1.2 本论文课题相关研究的进展
1.2.1 非稳态流体的分析方法
Wood 和 Boulos 研究了流体管网分布式参数模型的适用情况，并且与使用集中式参数模型的情况做了比较，并且针对拟稳态模型、非稳态可压缩流模型、非稳态不可压缩流模型的适用范围做了定性的划分：对于流体状态变化速度很快的管网系统，需要精确的分布式模型去描述各个观测点的压力与流量[6]。所谓变化快的定义，即为变化的时间和系统特征时间处于相同数量级，并且小于系统特征时间。对于流体状态变化很慢的的管网系统，可以采取拟稳态流体模型。介于这两者之间的系统我们可以采取集中式参数模型。Abreri 等针对管道中液体包含气体的系统建立了一个刚性和弹性模型的适用范围的边界条件[7]。该标准基于几下几个参数：声波传输时间、系统惯性时间以及气体中存储能量与液体中储存动能的比率。Betamio 等提出了一种利用非稳态模型来表示稳态的方法。他们称该方法为“全局计算模型”，因为该模型中即包含了水锤模型又包含了稳态的条件[8]。但是一旦仿真时间较长，这种方法就不再适用。Rogalla 和 Wolters 将隐式的有限差分法与特征线法结合。
1.2.2 稳态流体的分析方法
稳态求解对管网系统的设计、运行与管理有着重要的意义，因此研究者根据各自的描述提出了不同的求解方法。在对管网系统方程组的描述中，研究者们有着自己所关心的一组独立变量，因此根据研究变量选取的不同，稳态求解的方法也各不相同。其中最为普遍也最为实用的三种方法选取的独立变量分别为节点压力、管道流量与环流量修正量，在这些方法的基础上，研究者们更进一步提出了更为有效的方法，例如独立变量为弦支的求解方法。环流量修正量法是 Cross 提出来的最早的管网稳态计算方法[10]，为手工计算求解年代的主流方法。随着计算机的出现，Epp 和 Fowler 在原始的环流量修正法基础上提出了其适用于计算机求解的版本[11]。尽管该方法效率很高，但由于它局限于环状网络，并且对初值的估计必须满足节点质量守恒等约束，研究者们慢慢的选择了一些更为通用的方法。
1.3 管网建模与动态仿真中存在的问题
从上节综述中我们可以看出国内外的研究者对于管网系统以及计算机建模与仿真已经做了大量的工作，同时也取得了很多成果[59-73]，但不可否认的是，仍然存在一些问题需要我们去进一步解决：(1) 目前针对管网系统的研究都缺少多管网拓扑结构变化的分析，大部分稳态模型的求解都有一个前提条件：管网拓扑结构良好。但是在系统运行过程中，由于阀门、开关或泵的操作造成的管道的连接或断开可能会改变网络的连通性，换而言之，管道网络的整体拓扑结构发生变化。(2) 随着管网规模的逐渐增大，系统方程组的规模也随之增大，导致了求解速度缓慢的问题。
第二章 流体管网建模仿真的.............................7
2.1 流体管网物质系统及..................................7
2.2 管网中流体状态的...........................................8
2.3 流体状态的系统方程组...............................9
2.4 流体管网模型的数值解法............... 11
第三章 化工过程流体管网动态...............15
3.1 流体管网的基本组件模型...........................15
3.2 管网结构的图论表述及拓扑..........................18
3.3 连通子网稳态模型的.......................................39
3.4 化工过程管网系统动态求解.......................................40
第四章 管网动态仿真在液体罐区....................43
4.1 液体罐区基本参数.....................................................43
4.2 仿真结果.....................................................................44
第六章 结论与工作展望
6.1 结论
课题在前人研究的基础上，从管网动态仿真中由操作可能引发的拓扑结构改变这一问题入手，完成了如下工作：
(1) 建立了针对化工过程中连通性时变的流体管网建立了精确的数学模型；
(2) 利用图论的知识，引进操作权重矩阵的概念，结合 Dijkstra 法得出了操作频率最小的生成树，并在此基础上开发了管网的拓扑分析算法，通过上一时刻的关联矩阵与基本回路矩阵构造当前时刻的关联矩阵与基本回路矩阵，避免了相对耗时的矩阵求逆与乘法运算；
(3) 将文献中的以弦支管路为变量的稳态求解方法应用到本课题中连通子网的稳态求解，得到了很好的效果；
(4) 根据化工过程管网的特点，提出了一种动态求解策略，并对液体罐区进行了实验性动态仿真，验证了管网模型与拓扑分析算法的实用性；
(5) 由于拓扑分析算法在每个仿真步长下将整个网络分成若干个连通子网，这些子网的稳态求解过程互相独立，在此基础上，引入了并行计算，将连通子网的稳态求解任务分成若干个独立子任务，实现了动态仿真的并行化，提高了求解速度。
参考文献
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