[发明专利]一种不需要矩阵运算的管网节点压力计算方法

说明书

一种不需要矩阵运算的管网节点压力计算方法，包括以下步骤：1)将每一个元件作为单独的计算元件，每个元件至少包含一个输入节点和一个输出节点，建立每个元件的方程，并将其线性化；2)对管网的连接结构进行分析，按照管网的连接顺序对元件和节点编号，得到每个元件之间的连接情况和节点之间的连接情况；3)设置各节点的初始压力；4)按照步骤2)中的编号顺序依次对元件进行计算，依次计算各输出节点的压力，再计算根据各支路的流量；5)将本次计算与上次计算的压力进行比对，当满足稳定条件时，计算完成；否则将此次的计算值作为下次计算的起始值，执行步骤2)。它能解决现有供水管网的稳态水力分析中，计算机运算效率低的技术问题。

技术领域

本发明涉及城市供水领域，具体为一种不需要矩阵运算的管网算法。

背景技术

现有供水管网的稳态水力计算按照公式(1)建立泵的线性化方程，按照公式(2)建立管道的线性化方程，根据管网的结构建立管网方程(3)，通过迭代计算得到各供水节点的压力和管网的流量。

F＝B+A△P (1)

F＝A·△P (2)

C＝K·X (3)

公式中F和P代表流量和压力。(1)中A、B是泵的特征参数。(2)中A是管网的特征参数。(3)中X是压力P和流量F的矩阵；K是管网的特征矩阵；由(1)和(2)中的A得到C为已知的常数矩阵由(1)中的B得到。

计算时首先获得矩阵K，它包含管网的“节点——支路”信息及“支路-环路”信息，要得到矩阵K，就需要对所有供水回路进行分析和确认。如果管段数量太多，一方面会造成管网结构分析的工作量很大；另一方面导致矩阵K结构过大，通过计算机进行存储和计算需要耗费大量的资源。矩阵K一般是稀疏矩阵，要提高计算的速度，必须采用稀疏矩阵技术进行处理，增加了计算工作量。

发明内容

本发明提供了一种不需要矩阵运算的管网算法，它能解决现有供水管网的稳态水力分析中，如果管段数量太多，一方面会造成管网结构分析的工作量很大；另一方面导致管网的特征矩阵结构过大，通过计算机进行存储和计算需要耗费大量的资源和能耗，并会降低计算机计算速度，增加计算工作量的技术问题。

本发明所采用的技术方案是：

一种不需要矩阵运算的管网算法，包括以下步骤：

1)将每一个元件作为单独的计算元件，每个元件至少包含一个输入节点和一个输出节点，建立每个元件的方程，并将其线性化；

2)对管网的连接结构进行分析，按照管网的连接顺序对元件和节点编号，得到每个元件之间的连接情况和节点之间的连接情况；

3)设置各节点的初始压力；

4)按照步骤2)中的编号顺序依次对元件进行计算，依次计算各输出节点的压力，再计算根据各支路的流量；

5)将本次计算与上次计算的压力进行比对，当满足稳定条件时，计算完成；否则将此次的计算值作为下次计算的起始值，执行步骤2)。

在步骤1)中，所述元件包括阀门、管道或泵。

在步骤2)中，建立每个元件的方程为线性化方程。

在步骤3)中，根据节点之间的连接情况计算初始的A_ii和A_ij，C_i。

在步骤3)中，采用公式依次计算各输出节点的压力。

在计算时，采用如下计算步骤：

1)建立泵的线性化方程；

2)建立管道的线性化方程；