综合能源系统供热管网动态耦合模型研究

区域供热网络是综合能源系统中最关键、最敏感的组成部分。在以往对综合能源系统供热管网的模拟研究中,基于稳态水力特性的水热力耦合模型更为普遍,尚未考虑水热力耦合动态特性。文章提出一种考虑水力动态特性和热力动态特性的综合能源系统供热管网耦合计算模型,采用改进的前向反馈迭代法内嵌特征线法和前向迎风差分进行模型求解。通过算例可以看出,所提出的动态耦合模型可以体现综合能源系统供热管网水力瞬态过程以及其对供热管网热力传输的耦合影响,对综合能源系统调度优化过程中的管网安全性具有指导意义。

综合能源系统供热管网动态耦合模型研究

我国“双碳”目标的提出和工业生产增长对能源的高效清洁利用提出了新的要求,多种能源形式的综合利用和可再生能源的高消纳率成为趋势[1]。综合能源系统(Integrated Energy System,IES)将多种类型的能源以及能源的生产、传输、转换、利用结合起来,进行能源的统一协调调度,有效提高可再生能源的消纳率。区域供热管网(District Heating System,DHS)连接多种能源转换设备,在系统运行中承受高温高压的运行工况,是综合能源系统中最不稳定的组成[2][3]。

实时动态耦合模型及其在洪水风险图中的应用

将水力学的一维模型和二维模型实时动态耦合,可以解决溃堤、漫堤等洪水演进问题.但传统的一维和二维洪水演进模型通常是独立的模块,且模拟计算所花时间较长,结果也不够准确.把独立的一维和二维模型通过时间同步和空间耦合节点的对应关系,建立了一、二维实时动态耦合模型.利用干水深和湿水深理论,改进了传统的洪水演进模型.采用该模型模拟了谷堆圩蓄滞洪区的溃堤洪水演进情况,通过历史洪水对模型进行了验证,基于模拟结果绘制了规范的洪水风险图.结果表明:一、二维水动力实时动态耦合模型在模拟溃堤洪水时,模拟计算结果较传统的方法更为合理,且花费时间更少.

新型轮轨空间动态耦合模型

基于车辆 -轨道耦合动力学理论 ,建立了新型轮轨空间动态耦合模型。详细研究了在充分考虑钢轨横向、垂向和扭转振动以及轨道不平顺作用下 ,轮轨空间动态接触几何关系、轮轨法向力以及轮轨蠕滑力的求解模型。突破了传统车辆动力学中关于轮轨刚性接触和始终接触的假设。最后 ,与国际著名软件 NUCARS的数值仿真比较和与我国线路试验的结果比较表明 ,本文所建立的新型轮轨耦合关系模型是正确有效的。

基于系统动态耦合模型的河湖水系连通与城市化系统协调度分析

当前河湖水系连通已成为解决人水矛盾、实现可持续发展的战略选择。为有效促进河湖水系连通的工程实践,探究工程实施后河湖水系连通系统与城市化系统的相互作用机制,基于系统工程理论,综合考虑复合系统静态和动态层面,建立了系统动态耦合模型。在模型框架内,用综合发展度、耦合度和系统协调度定量表示复合系统的耦合协调状况,并以桂林市两江四湖工程为例,在时间尺度上定量分析了复合系统的演变规律。结果表明,工程实施后桂林市河湖水系连通系统与城市化系统的系统协调度等级接近良好耦合发展,今后应加强非工程措施建设,与工程措施互补,实现复合系统长期协调发展。

声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型

从煤层气单相流动的吸附平衡质量守恒、声场作用下的热平衡及应力平衡等方面入手，建立了声场作用下煤层气流动的应力-温度-渗流压力场流固动态耦合数学模型。利用数值模拟，分析了声场促进煤层中甲烷解吸．扩散．渗流的机制。分析得出，声场作用可明显地提高煤．气系统的温度，提高煤层的孔隙度，增大煤层气流动的渗透率，降低煤层骨架的应力；超声在煤层中衰减形成热效应和超声振动，超声振动影响范围与超声衰减距离一致，超声热效应向煤层纵深传播，转化为煤．气层系统的热能，提高系统的温度。

轨道交通无线电能传输系统动态谐振线圈耦合模型研究

鉴于传统采用平板式线圈结构的无线电能传输系统,不适合列车在运行过程中的电能传输,设计了一种E型铁心线圈的RX(接收端)耦合结构来满足轨道交通供电系统的动态需求。综合考虑车辆停靠的偏移、横向与竖向的间隙及列车上允许的安装体积,建立了动态谐振线圈耦合模型,分析了谐振状态的变量因素,包括线圈自感、线圈互感及耦合电容等;充分考虑工程应用的实际需求,对RX与TX(发射端)的结构参数进行了设计;通过系统仿真验证了E形铁心线圈分别在x轴(线路横向)正向进行偏移,在y轴(线路纵向)正向进行小范围偏移,在y轴负向进行大范围偏移,以及到达极限位置时对耦合系数的影响。结果表明:E形铁心线圈在x方向的偏移对自感和互感等耦合参数几乎无影响,E形铁心线圈结构除偏移至极限位置外线圈耦合系数基本保持稳定。该模型能够有效减小耦合系数变化对无线电能传输系统稳定性的影响。

倾斜镜系统动态耦合数学模型的建立方法

主要探究了在传感器采样频率较高(如高速相机、位置传感器)、倾斜镜动态特性不可忽略的情况下,如何基于实验数据建立开环倾斜镜系统的动态耦合数学模型的问题。分析了系统的动态特性以及输入与输出之间的耦合,提出了基于倾斜镜系统的输入输出数据、采用子空间辨识算法建立倾斜镜系统动态耦合数学模型的方法,并通过实验评估了模型的准确性和建模方法的可行性。实验结果显示,通过该方法所建立的倾斜镜动态耦合模型的VAF值达到95%,模型准确性相比传统的静态模型有了很大提高,验证了建模方法的可行性。研究成果可用于闭环倾斜镜系统优化反馈控制器的设计,提高系统对于光束偏移矫正的性能。

基于一维和二维动态耦合FLOOD水动力模型的漓江洪水风险分析

基于漓江干流及两岸地形、断面数据,构建一维和二维动态耦合FLOOD水动力模型,并对模型率定与验证。模拟漓江天然洪水和考虑漓江上游水库联合调度作用下两岸淹没情况,对漓江干流两岸洪水进行风险分析,为漓江流域精准预报、水库防洪调度、预警、效益分析打下坚实基础。

基于水力-热力耦合模型的供热管网优化调度研究

在城市集中供热管网运行过程中,供热系统的输配能耗由水泵能耗和供、回水管网的热损组成,降低供热系统的输配能耗对实现低碳供热目标具有重要意义.本文基于网络图论、流体输配原理和管道的一维传热,建立了集中供热管网的动态水力-热力耦合模型,并针对天津市实际供热管网的运行过程进行了仿真模拟,利用实际运行数据验证了动态水力-热力耦合模型的精确性.建立了集中供热管网输配能耗的计算模型,并对供热系统的运行能耗进行经济性分析.基于所建立的能耗分析模型,结合粒子群优化算法,建立了多热源环状管网的优化调度方法,该方法以供热管网的总输配损耗的成本最低为目标函数,以热源的供水温度、热源泵的转速比、热力站入口处的阀门开度为决策变量,以满足能量守恒和质量守恒为约束条件,通过进行算法参数匹配,给出基于PSO算法的多热源环状供热管网优化调度的计算步骤,并结合天津市实际管网对优化调度方法的调控过程进行了分析.仿真计算结果表明,由于管网存在输配延迟属性,热力站的总负荷变化与室外温度变化不存在静态的正相关性,此外,也发现水泵运行费用为整个管网运行费用的主要组成部分,占总运行费用的58%以上.本研究为城市集中供热管网运行调节的优化提供了一套有效的计算工具.

我国城市化与粮食安全的动态耦合分析

本文在分析城市化进程与粮食安全交互影响的基础上,借助系统科学理论建立了城市化与粮食安全协调发展的动态耦合模型。通过模型评价分析表明,1980年到1997年,城市化发展与粮食安全不存在较大矛盾,二者处于独立发展时期。但1997年以来,二者已存在相互胁迫关系,虽然目前仍然处于协调发展阶段,但从协调耦合度的发展趋势来看,已经进入粮食安全危机潜伏阶段。因此,从当前开始,必须重视城市化与粮食安全之间的相互制约关系,建立粮食安全与城市化协调发展的长效机制。

基于时间序列的公共图书馆与区域经济动态耦合研究——以广东省为例

在分析公共图书馆与经济相互影响的基础上．通过一般系统演化理论和时间序列连续性原理构建广东省公共图书馆与经济协调发展的动态耦合模型。通过非线性拟合表达式计算整体系统动态耦合度，得出2000～2010年公共图书馆与区域经济动态耦合的演化过程一直处于协调发展阶段，但总体水平偏低，相互促进效果不大，需采取措施建立公共图书馆与区域经济协调发展的长效机制。

含瓦斯煤岩固气耦合动态模型与数值模拟研究

依据以往瓦斯煤岩的研究内容来看,在过去的瓦斯渗流与煤体变形的情形下,通常都是经过引入煤体变形的过程中,去细观一些单元的损伤力度及透气性演化的耦合作用方程,因此,气固耦合的动力学模型和数值模拟建立了含瓦斯煤和岩石,而这种该模型的模拟研究,主要是针对煤矿开采诱发的煤与瓦斯突出的过程,以及突出前后煤体中,瓦斯压力的变化规律,以及采动影响下,瓦斯抽放过程中,煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯压力的变化规律,所以,在固体相似材料研究的基础上,通过使用相耦合理论的相似性,我们找到一些类似的条件适合煤和岩石天然气的气相耦合。

桥梁极值应力的贝叶斯动态耦合线性预测

基于含有趋势性和随机性的监测极值应力时间序列数据,进行了桥梁极值应力的贝叶斯动态耦合线性预测。将历史监测耦合极值应力数据解耦,建立解耦极值应力的动态耦合线性模型(DCLM),并将其分解为有限个动态线性模型(DLMs)。基于动态监测的解耦极值应力数据,结合贝叶斯方法,进行动态耦合线性模型的概率递推,进而实现桥梁解耦极值应力的动态预测,并将预测的解耦极值应力进行相加,即可实现桥梁极值应力的动态预测。最后,通过在役桥梁的含有随机性和趋势性的监测极值应力数据,利用ARIMA(auto-regressive integrated moving average)模型,验证了所提方法的合理性与有效性。

基于耦合模型的电容法两相流相含率测量性能分析

对于电学法多相流参数检测系统,电学传感器的结构是影响测量系统性能优劣的关键因素之一。目前,常采用静电场仿真或大量的实测试验来选择传感器结构及参数,然而,静电场仿真只能研究传感器的静态电学特征,并不能结合实际的多相流流动特性,且试验验证需要消耗大量的人力、物力及时间来应对不同对象及应用条件。针对以上问题,该文采用一种流场-电场耦合的三维动态仿真方法,建立混合流体的分布状态与电学传感器输出信号变化之间的关系,结合多相流流动特性综合评估传感器系统的测量性能。该耦合模型以气固两相流相含率检测为研究对象,分别对3种传感器系统的灵敏度和相关系数进行量化分析,以评估它们的测量性能,并在搭建的气固两相流相含率测量平台上验证该耦合模型的有效性。

动态耦合评价昆明市环境经济的协调发展

运用动态耦合模型对昆明市2010—2019年的环境经济协调发展状况进行分析。结果显示:2010—2019年,昆明市环境经济系统发展处于经济低速发展及高度协调均衡发展之间的波动状态。环境经济协调发展动态耦合过程表明,昆明市环境与经济间存在矛盾,但经济系统和环境系统序参量的演化速度及两者间关系可利用外部条件(经济手段及环境政策的调节与干预等)进行改变,推进整个系统的有序演化。

环境经济协调发展动态耦合评价研究——以苏州市为例

通过建立环境经济耦合协同模型,对苏州市近年来的环境与经济协调发展状况进行分析。结果显示,2011—2020年,苏州市环境经济协调度处于均衡发展状态,且协调程度在不断提升。环境经济协调发展动态耦合过程表明,经济系统和环境系统协同发展具有一定的耦合关联性。对苏州市经济系统序参量与环境系统序参量演化速度分析,结果表明,经济发展与环境发展二者之间存在一定的冲突,但总体而言经济发展带动环境的发展,目前苏州市经济与环境之间处于高度协调状态。

城市扩张用地效益评价与耦合关系研究——以南京市为例

城市扩张的社会经济效益和生态环境效益之间存在耦合关系,对二者的协调耦合程度进行研究,可以有效评价城市扩张合理性。本文运用综合评价方法和动态耦合模型,计算了1990—2008年间南京市城市扩张过程中的社会经济效益和生态环境效益综合指数,分析了二者的耦合动态。研究结果表明:南京市的生态环境效益综合指数与社会经济效益综合指数在研究期间均呈增长趋势,但前者增速较缓;生态环境对城市扩张的响应有一定的滞后性,2000年以后,这种滞后性趋向显著;从城市用地效益耦合度变化曲线来看,南京市大致经历了1990—1995年从低级共生向协调发展过渡、1996—2000年的协调发展以及2001—2008年从协调发展向低级共生退化的三个阶段。

HXD3型电力机车弓网接触力动态特性分析

电力机车运行过程中,接触网与受电弓之间的压力检测是故障检测的重要环节。根据弓网动力学模型进行受力分析,建立弓网动态压力垂向耦合模型,依据模型得出运行微分方程。采用压力传感器测量实时弓网接触力,通过仿真得出不同速度下的弓网压力变化,为建立弓网故障检测系统提供理论依据。

水洗法提纯沼气的建模与试验论证

沼气工程是推进农业现代化的重要实践形式,沼气的提纯是沼气工程的重要环节。对微孔曝气水洗法中沼气气泡在水中上浮与传质的过程进行耦合,推导出沼气气泡在水中运动和传质的动态耦合模型,利用该模型分别计算4组不同温度条件下沼气水洗提纯的效果,并在对应条件下进行试验。试验结果与理论值较为接近,验证了模型的正确性,同时通过模拟与试验得出水洗的效果与温度的关系。通过对3种不同气泡初始直径下的沼气水洗提纯效果进行模拟,得出气泡初始半径与水洗效果之间的关系,阐明微孔管曝气水洗法的优势,并得出这种沼气水洗提纯法塔高的极限在8 m左右。该模型得到温度、塔高、气泡初始直径等主要工艺参数对沼气水洗提纯效果的影响数据,为水洗设备的建设与优化提供了理论依据。