[发明专利]基于混沌粒子群的化工生产管道实时瞬态模型的建立及计算方法

权利要求书

1.一种基于混沌粒子群的化工生产管道实时瞬态模型的建立及计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.1：建立管道机理模型；

将Brunone模型引入到动量平衡方程中，得到动量平衡方程和Brunone模型组合，根据伯努利方程经过推导优化得到管道总长优化方程；

步骤1.2：采集化工生产管道首端、末端和中间位置的流量和压力值，其中，化工生产管道首端的流量和压力值作为优化管道机理模型的数据，化工生产管道末端和中间位置的流量和压力值用于验证经过优化后的管道机理模型模型参数ζ_B和α；

步骤1.3：先设定式(3)中ζ_B和式(1)中α的初始值，得到化工生产管道的计算长度L，该计算长度L是式(1)中x的最大范围，然后向管道机理模型输入化工生产管道首端采集的流量和压力值带入式(1)和式(2)，得到化工生产管道的沿程的压头H和化工生产管道的流速v，通过式(4)计算化工生产管道的沿程的压头H和化工生产管道的流速v与实际值相对误差和f_N，即适应度，如相对误差和小于设定阈值，则得到优化后的管道机理模型模型参数ζ_B和α，如相对误差和大于等于设定阈值，则进入步骤1.4；

其中，f_N表示相对误差和，i＝0表示管道首端，i＝k表示管道第k处，i＝n+1管道末端位置，表示管道压头在第i处的实际测量值，H_i表示管道压头在第i处的模型计算值，表示管道流速的实际测量值，v_i表示管道流速在第i处的模型计算值；

步骤1.4：对管道机理模型(1)(2)(3)的ζ_B和α进行混沌粒子群的优化，得到优化后的ζ_B和α，将优化后的ζ_B和α作为步骤1.3的ζ_B和α的初始值，重复步骤1.3，直至得到优化的管道机理模型参数ζ_B和α；

步骤1.5：步骤1.3得到的优化后的管道机理模型模型参数ζ_B和α，或步骤1.4得到的优化后的管道机理模型模型参数ζ_B和α带入公式(1)、(2)、(3)形成经过参数优化的管道机理模型，采用经过参数优化的管道机理模型实时计算化工生产管道的压力和流量。

2.根据权利要求1所述的基于混沌粒子群的化工生产管道实时瞬态模型的建立及计算方法，其特征在于，步骤1.1中，所述的管道机理模型包括：质量平衡方程、动量平衡方程、Brunone模型以及伯努利方程。

3.根据权利要求2所述的基于混沌粒子群的化工生产管道实时瞬态模型的建立及计算方法，其特征在于，所述的质量平衡方程如式(1)所示，其中，表示压头H对采样时刻t的偏导数，v表示管内流体流速，表示流速对管道长度x的偏导数，α表示管道与水平面的夹角，a为压力波波速，g为重力加速度；

所述的动量平衡方程和Brunone模型组合如式(2)所示，其中，k表示Brunone阻力系数，k可以取为：Re为雷诺数，D为管道直径，λ表示流体阻力系数；

所述的伯努利方程经过推导优化得到式(3)所示的管道总长优化方程，其中，L为管道计算长度，l为管道直段的长度，n_bend为管道中弯头的数量，ζ_B为弯头局部阻力系数；

4.根据权利要求1所述的基于混沌粒子群的化工生产管道实时瞬态模型的建立及计算方法，其特征在于，步骤1.3中，向管道机理模型输入化工生产管道首端采集的流量和压力值带入式(1)和式(2)，得到化工生产管道的沿程的压头H和化工生产管道的流速v，具体包括：

(A)向管道机理模型输入管道及流体基本参数：直管段长度l、管径D、弯头的数量n_bend、相对粗糙度δ、液体压缩性相关系数、管壁弹性相关系数、流体密度ρ、流体动力粘度小压力波速a＝800～1200m/s；

(B)采集稳态下化工生产管道首端的压力和流速的实际值采集稳态下化工生产管道末端的压力和流速的实际值采集稳态下化工生产管道中间位置i处的压力和流速的实际值

(C)根据管道首末端和中间位置的流速的平均值计算雷诺数划分流态，确定水力摩阻系数λ；

(D)根据所设定的ζ_B，α采用式(3)计算长度L，将长度L进行差分网格划分，划分为长度为Δx的n段，最后采用四阶龙格库塔法对管道沿程n段中每一段i的压力P_i和流速v_i进行求解，得到压力P_i和流速v_i，压力P_i由化工生产管道的沿程的压头H表示，流速v_i即化工生产管道的流速v。