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簡(jiǎn)要描述:市政管網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面向給排水科學(xué)與工程、市政工程、城市水務(wù)、環(huán)境工程、實(shí)際供水管網(wǎng)工程的相關(guān)專業(yè)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn),結(jié)合實(shí)際管網(wǎng)工程的設(shè)計(jì)、運(yùn)行等知識(shí)技術(shù)要點(diǎn),綜合運(yùn)用自動(dòng)化控制、三維虛擬仿真、數(shù)字孿生、人工智能、水力系統(tǒng)數(shù)值仿真、優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度等專業(yè)技術(shù)手段,開發(fā)完成一套能夠開展市政供水人工智能管網(wǎng)相關(guān)的課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、工程運(yùn)行調(diào)度實(shí)訓(xùn)等工作的軟硬件一體綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
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市政管網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面向給排水科學(xué)與工程、市政工程、城市水務(wù)、環(huán)境工程、實(shí)際供水管網(wǎng)工程的相關(guān)專業(yè)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn),結(jié)合實(shí)際管網(wǎng)工程的設(shè)計(jì)、運(yùn)行等知識(shí)技術(shù)要點(diǎn),綜合運(yùn)用自動(dòng)化控制、三維虛擬仿真、數(shù)字孿生、人工智能、水力系統(tǒng)數(shù)值仿真、優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度等專業(yè)技術(shù)手段,開發(fā)完成一套能夠開展市政供水人工智能管網(wǎng)相關(guān)的課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、工程運(yùn)行調(diào)度實(shí)訓(xùn)等工作的軟硬件一體綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
二.產(chǎn)品特點(diǎn)
1.緊密圍繞市政供水管網(wǎng)的系列核心工程技術(shù)問題,覆蓋實(shí)驗(yàn)類型完整、體系化強(qiáng)。
2.采用“數(shù)字孿生"工程的建設(shè)理念與傳統(tǒng)模型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,契合行業(yè)技術(shù)用用趨勢(shì)。
3.內(nèi)置完整數(shù)值模擬分析程序,實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值分析結(jié)果可相互驗(yàn)證。
4.以實(shí)際市政管網(wǎng)工程為原型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn),工程一致性強(qiáng)。
5.內(nèi)置實(shí)驗(yàn)臺(tái)智能語音交互,輕松掌握實(shí)驗(yàn)步驟與操作流程,提升實(shí)驗(yàn)裝置易用性。
6.內(nèi)置實(shí)驗(yàn)相關(guān)概念、原理、技術(shù)AI知識(shí)庫(kù),隨時(shí)擴(kuò)展解答實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)。
7.內(nèi)置“聲光電"同步表達(dá)模塊,增進(jìn)掌握相關(guān)知識(shí)與技術(shù)的效率與效果,直觀性強(qiáng)。
8.專業(yè)理論研究團(tuán)隊(duì)支撐,保證實(shí)驗(yàn)開展的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。
三.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1.水泵水力特性實(shí)驗(yàn):通過實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)/子系統(tǒng),開展泵裝置性能的在線測(cè)試分析實(shí)驗(yàn)。通過泵組、閥門的調(diào)節(jié),改變系統(tǒng)過流量及泵組運(yùn)行工況。通過泵組進(jìn)出口壓力傳感器、流量傳感器、泵組功率傳感器等,測(cè)定不同工況下的泵組工作參數(shù),并繪制水泵工作特性曲線,分析水泵性能動(dòng)態(tài)變化等。
① 通過水泵進(jìn)出口壓力傳感器、流量傳感器、功率傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù),計(jì)算水泵流量-揚(yáng)程工作點(diǎn)與流量-效率工作點(diǎn);
② 通過水泵進(jìn)出口壓力傳感器、流量傳感器、功率傳感器的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),進(jìn)行多數(shù)據(jù)清洗,確定水泵流量-揚(yáng)程和流量-效率曲線;
③ 繪制水泵工作特性曲線,建立合理的水泵性能評(píng)價(jià)指標(biāo),分析水泵性能動(dòng)態(tài)變化;
④ 針對(duì)提供的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包,具備數(shù)據(jù)清洗功能;
⑤ 提供實(shí)現(xiàn)上述功能的FORTRAN計(jì)算分析子程序封裝文件 (多個(gè));
⑥ 提供與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能相匹配的技術(shù)說明文件、封裝引擎調(diào)用方法說明文件;
⑦ 保證提供封裝引擎運(yùn)行的正確性、穩(wěn)定性、高效性。
2.管道沿程阻力特性實(shí)驗(yàn):通過實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)/子系統(tǒng),開展管道沿程阻力特性分析實(shí)驗(yàn)。通過控制系統(tǒng)不同的流量(泵組、閥門的調(diào)節(jié),改變系統(tǒng)過流量及泵組運(yùn)行工況),測(cè)量不同管長(zhǎng)、管徑、管材的管道兩端的水頭變化,獲得不同工況情況下各類管道的沿程阻力特性曲線。
① 通過管道兩端壓力傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù),記錄管道兩端水頭變化;
② 通過不同水泵組合、閥門調(diào)節(jié)規(guī)律,改變系統(tǒng)過流量以及泵組運(yùn)行工況;
③ 通過管道兩端的壓力傳感器,測(cè)量不同管長(zhǎng)、管徑、管材在不同運(yùn)行工況下的水頭變化情況,進(jìn)行多數(shù)據(jù)、擬合等算法,確定不同工況情況下各類管道的沿程阻力特性曲線;
④ 提供實(shí)現(xiàn)上述功能的FORTRAN計(jì)算分析子程序封裝文件 (多個(gè));
⑤ 提供與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能相匹配的技術(shù)說明文件、封裝引擎調(diào)用方法說明文件;
⑥ 保證提供封裝引擎運(yùn)行的正確性、穩(wěn)定性、高效性。
3.閥門阻力特性實(shí)驗(yàn):通過實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)/子系統(tǒng),通過閥門啟閉,獲取閥門前后壓力差,開展不同閥門開度下水力計(jì)算分析實(shí)驗(yàn)。通過調(diào)節(jié)閥門的開度,結(jié)合穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的流量和閥門前后的壓力傳感器采集的壓力數(shù)據(jù),通過相關(guān)的數(shù)據(jù)處理,得到不通過開度情況下的閥門阻力特性曲線。
① 通過閥門兩端壓力傳感器、流量傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù),監(jiān)測(cè)閥門前后兩端水頭、流量變化;
② 通過調(diào)節(jié)不同的閥門開度,監(jiān)測(cè)閥門兩端壓力傳感器、流量傳感器的數(shù)據(jù);
③ 結(jié)合穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)閥門前后壓力傳感器和流量傳感器采集的數(shù)據(jù),進(jìn)行多數(shù)據(jù)、擬合等算法,確定不同開度情況下的閥門阻力特性曲線;
④ 提供實(shí)現(xiàn)上述功能的FORTRAN計(jì)算分析子程序封裝文件 (多個(gè));
⑤ 提供與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能相匹配的技術(shù)說明文件、封裝引擎調(diào)用方法說明文件;
⑥ 保證提供封裝引擎運(yùn)行的正確性、穩(wěn)定性、高效性。
4.管網(wǎng)水力計(jì)算分析實(shí)驗(yàn):在綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上,通過閥門啟閉構(gòu)建樹狀和環(huán)狀管網(wǎng)結(jié)構(gòu),開展不同管網(wǎng)結(jié)構(gòu)下的水力計(jì)算分析實(shí)驗(yàn)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的數(shù)字孿生系統(tǒng),對(duì)管網(wǎng)恒定流方程組構(gòu)建和不同平差方法(如牛頓 -拉夫森算法、哈代-克羅斯算法、全局梯度算法等)的計(jì)算原理、過程和結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)展示和運(yùn)用,并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,掌握供水管網(wǎng)水力計(jì)算的基本原理和求解方法。
① 管網(wǎng)結(jié)構(gòu)演示功能:通過閥門操作實(shí)現(xiàn)樹狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)輸水模式,并進(jìn)行演示;
② 水力計(jì)算方程編寫功能:根據(jù)樹狀和環(huán)狀管網(wǎng)特征,編寫管網(wǎng)水力計(jì)算的連續(xù)性方程組和能量方程組;
③ 管網(wǎng)平差計(jì)算功能:不同平差計(jì)算方法的功能實(shí)現(xiàn),展示相應(yīng)計(jì)算方程、迭代過程和計(jì)算結(jié)果,包括哈代-克羅斯算法、牛頓-拉夫森算法和全局梯度算法;
④ 提供實(shí)現(xiàn)上述功能的MATLAB計(jì)算分析子程序封裝文件(多個(gè));
⑤ 提供與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能相匹配的技術(shù)說明文件、封裝引擎調(diào)用方法說明文件;
⑥ 程序計(jì)算分析時(shí)間:<5s;
⑦ 保證提供封裝引擎運(yùn)行的正確性、穩(wěn)定性、高效性。
5.管網(wǎng)水力模型構(gòu)建實(shí)驗(yàn):基于綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的管網(wǎng)物理模型構(gòu)建管網(wǎng)水力模型。首先通過對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)管網(wǎng)的管道、水泵、閥門等構(gòu)件進(jìn)行概化形成初始管網(wǎng)模型,進(jìn)一步通過水力計(jì)算實(shí)現(xiàn)水力模擬分析,最后結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行校核,構(gòu)建管網(wǎng)水力模型。結(jié)合數(shù)字孿生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水力模型的可視化和動(dòng)態(tài)模擬分析,學(xué)習(xí)與掌握供水管網(wǎng)水力模型構(gòu)建的方法和流程。
① 模型初始化功能:根據(jù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的管網(wǎng)物理模型,構(gòu)建管網(wǎng)模型的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)和元件屬性輸入;
② 水力計(jì)算功能:結(jié)合管網(wǎng)水力計(jì)算分析實(shí)驗(yàn)功能,實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)模型的水力模擬計(jì)算;
③ 模擬精度分析功能:通過流量傳感器和壓力傳感器等的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),進(jìn)行模型模擬值與監(jiān)測(cè)值的對(duì)比分析和精度評(píng)價(jià);
④ 模型校核功能:管網(wǎng)模型校核功能實(shí)現(xiàn),包括手動(dòng)校核和自動(dòng)校核兩種方式;
⑤ 動(dòng)態(tài)模擬功能:通過輸入動(dòng)態(tài)水力邊界條件(水池水位、節(jié)點(diǎn)水量等),實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)水力模擬;
⑥ 提供實(shí)現(xiàn)上述功能的MATLAB計(jì)算分析子程序封裝文件(多個(gè));
⑦ 提供與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能相匹配的技術(shù)說明文件、封裝引擎調(diào)用方法說明文件;
⑧ 保證提供封裝引擎運(yùn)行的正確性、穩(wěn)定性、高效性。
6.管道水錘分析和防護(hù)實(shí)驗(yàn):通過實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)/子系統(tǒng),開展有壓供水管線水錘實(shí)驗(yàn)。通過泵/閥控制激發(fā)水錘壓力波,并采用高精度流量傳感器、高頻壓力傳感器等記錄相關(guān)參數(shù)的變化情況,分析不同運(yùn)行工況下的壓力、流量變化特征值和規(guī)律,分析管線最大內(nèi)水壓力、最小內(nèi)水壓力等參數(shù)可能造成的結(jié)構(gòu)破壞風(fēng)險(xiǎn),并測(cè)試不同的防護(hù)措施對(duì)水錘壓力波動(dòng)的消減情況。由此掌握市政供水管線的水錘理論知識(shí)。
① 通過泵控制激發(fā)水錘壓力波,包括水泵失電、正常啟停機(jī)等控制工況,分析過渡過程中管線壓力、泵組流量、泵組轉(zhuǎn)速等參數(shù)變化;
② 通過快速關(guān)閉閥門激發(fā)水錘壓力波,分析關(guān)閉過程中閥門壓力變化規(guī)律、流量變化、沿程壓力包絡(luò)線等參數(shù)變化;
③ 分析瞬態(tài)過程中,管線最大內(nèi)水壓力、最小內(nèi)水壓力等參數(shù)可能造成的結(jié)構(gòu)破壞風(fēng)險(xiǎn);
④ 當(dāng)系統(tǒng)中的瞬態(tài)過程參數(shù)超過閾值,對(duì)閥門進(jìn)行優(yōu)化操作運(yùn)行以滿足要求,若僅閥門操作不能滿足要求,則加入各種不同的水錘防護(hù)措施后(空氣閥、空氣罐/調(diào)壓室等),測(cè)試水錘壓力波動(dòng)的消減情況;
⑤ 提供實(shí)現(xiàn)上述功能的FORTRAN計(jì)算分析子程序封裝文件(多個(gè));
⑥ 提供與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能相匹配的技術(shù)說明文件、封裝引擎調(diào)用方法說明文件;
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