[发明专利]管网系统非恒定流模拟方法

权利要求书

1.一种管网系统非恒定流模拟方法，其特征在于，包括步骤：

（1）根据管道特性将引水发电系统中的管道选择划分为显格式差分计算管道或隐格式差分计算管道；

（2）对于显格式差分计算管道与显格式差分计算管道相连，由两管道边界分别提供的正负特征线方程和伯努利方程求取边界断面上的水头和流量，由显格式差分计算管道内部各断面的正负特征线方程求解各内部断面的水头和流量；

（3）对于显格式差分计算管道与隐格式差分计算管道相连，将显格式差分计算管道的边界特征线方程通过连接节点处的连续性方程和能量方程转化为隐格式差分计算管道的前扫描方程，并通过隐格式差分计算管道将前扫描方程传递到隐格式差分计算管道末断面边界节点，形成广义的特征线方程，与隐格式差分计算管道末断面边界节点的边界条件联立求解得到该末断面边界节点处的水头和流量，通过后扫描过程求解得到隐格式差分计算管道内各断面及与之相连的显格式差分计算管道边界处的水头和流量；

（4）对于隐格式差分计算管道与隐格式差分计算管道相连，采用伯努利方程将相连的隐格式差分计算管道合并连接为一隐格式差分计算管道，再结合上下游边界条件采用追赶法求取隐格式差分计算管道边界和内部各断面的水头和流量。

2.如权利要求1所述的管网系统非恒定流模拟方法，其特征在于：

所述的根据管道特性将引水发电系统中的管道选择划分为显格式差分计算管道或隐格式差分计算管道，具体为：

将变截面管道、短管、明渠、明满流和河段作为隐格式差分计算管道，其他长棱柱体管段作为隐格式差分计算管道或显格式差分计算管道。

3.如权利要求1所述的管网系统非恒定流模拟方法，其特征在于：

对于复杂管网，基于拓扑树对其进行分层和求解，具体如下：

将复杂管网中子管线等同树枝或树叶，将复杂管网等同拓扑树，树根向树叶方向为恒定流时水流方向，从树根向树叶层号逐渐增大，连接同一树枝或同一层树枝的树枝或树叶为同层，前扫描方向由树叶到树根，后扫描方向由树根到树叶，层号相同的子管线间并行求解；

所述的复杂管网为存在分叉或汇合关系的隐格式差分计算管道构成的局部管网；所述的子管线为复杂管网中上下游水库之间、上下游水库和多出节点之间及多出节点之间的管道或串联管道。

4.如权利要求3所述的管网系统非恒定流模拟方法，其特征在于：

对于包括一个含有附加未知量节点的复杂管网，基于拓扑树对其进行分层和求解，具体如下：

以该含有附加未知量节点为拓扑树树根边界节点，以复杂管网中子管线为树枝或树叶，构建拓扑树，由树根到树叶层号逐减小，采用追赶法求解，前扫描方向由拓扑树树叶向树根，将前扫描求解结果集中于该含有附加未知量节点进行求解，再通过后扫描求解各层子管线各断面水头和流量。

5.如权利要求3所述的管网系统非恒定流模拟方法，其特征在于：

对于包括两个及以上含有附加未知量节点的复杂管网，基于拓扑树对其进行分层和求解，具体如下：

选择其中一含有附加未知量节点为拓扑树树根节点，对其他的含有附加未知量节点分别进行如下局部迭代：

（1）假设含有附加未知量节点的迭代量为已知量，所述的迭代量为含有附加未知量节点的流量增量或水头增量；         

（2）将假设的迭代量代入前扫描方程，采用追赶法获得该含有附加未知量节点处断面水头或流量，记为H_S；将假设的迭代量代入该含有附加未知量节点的边界条件，求得该含有附加未知量节点的水头或流量，记为H_T，若H_S = H_T，则以该迭代量为该含有附加未知量节点的已知参数对复杂管网进行分层和求解；若H_S和H_T不相等，执行步骤（3）；

（3）令迭代值为该含有附加未知量节点的上一时刻迭代值和修正值的平均值，重新执行步骤（2），将步骤（2）获得的H_S代入该含有附加未知量节点的边界条件获得的该含有附加未知量节点的流量或水头，即为所述的修正值。