本发明涉及供暖节能技术领域，尤其涉及一种基于三维模型的管道水力计算方法及装置。
背景技术：
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目前，在利用pdms(plantdesignmanagementsystem)三维设计软件自身功能进行供暖管道设计时，主要用于供暖系统的设备管道模型布置设计和检查碰撞，不能够进行管道水力计算。通常需要在pdms平台之外进行水力计算工作，再根据计算结果手动修改、调整模型。
发明人在实现本发明的过程中发现，供暖系统管道错综复杂，若在pdms平台上调整管道三维模型使其与水力计算结果相一致，需要设计人员进行大量的手动重复修改工作，总体设计效率较低，且不能很好地保证最终管道三维模型的准确度和精细度。
技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种基于三维模型的管道水力计算方法及装置，用以解决上述现有技术中存在的问题。
本发明由如下技术方案实施：
本发明实施例提供了一种基于三维模型的管道水力计算方法，包括：
获取供暖管系三维模型的特征信息和所述供暖管系对应的散热设备的散热量；根据所述散热设备的散热量和所述特征信息，计算所述供暖管系各管道的管径；根据计算得到的所述各管道的管径，修改所述供暖管系三维模型。
进一步地，所述根据所述散热量和所述特征信息，计算所述供暖管系各管道的管径，包括：根据所述散热设备的散热量和所述特征信息进行水力计算，确定与所述散热设备直接连接的管道的管径；根据三通下游对应的所有所述散热器的散热量和所述特征信息进行水力计算，确定三通汇合处管道的管径。
进一步地，在所述根据所述散热设备的散热量和所述特征信息，计算所述供暖管系各管道的管径之后，所述方法还包括：根据计算得到的所述管道的管径和所述特征信息，计算各并联环路分支管道的压力损失；判断是否存在压力损失相对差额大于预设阈值并联环路分支管道；若所存在所述分支管道，调整所述分支管道的管径，直至所述分支管道的压力损失相对差额小于或等于预设阈值。
进一步地，所述根据计算得到的所述管道的管径，修改所述供暖管系三维模型，包括：遍历所述供暖管系三维模型，根据所述与所述散热设备直接连接的管道的管径，对应修改所述供暖管系三维模型中的管道管径和所述散热设备的接口管嘴口径。
进一步地，所述根据计算得到的所述管道的管径，修改所述供暖管系三维模型，包括：遍历所述供暖管系三维模型，根据计算得到的所述管道的管径，对应修改所述供暖管系三维模型中各管道的管径；判断所述供暖管系三维模型中的管道汇总处的管径大小是否一致；若不一致，对应添加变径管件直至管道汇总处的管径大小一致。
本发明另一实施例提供了一种基于三维模型的管道水力计算装置，包括：
获取模块，用于获取供暖管系三维模型的特征信息和所述供暖管系对应的散热设备的散热量；第一计算模块，用于根据所述散热设备的散热量和所述特征信息，计算所述供暖管系各管道的管径；修改模块，用于根据计算得到的所述各道的管径，修改所述供暖管系三维模型。
进一步地，所述第一计算模块具体用于，根据所述散热设备的散热量和所述特征信息进行水力计算，确定与所述散热设备直接连接的管道的管径；根据三通下游对应的所有所述散热器的散热量和所述特征信息进行水力计算，确定三通汇合处管道的管径。
进一步地，所述装置还包括：第二计算模块，用于根据计算得到的所述各管道的管径和所述特征信息，计算各并联环路分支管道的压力损失；判断模块，用于判断是否存在压力损失相对差额大于预设阈值并联环路分支管道；调整模块，用于若所存在所述分支管道，调整所述分支管道的管径，直至所述分支管道的压力损失相对差额小于或等于预设阈值。
进一步地，所述修改模块具体用于，遍历所述供暖管系三维模型，根据所述与所述散热设备直接连接的管道的管径，对应修改所述供暖管系三维模型中的管道管径和所述散热设备的接口管嘴口径。
进一步地，所述修改模块具体用于，遍历所述供暖管系三维模型，根据计算得到的所述各管道的管径，对应修改所述供暖管系三维模型中的管道管径；判断所述供暖管系三维模型中的管道汇总处的管径大小是否一致；若不一致，对应添加管径直至管道汇总处的管径大小一致。
本发明的优点：
本发明实施例提供的基于三维模型的管道水力计算方法及装置，可以直接在pdms三维平台上进行水力计算并自动修改三维管道模型，不依赖平台外的第三方软件。采用实时数据交互设计方式，三维管道模型与设计计算结果动态一致。设计效率高，模型设计结果精确度、直观化程度高。此外，水力计算后的管道模型具备参数化特征，为输出二维图纸、材料报表等工作提供全面的接口数据。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的基于三维模型的单元分支/整体管系的管道水力计算方法流程图；
图2为本发明实施例所提供的基于三维模型的并联分支管系的管道水力平衡计算方法流程图；
图3为本发明实施例所提供的基于三维模型的管系的管径修改方法流程图；
图4为本发明实施例所提供的基于三维模型的单元分支/整体管系的管道水力计算装置结构示意图；
图5为本发明实施例所提供的基于三维模型的并联分支管系的管道水力平衡计算装置结构示意图。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
首先对本发明实施例涉及的专业名词进行如下解释：
pdms：工厂三维布置设计管理系统(plantdesignmanagementsystem)，该管理系统具有以下主要功能特点：①全比例三维实体建模，而且以所见即所得方式建模；②通过网络实现多专业实时协同设计、真实的现场环境，多个专业组可以协同设计，共同建立一个详细的3d数字工厂模型；③交互设计过程中，实时三维碰撞检查，在整体上保证设计结果的准确性；④开放的开发环境，利用pml可编程宏语言，可开发符合用户专门需求的拓展程序。
管道水力计算：输送流体的管道设计时，根据各段管道的流量分配需求，计算确定各段管道的管径和阻力损失，使其满足管段起点至终点的驱动压差条件。
三维模型管道水力计算：将管道水力计算方法应用于三维管道模型设计。管道在三维建模时，实现动态实时水力计算，使三维管道模型与水力计算结果实时一致。
下面详细介绍本发明实施例的技术方案：
图1为本发明实施例提供的基于三维模型的单元分支/整体管系的水力计算方法流程图。如图1所示，本发明实施例提供的基于三维模型的管道水力计算方法，包括：
s101，获取供暖管系三维模型的特征信息和所述供暖管系对应的散热设备的散热量。
具体地，响应用户在pdms三维平台上选择的供暖管系三维模型，获取该供暖管系三维模型的特征信息，以及该供暖管系对应的散热设备散热量。特征信息包括该供暖管系的拓扑结构以及该供暖管系各管道的参数信息(管道编号、供回水温差、管道的管段长度等)，同时，在该三维平台中，能够直接读取出该散热设备对应的散热量。
s102，根据所述散热设备的散热量和所述特征信息，计算所述供暖管系各管道的管径。
在进行步骤之前，一般会为各管道进行管径的初选，在通过计算确定该初选管径是否合适。具体地，在本步骤中，根据散热设备的散热量、供暖管系中各管道的供回水温度差、各管道初选管径通过传统等温降法进行水力计算，得到各管道的管径。具体步骤如下：
首先根据散热设备的散热量和供回水温度差，通过如下公式计算与各散热设备直接连接管道的流量：
g＝0.86q/△t
其中，g为与各散热设备直接连接管道的流量(kg/h)，q为散热设备的散热量(w)，△t为供回水温差(℃)。
其次，根据管道的流量、以及该管道对应的初选管径，通过如下公式计算管道流速：
v＝0.354*g/(ρ*d2)/1000
其中v为管道流速(m/s)，d为管道初选管径(m)，ρ为水的密度(kg/m3)。
再其次，根据管道流速和该管道初选管径，通过如下公式计算管道的雷诺数：
re＝vd/γ
其中，re为雷诺数，v为管道流速(m/s)，γ为水的运动黏滞系数(m2/s)，d为管道初选管径(m)。
又其次，根据管道的雷诺数，通过如下条件计算管道的阻力系数λ：
当雷诺数re≤2300时，流体处于层流状态，采用哈根-泊肃叶公式计算λ:λ＝64/re；当2320≤re≤4000时，流体处于过渡区，采用下面公式计算λ：λ＝0.0025*re1/3；
当re>4000时，流体处于紊流状态，采用柯列勃洛克公式计算λ:
其中，k为管路当量粗糙度，室内热水供暖系统管路取0.0002，re为雷诺数，d为管道初选管径(m)。
然后，根据管道的阻力系数、该管道初选管径以及管道流速，通过如下达西维斯巴赫公式计算管段比摩阻：
其中，r为比摩阻(pa/m)，λ为管道的阻力系数，d为管道初选管径(m)，v为管道流速(m/s)，ρ为水的密度(kg/m3)。
最后，通过如下公式计算管段初选管径的压力损失：
δp＝δpy+δpj＝rl+δpj
其中，δp为计算管段的压力损失(pa)；δpy为计算管段的沿程损失(pa)；δpj为计算管段的局部损失(pa)；l为管段长度(m)。
进一步地，根据比摩阻和管段压力损失限定条件与上述计算结果进行对比，若满足限定条件，则初选管径合理；若不满足重新选定管径迭代计算，直至满足条件，此时对应的管径即为计算得到的选定管径。
具体地，在进行水力计算的过程中，还需要考虑各管道在供暖管系中的位置。若管道与散热设备直接相连接，则根据上述公式进行水力计算，得到该管道对应的管道的管径；若管道为三通管道，则需要根据该三通下游对应的所散热器的散热量进行水力计算，从而得到三通汇合处管道的管径。
进一步地，供暖管系在运行时，构成并联环路的各分支环路的压力损失总是相等的，并且等于其分流点与合流点之间的压力总损失。在设计时需要尽量的选择在保证给水流量的同时、使各个并联环路的压力损失接近于平衡的管径。只要保证并联环路各分支环路之间的计算压力损失差值在允许范围之内，则流量的变化是不大的。因此，在进行水力计算的同时，还需要进行水力平衡分析。
在进行水力平衡计算时，对与散热设备直接连接的各分支管(基层分支)不进行改动，只依据各个基层分支的信息对各并联环路主分支管道进行水力计算。
具体地，如图2所述，所述水力平衡分析包括如下步骤：
s104，根据计算得到的所述各管道的管径和所述特征信息，计算各并联环路分支管道的压力损失。
具体地，管道的压力损失包括管道沿程压力损失和管道局部损失，通过步骤s103计算得到的各管道的管径和特征信息中各管道的比摩阻、管段长度、管道局部阻力系数和管道中的水流速度来计算各并联环路分支管道的压力损失。
s105，判断是否存在压力损失相对差额大于预设阈值并联环路分支管道。
具体地，判断任任意两个并联环路分支管道的压力损失相对差额，可以通过如下公式进行计算：
在本实施例中，预设阈值可以是15％，也可以是其他小于15％的数值。若所存在压力损失相对差额大于15％的并联环路分支管道，则执行步骤s106。
s106，调整所述分支管道的管径，直至所述分支管道的压力损失相对差额小于或等于预设阈值。
在本步骤中，针对步骤s105确定的分支管道，通过调整其管径大小直至平衡，来实现使该分支管道与其它分支管道相对压力损失差额小于预设阈值。
s103，根据计算得到的所述各管道的管径，修改所述供暖管系三维模型。
在本步骤中，可以根据每个管道特征信息中的管道编号，来查找在供暖管系三维模型中其所在位置，从而进行管径的修改。
需要说明的是，本步骤中所指的极端得到的各管道的管径，可以是仅进行水力计算后，也就是步骤s102中得到的各管道的管径；也可以是进行水力计算和水力平衡之后，也就是经过步骤s102、s104-s106后得到的各管道的管径，本发明在此不做限制。
作为本步骤的一种实施方式，遍历供暖管系三维模型，对于那些直接与散热设备相连接的管道，需要同时修改其在供暖管系三维模型中对应的管道管径，以及与其连接的散热设备的接口管嘴口径。
作为本步骤的另一种实施方式，如图3所示，具体包括如下步骤：
s1031，遍历所述供暖管系三维模型，根据计算得到的所述各管道的管径，对应修改其在所述供暖管系三维模型中的管道管径。
s1032，判断所述供暖管系三维模型中的管道汇总处的管径大小是否一致。
若不一致，则执行步骤s1032。
s1033，对应添加管径直至管道汇总处的管径大小一致。
通过遍历供暖管系三维模型中的每个管道，从而完成全部待修改管道的管径修改。
本发明实施例提供的基于三维模型的管道水力计算方法，可以直接在pdms三维平台上进行水力计算并自动修改三维管道模型，不依赖平台外的第三方软件。采用实时数据交互设计方式，三维管道模型与设计计算结果动态一致。设计效率高，模型设计结果精确度、直观化程度高。此外，水力计算后的管道模型具备参数化特征，为输出二维图纸、材料报表等工作提供全面的接口数据。
图4为本发明实施例提供的基于三维模型的管道水力计算装置结构图。如图4所示，该装置具体包括：获取模块110，第一计算模块120，和修改模块130。
其中，所述获取模块110，用于获取供暖管系三维模型的特征信息和所述供暖管系对应的散热设备的散热量；所述第一计算模块120，用于根据所述散热设备的散热量和所述特征信息，计算所述供暖管系各管道的管径；所述修改模块130，用于根据计算得到的所述各道的管径，修改所述供暖管系三维模型。
可选地，所述第一计算模块120具体用于，根据所述散热设备的散热量和所述特征信息进行水力计算，确定与所述散热设备直接连接的管道的管径；根据三通下游对应的所有所述散热器的散热量和所述特征信息进行水力计算，确定三通汇合处管道的管径。
进一步地，如图5所示，所述装置还包括：第二计算模块140，判断模块150和调整模块160。
其中，所述第二计算模块140，用于根据计算得到的所述各管道的管径和所述特征信息，计算各并联环路分支管道的压力损失；所述判断模块150，用于判断是否存在压力损失相对差额大于预设阈值并联环路分支管道；所述调整模块160，用于若所存在所述分支管道，调整所述分支管道的管径，直至所述分支管道的压力损失相对差额小于或等于预设阈值。
可选地，所述修改模块130具体用于，遍历所述供暖管系三维模型，根据所述与所述散热设备直接连接的管道的管径，对应修改所述供暖管系三维模型中的管道管径和所述散热设备的接口管嘴口径。
可选地，所述修改模块130具体用于，遍历所述供暖管系三维模型，根据计算得到的所述各管道的管径，对应修改所述供暖管系三维模型中的管道管径；判断所述供暖管系三维模型中的管道汇总处的管径大小是否一致；若不一致，对应添加管径直至管道汇总处的管径大小一致。
本发明实施例提供的基于三维模型的管道水力计算装置具体用于执行图1-图3所示实施例提供的所述方法，其实现原理、方法和功能用途等与图1-图3所示实施例类似，在此不再赘述。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，其中，当所述计算机可执行指令被电子设备执行时，使所述电子设备上执行上述任意方法实施例中的基于三维模型的管道水力计算方法。
本发明实施例提供了一种计算机程序产品，其中，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，其中，当所述程序指令被电子设备执行时，使所述电子设备执行上述任意方法实施例中的基于三维模型的管道水力计算方法。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，所述计算机可读记录介质包括用于以计算机(例如计算机)可读的形式存储或传送信息的任何机制。例如，机器可读介质包括只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、磁盘存储介质、光存储介质、闪速存储介质、电、光、声或其他形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)等，该计算机软件产品包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记
载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。