一种简化的高温热管启动模型

热管堆具有体积小、结构紧凑、功率密度高和固有安全性好等优点,被认为是深空和深海任务中最有前途的候选之一。为了研究其启动特性,建立兼顾计算精度及求解效率的热管启动模型至关重要。本文在充分考虑吸液芯区工质的熔化及气液界面处的蒸发和冷凝现象的基础上,建立了基于二维导热的热管壁和吸液芯区热阻网络模型。对于蒸汽区,基于尘气模型(DGM),研究分析了两种不同模拟方式的求解精度和计算效率。通过对不同碱金属热管实验的模拟,验证了模型的准确性。结果表明,模型能较好地模拟高温热管的启动特性,简化的等效热阻模型具有更高的计算效率,其更适合于热管堆系统的启动特性模拟。

基于静态—动态变量解耦的城市积淹水深快速分析方法

随着全球气候变化和我国城镇化快速发展,极端暴雨天气防范应对已成为城市防汛工作的重点之一。极端降雨条件下的实时滚动洪涝风险分析可以为预报预警提供参考,增强决策的科学性,是防范洪涝灾害的有效方法。尽管传统基于水文水动力专业模型的仿真可以在精细网格上计算出洪水演进及退水的全过程,但精细网格数值计算往往需要消耗大量的算力资源,滚动洪涝预测预报的时效性往往达不到要求。通过建立城市洪涝淹没深度与降雨量之间的函数映射关系,提出了基于静态—动态变量解耦的动态水深高效插值方法,结合分布式数据库和并行计算技术,可以在极短的时间内提供与水文水动力专业模型模拟相对一致的结果。本研究以期为城市洪涝实时风险分析提供有效支撑。

基于多层级目标耦合的城市内涝防治研究

针对目前市政排水与水利排涝两个行业、两个体系导致标准不衔接的问题,提出城市内涝防治的多层级目标,统一设置“低标不积水、涝标不成灾、超标可应对”3个层次的防涝标准和相应的积水范围、积水深度、积水时间、城市基本功能正常发挥程度等防涝目标。以浙江省义乌市中心城区为研究区域,利用MIKE FLOOD模型耦合MIKE Urban一维管网模型、MIKE 11一维河流模型、MIKE 21二维地表漫流模型,建立了“水-地-管-河”耦合的义乌市城市防涝水文水动力模型,通过2场实测暴雨洪水资料对模型进行了参数校准和验证。结果表明:建立的模型较好地模拟了降雨后地下管网的产汇流状态、洪水在河道的演进过程以及河流、管网漫水后在二维地形的淹没情况;多层级目标耦合后,低标情景下的义乌市中心城区排水管道满管率由65.3%上升至76.0%,说明“水-地-管-河”的耦合作用对城市防涝有一定影响。多层级目标耦合的城市防涝模型可较好反映城市防涝工程与非工程体系的实际运行状态和防涝效果,可为城市内涝治理提供参考。

基于数据驱动的桁架优化设计方法

针对目前圆管带式输送机桁架有限元分析和优化方法中存在的过程繁琐以及仿真速度、目标性差等问题,提出了利用数据驱动方法来优化改进圆管带式输送机桁架的方法,从而简化有限元分析和优化过程,减少分析和优化时间。首先明确桁架的加载方式及荷载值,运用控制变量法、数值模拟法及工程经验选取桁架最终构型并进行有限元分析。其次以实际仿真值作为输入值,建立基于数据驱动的优化网络模型。最终在不超过最大应力的条件下,利用优化网络模型获得桁架质量的寻优结果。结果表明,基于数据驱动的优化方法在圆管带式输送机桁架优化上具有快速性和准确性的优势,能够满足工程需要。

热管换热器间距对相变充填体蓄释热性能的影响

为了高效利用高温矿井的地热资源,解决高温环境对开采过程的影响,建立了热管-相变充填体矿井地热开采系统三维非稳态传热数值模型,研究了热管换热器与围岩布置间距对系统温度、相变材料液相分数、循环冷却水温度以及系统蓄热量、释热量的影响。结果表明:热管距离围岩越近,蓄热阶段相变材料熔化越快,蓄/释热共存阶段相变材料凝固越慢;随着热管与围岩间距的减小,热管冷凝端循环冷却水的出口温度和进出口温差增大,当热管与围岩间距从95 mm减小至20 mm时,系统稳定运行时冷却水进出口温差将由2.50 K增大至4.97 K;蓄热阶段,系统蓄热量随时间推移先逐渐增大,后维持恒定不变,蓄/释热共存阶段,系统释热量将以先逐渐减小,后恒定不变的速率持续增大;当热管与围岩布置间距由95 mm减小到20 mm时,系统总蓄热量提高72.89%,系统释热量提高91.10%,系统能效系数由81.71%增大到90.32%。研究结果可为热管-相变材料耦合系统在矿井地热高效开采与利用方面提供理论依据和技术指导。

通风系统不同阀门调节对固化线房间负压和风量的影响研究

在核设施中,为了保证设备室、热室释放的气载放射性物质不向周围房间扩散,需要使房间维持一定的负压。通过调节进、排风管道上的阀门,可以使进、排风量保持一定的差值,从而满足房间的负压要求。本文以某核化工项目固化线房间通风系统为例,利用FLoMASTER软件建立了通风管网模型。通过调研得到了系统中风机的特性曲线及过滤器的阻力特性曲线,模拟分析了调节不同阀门对固化线房间负压和风量变化的影响。

基于供水管网水力模型的市政管网消防供水能力研究

为提高城市消防安全水平和火场救援的效率和质量,基于供水管网水力模型,对市政管网消防供水能力进行研究,利用算法分析计算应急状态下满足消防取水需求的市政管网最大消防给水量,得出市政给水设施在火灾条件下的实际给水能力。填补城市消防给水设施管理部门和消防实战应用单位之间的真空地带,解决各信息之间的“信息断层”和应用系统之间的“信息孤岛”问题,充分发挥城市消防给水设施效能,保障消防安全。

热电联产机组与热网的耦合特性分析与仿真

为研究热电联产机组与供热管网之间存在的耦合特性,建立了330 MW抽汽式热电联产机组的精确模型,以及5路并联的多级供热管网和热用户的模型。采用控制输入扰动仿真,分析了机组模型结构特点和动态特性;通过传统炉跟机协调控制与供热测PID控制,分析了热电联产机组和供热管网之间的瞬态特性。仿真结果表明,供热管网中存在较强的热惯性,调节热负荷能够快速改变发电负荷的动态响应,说明利用热网的热惯性可以提高热电联产机组的调频调峰能力。

基于YOLO模型的堤坝管涌监测智能识别方法

针对堤坝管涌现象的监测识别问题,提出一种基于YOLO模型的堤坝管涌识别方法。该方法通过引入改进的残差块及替换模型的激活函数来提升YOLO v3模型的网络性能,构建了基于堤坝管涌感兴趣区域提取的Piping YOLO模型来提取管涌感兴趣区域,并采用二维主成分分析方法提取管涌现象的特征,将其作为多权值神经网络的输入,经训练后实现管涌状态的分类识别。基于自主搭建的管涌渗漏试验平台建立了数据集并进行了试验验证,结果表明,提出的方法能有效识别堤坝管涌现象,在堤坝管涌无人巡检领域具有一定的应用前景。

开源架构二三维管网系统设计与实现

针对商用管网GIS软件市场灵活性不足且软件采购成本高昂的特点,本着为企业降本增效、自主可控的原则,对二三维管网系统关键技术进行了深入研究,利用开源GIS数据处理类库及工具、开源GIS数据库、开源GIS服务器以及开源二三维可视化框架,实现了管网数据的加工、地图服务发布、管网空间及网络查询分析技术流程,建立了二三维WEB端及移动端管网查询分析展示系统。研究结果表明,采用开源架构体系的管网系统完全满足市面上管网需求,且在扩展以及灵活性方面具有一定的先进性,为后期版本迭代升级提供了有力支撑。

基于CAD的机坪供油管网模型建立

运输需求的迅猛增长加快了国内机场建设和飞机加油量的迅速攀升,传统油罐加油车加油方式已经越来越难以满足各类飞机的加油需求,目前主流的大、中型机场均采用机场管道加油的方式。在机坪管网拓扑结构建立方面,如果采用传统的手动编号、排序的方式,工作量庞大、繁琐,并且极易在操作过程中遗漏某些元件和管道,造成结构的缺失,通过分析机场管网CAD设计图,总结图内管段、节点等元件连接关系的特点,使用程序语言编写判定逻辑,完成拓扑结构获取,可实现机坪管网拓扑结构的快速建立。

Experimental study on f-ω regulation model under abnormal methane emission

In view of the difficulty of automatic adjustment, the recovery lag and the major accident potential of the mine ventilation system, an experimental model of the pipe net was established according to the typical one mine and one working face ventilation system of Daliuta coal mine. Using the best uniform approximation method of Chebyshev interpolation to fit the fan performance curve, we experimentally determined fan characteristics with different frequencies and establish the data base for the curves. Based on ventilation network monitoring theory, we designed a monitoring system for ventilation network parameter monitoring and fan operating frequency automatic control. Using the absolute methane emission quantity to predict the air quantity requirement of branch and fan frequency, we established a f-ω regulation model based on fan frequency and absolute methane emission quantity. After analysing methane emission and distribution characteristics, using CO_2 to simulate the methane emission characteristics from a working face, we verified the correctness and rationality of the f-ω regulation model. The fan operation frequency is adjusted by the method of air adjustment change with methane emission quantity and the curve searching method after determining air quantity requirements. The results show that the air quantity in a branch strictly changes according to the f-ω regulation model, in the airincreasing dilution by fan frequency regulation, the CO_2 concentration is limited to the set threshold value. The paper verifies the practicability of a frequency regulation system and the feasibility of the frequency adjustment scheme and provides guidance for the construction of automatic frequency conversion control system in coal mine ventilation networks.

局部土地利用类型变化对城市水文过程的影响研究

为探究城市下垫面局部土地利用类型变化对城市水文过程的影响,采用高效高精度城市雨洪模型(GAST)耦合管网模型(SWMM),模拟不同降雨重现期下动态改变土地利用类型(单块无下渗土地C_(1)、多块组合无下渗土地C_(2)、单块裸土地C_(3)、单块草地C_(4)和单块林地C_(5))对城市地表积水、管网排水的影响。结果表明:改变局部原始土地利用类型(B1)在小降雨重现期下降低了城市积水量,而在大降雨重现期下改变土地下渗面积和区域位置无法进一步减少积水,此时则需考虑非工程措施的极端暴雨应对模式。不同动态规划区域下渗强度导致管网排口流量增幅不同(C_(2)>C_(1)>C_(3)>C_(4)>C_(5)),隔渗能力越强对管网排口流量增幅影响越大,而管网径流控制率则呈相反趋势。结合对积水量的影响可知,增加下垫面下渗能力并结合排水系统可进一步降低城市内涝风险和管网排水负荷,且管网径流控制率同样可以作为评估动态规划可行性的一个重要指标。

溃堤洪水在有压雨水管网街区演进的试验研究

溃堤洪水在有压雨水管网街区的演进过程十分复杂,城市街区建筑物及雨水管网改变了洪水的演进规律,影响了街区排涝的水力特性。本文基于典型城市街区建立了包括房屋、人行道及雨水管网在内的概化水槽模型,测量了不同溃堤洪水在典型城市街区演进过程中的街区水深、雨水管网流量及压强,探究了不同蓄水高度、前池进口流量对街区水位波动变化及有压雨水管网下泄流量的影响。溃堤洪水在水槽侧壁、房屋的作用下形成了大面积的水跃,并且在房屋建筑物附近出现了薄层状水片,水跃区域伴随着洪水演进过程先是在人行道处发生横向的迁移合并,再是在街区道路的纵向方向上逐渐耗散直至消失,街区水位在100 s后基本稳定,从上游至下游呈“先增大、再减小”的变化趋势。溃堤洪水在街区演进过程中,不同蓄水高度对有压雨水管网的泄流量影响相较于不同前池进口流量更加显著,街区上游雨水口的峰值流量在最大蓄水高度条件约为最大前池进口流量的1.5倍。研究结合街区水位及有压雨水管网压强采用欧拉数对短管淹没出流公式的泄流系数进行了率定,修正后的理论计算值的误差由32%降低至2%,能够较好地反映出街区雨水口的泄流能力。研究成果不仅能为数学模型提供翔实的验证资料,还可为城市洪涝治理提供理论指导。

城市市政基础设施智慧管理平台构建研究

为了提高城市市政基础设施的管理效率、优化资源配置、提升服务水平,本文聚焦于城市市政基础设施智慧管理平台的构建研究。首先梳理了城市市政基础设施智慧管理平台建设的背景及国内外研究现状指出了智慧管理平台建设的必要性和迫切性。随后阐述了整个平台构建的总体架构和思路,并详细描述在平台构建与研究过程中解决的关键技术问题和主要研究成果。最后,结合城市市政基础设施领域的需求和以往的建设经验,分析了城市市政基础设施智慧管理平台进一步研究的设想。

基于在线监测与模拟优化雨水截流设施运行应对内涝风险的应用

基于在线监测和排水模型对平原河网地区雨水管网及截流设施开展系统评估分析。研究区域的雨水管网受末端闸门井的控制,旱天均存在一定的水深,部分闸门井降雨后开启不及时,开启水位与旱天水位相差较大,可能导致上游排水不畅和内涝风险,也会影响下游污水系统运行。通过模拟分析得到积水风险分布图,并与闸门井及其上游管网分布图进行叠加,识别了对上游内涝积水及下游污水泵站抽排负荷冲击影响较大的闸门井,提出了以应对内涝风险为主要目标的闸门井运行调度建议。结合在线监测与模型模拟评估可有效支撑排水管网运行诊断评估、规划改造和管理维护决策等。

对城市地下智慧管网的研究——以某市管网改造工程为例

城市的不断发展导致地下管网的种类和数量日益增多。城市管理者对地下空间的开发缺乏科学合理的规划设计,以及主管部门在规划设计、施工维修过程中存在一定的沟通闭塞,城市地面被反复开挖,造成严重的社会资源浪费。通过三维建模软件将地下各类管网绘制在三维模型中,以三维实体管线模型真实反映地下管网复杂空间分布状态,为城市地下管网规划设计、施工维修、运营维护提供清晰的解决思路和技术方案。

基于粒子群优化神经网络的橡胶弹性管道最大应力的算法预测模型

使用基于粒子群优化神经网络完成橡胶弹性管道最大应力预测模型是在管道广泛应用与发展的前提下,在追求更便利、更实用的背景下产生的。管道崩裂事件频繁发生,预测管道崩裂的属性和情况可有效防止及避免事故的发生,对财产、人身安全起到一定的保护作用。以4种不同材质的橡胶弹性管道为研究对象,通过仿真实验分别计算上管壁压力在1000N、1500N、2000N,下管壁压力在200N、500N,管内温度30℃、40℃,环境温度30℃、20℃等条件下的最大应力值,共计算了120组数据,然后整理为粒子群优化神经网络算法的数据集,再通过调整此算法的参数,获得一种对橡胶弹性管道最大应力值预测准确率为96%的算法预测模型。

城市轨道交通与市政管网整合案例研究

文章主要分析深圳R+P模式在城市规划、基础设施建设、经济效益及环境影响方面的成效。结果表明,这种整合模式显著提高了城市基础设施的效率,改善了居民生活质量,并促进了可持续发展。深圳市的城市轨道交通与市政管网整合案例为全球其他城市提供了重要的参考价值,特别是在应对城市化过程中面临交通和环境挑战时。

基于经验模型的供水管网风险评估

供水管网风险评估作为风险防控管理手段,能为管网工程措施前置提供数据支撑,实现风险预防。文章介绍了三种供水管网风险评估模型,并选择上海市某区域,基于上海市地方标准《城市供水管网安全风险评估技术规范》(DB31/T 1332—2021)及该区域管网特征,进行了供水管网风险评估。结合风险评估结果与目标区域管网实际情况,对评估模型进行了优化,进一步提升了评估结果的可靠性。