管网瞬变流的节点划分和时间步长选取方法、装置及设备与流程

本技术涉及能源动力工程仿真，具体涉及一种管网瞬变流的节点划分和时间步长选取方法、装置及设备。

背景技术：

1、管网瞬变流广泛存在于管网系统中，轻则引起噪声和管道振动，重则导致管道结构缺陷，引发管路故障，危害管网系统的安全运行。因此，开展管网瞬变流过程分析的研究十分有必要。

2、管网系统仿真是管网设计以及安全运行分析的重要手段。基于欧拉格式的特征线法、有限体积法、有限差分法，以及基于拉格朗日格式的波追踪法等常用的管道瞬变流的计算方法都需要将管网系统节点化。节点数目越多，计算精度越高，然而随着节点数目的增加，计算资源耗费量增大，计算效率越低。为了提高精度和计算效率，当前已对对瞬变流算法进行了广泛的研究，却鲜有对节点划分开展研究。此外，为了提高计算效率、增大时间步长，通常采用短管模型简化复杂管网，然而对于短管的判定，当前普遍基于整个管网系统进行，这种方式有可能导致除短管外的最短管不是影响瞬变流精度的主要因素，进而导致时间步长的选取过小，严重影响计算效率。

3、因此，如何增大时间步长、减少管网节点划分数量，提高计算效率的同时，保证计算精度是当前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本技术提供一种管网瞬变流的节点划分和时间步长选取方法、装置及设备，能够实现保证精度和物理过程正确的前提下，极大减小管网分段数，大幅提高计算效率。

2、第一方面，本技术实施例提供一种管网瞬变流的节点划分和时间步长选取方法，所述管网瞬变流的节点划分和时间步长选取方法方法包括：

3、对管网进行节点划分，并基于预选择时间步长及瞬变流高效算法，计算得到管道各节点的压力波动幅值；

4、设定压力波动幅值阈值以将管网划分为敏感区和非敏感区，并基于压力波传播时间确定得到敏感区中的短管；

5、获取敏感区除短管外压力波传播时间最短的管道作为最短管道，基于所述最短管道的压力波传播速度进行时间步长的确定，进行敏感区管道节点的划分；

6、基于确定的时间步长划分非敏感区管道节点，敏感区除最短管道外的管道采用弹性模型，非敏感区管道采用时间延迟效应的短管模型，进行瞬变流计算。

7、结合第一方面，在一种实施方式中，所述设定压力波动幅值阈值以将管网划分为敏感区和非敏感区，具体步骤包括：

8、设定压力波动幅值阈值p1；

9、将管网中压力波动幅值阈值不大于压力波动幅值阈值p1的管道的所在区域划分为非敏感区；

10、将管网中压力波动幅值阈值大于压力波动幅值阈值p1的管道的所在区域划分为敏感区。

11、结合第一方面，在一种实施方式中，所述基于压力波传播时间确定得到敏感区中的短管，具体步骤包括：

12、设定短管限值tsp和最大波速调整系数并根据设定的短管限值tsp和最大波速调整系数确定设定值；

13、将敏感区内压力波传播时间小于设定值的管道确定为短管，具体的：

14、

15、其中，表示设定值，ai表示第i根管道内的压力波传播速度，li表示第i根管道的压力波传播时间。

16、结合第一方面，在一种实施方式中，所述基于所述最短管道的压力波传播速度进行时间步长的确定，进行敏感区管道节点的划分，具体步骤包括：

17、设定所述最短管道的最大分段数nmax，并令所述最短管道的最小分段数nmin为1；

18、根据所述最短管道的压力波传播速度，计算得到时间步长范围，具体的：

19、

20、其中，δt表示时间步长范围；

21、将时间步长范围δt等分为多个时间步长数值，并按照大小顺序对时间步长数值进行排序，即：

22、δt1＞δt2＞…＞δtn

23、其中，δtn表示等分后得到的第n个时间步长数值；

24、将δt1作为最大时间步长δtmax，基于节点划分公式进行敏感区管道的节点划分，其中，节点划分公式为：

25、

26、其中，ni表示节点划分后第i根管道的分段数，表示第i根管道的波速调整系数，当计算得到的ni不为整数时，调整ai以获取整数的ni，并记录每根管道的波速调整系数

27、判断各管道的波速调整系数是否均小于对应设定的最大波速调整系数

28、若是，则敏感区管道的节点划分结束；

29、若否，则减小最大时间步长δtmax，将δt2作为最大时间步长δtmax，再次基于节点划分公式进行敏感区管道的节点划分。

30、结合第一方面，在一种实施方式中，当再次基于节点划分公式进行敏感区管道的节点划分，若所有管道的波速调整系数仍不小于设定的最大波速调整系数则：

31、将所述最短管道的最小分段数加1，即nmin＝nmin+1，判断nmin是否大于nmax：

32、若是，则增大所述最短管道对应的最大波速调整系数，其它管道的最大波速调整系数不变，令所述最短管道的最小分段数nmin为1，然后再次基于所述最短管道的压力波传播速度进行时间步长的确定，进行敏感区管道节点的划分；

33、若否，则根据新确定的所述最短管道的最小分段数，再次基于所述最短管道的压力波传播速度进行时间步长的确定，进行敏感区管道节点的划分。

34、结合第一方面，在一种实施方式中，所述基于确定的时间步长划分非敏感区管道节点，具体步骤包括：

35、根据计算得到的时间步长范围δt，将非敏感区内压力波传播时间小于预设值的管道确定为短管，具体的：

36、li＜aiδt

37、其中，aiδt表示预设值；

38、根据计算得到的时间步长范围δt，进行非敏感区内除短管外管道的节点划分。

39、结合第一方面，在一种实施方式中，所述时间延迟效应的短管模型，具体为：

40、根据非敏感区管道的分段数建立对应大小的数组，非敏感区除短管外的管道采用短管模型计算压力波数值，并将计算得到的压力波数值置于数组的第一个元素位置；

41、每更新一个时间步长，数组中的所有元素整体向后移动一个位置，将新计算得到的压力波数值置于数组的第一个元素位置，数组的最后一个元素表示传播至管道出口的压力波。

42、结合第一方面，在一种实施方式中，所述瞬变流高效算法为波特性法或波追踪法。

43、第二方面，本技术实施例提供一种管网瞬变流的节点划分和时间步长选取装置，所述管网瞬变流的节点划分和时间步长选取装包括：

44、计算模块，其用于对管网进行节点划分，并基于预选择时间步长及瞬变流高效算法，计算得到管道各节点的压力波动幅值；

45、划分模块，其用于设定压力波动幅值阈值以将管网划分为敏感区和非敏感区，并基于压力波传播时间确定得到敏感区中的短管；

46、确定模块，其用于获取敏感区除短管外压力波传播时间最短的管道作为最短管道，基于所述最短管道的压力波传播速度进行时间步长的确定，进行敏感区管道节点的划分；

47、执行模块，其用于基于确定的时间步长划分非敏感区管道节点，敏感区除最短管道外的管道采用弹性模型，非敏感区管道采用时间延迟效应的短管模型，进行瞬变流计算。

48、第三方面，本技术实施例提供一种管网瞬变流的节点划分和时间步长选取设备，所述管网瞬变流的节点划分和时间步长选取设备包括处理器、存储器、以及存储在所述存储器上并可被所述处理器执行的管网瞬变流的节点划分和时间步长选取程序，其中所述管网瞬变流的节点划分和时间步长选取程序被所述处理器执行时，实现上述所述的管网瞬变流的节点划分和时间步长选取方法的步骤。

49、本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

50、(1)根据瞬变流一般只在复杂管网局部影响较为显著的特点，将管网系统划分为敏感区和非敏感区，敏感区精细化节点划分开展精细计算，非敏感区采用考虑时间延迟效应的短管模型，能够实现保证精度和物理过程正确的前提下，极大减小管网分段数，大幅提高计算效率；

51、(2)本技术在敏感区采用短管模型进一步简化，利用敏感区而非整个管网系统的最短管道计算最大时间步长，避免非敏感区最短管道对时间步长的选取产生影响，能够实现保证精度的前提下，最大化时间步长，减小计算量；

52、(3)本技术属于瞬变流计算的前处理过程，不影响后续瞬变流的计算以及算法选择，具有适用性强的优点。