响的数值分析

为提高静水和波流共同作用下的沉管和沉井浮运阻力计算效率，基于通用CFD软件StarCCM+和FLUENT及其二次开发，采用了包括叠模方法、VOF定常和非定常算法在内的几种水动力CFD计算方法并结合数值造波法，探讨了波流、自由面及流向角等因素对浮运阻力的影响.研究表明：对于静水计算，沉管可以忽略自由面的影响，沉井则不然；对于沉井，由于具有中空的内腔，VOF定常算法会抹掉由于初速影响产生的内部流体晃荡，而非定常算法则可以模拟出该晃荡现象.     

矿井涌水量预测方法及适用性评价

本文在广泛阅读国内外相关文献的基础上,从分布参数法和集中参数法的角度出发,深入地综述和剖析了现有矿井涌水量预测的方法。同时以新汶矿区为实例,运用数值法、解析法和比拟法对矿井涌水量进行预计。与实测数据对比,对预测方法的特点及适用性进行了评价。评价结果表明,对于研究区水文地质资料详实的情况下可利用数值法进行预测。对于研究区资料不够丰富时,可采用数值法进行模拟进行预测,同时利用解析法进行对比。对于新建的矿井,水文地质参数不足时,可使用水文地质比拟法进行预测。这种评价对于类似条件矿井涌水量预测方法选择具有一定的指导意义。     

基于径向基函数的多闸门控制河流的洪水模拟

为了快速而准确地制定联合调度的复杂闸门水利枢纽处的洪水过程的防洪决策,开发了一种快速洪水模拟方法。以位于北京市北运河流域的北关分洪枢纽为例,采用二维水动力学模型计算了由上游来流量、闸门开度和相应下游水位等因素确定的800组工况;把模拟结果作为径向基函数神经网络的训练样本。这样,只用上游来流量、闸门开度、闸下水位就能快速地模拟出该区域的水位和流量。结果表明,模拟一组工况,用该方法只需不到1m in,而用二维模型需3h。     

自压喷灌减压池有效容积的确定

根据减压池水量自动控制时电动调节阀的特点,分别以流量及压力为传递变量讨论了减压池容积计算的基本思路和求解方法,为减压池容积的确定提供设计依据。     

低渗透油藏三相流油井流入动态研究

针对低渗透油藏具有启动压力梯度和应力敏感性的特性,考虑油相相对渗透率、原油黏度、原油体积系数随压力变化,建立了考虑应力敏感性和启动压力梯度影响的低渗透油藏三相流油井流入动态方程,分析了影响流入动态曲线形态的因素.其结果对开发低渗透油田的油井流入动态预测具有实际指导意义.