《武汉工程大学学报》 2016年05期
500-504
出版日期：2016-11-02
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
典型管网试验系统的随机负载仿真
1 引 言船舶中存在许多复杂的管路系统，典型的有海水系统、中央冷却水系统、滑油、燃油、压载水等管路系统. 船舶管网系统水力特性指管网流场中压力和流量的关系. 船舶管网系统水力特性是水力计算、系统调试、系统优化设计等工程应用的理论基础，研究船舶管网系统水力特性是解决船舶管网系统应用问题的前提. 船舶特别是大型船舶的日用淡水管网系统是比较复杂的，因此设计人员在进行方案设计时通常将复杂的管网系统按船舶分段区域划分成几个或十几个独立的管网子系统，分别配套独立的集中供水单元，也称为独立的供水站［1-2］. 船舶日用淡水系统方案设计中包括两个内容，一是管网系统的设计，二是集中供水单元的性能指标参数的确定. 对于不同的管网系统，首先要进行流动阻力特性的计算与仿真，再根据计算仿真结果指导设计确定配置多大流量和多大扬程的供水单元才能满足使用要求，从而确定集中供水单元的性能指标要求［3-4］. 为此，选择大型船舶供水管网系统中的一个典型管网进行研究，建造一个典型管网试验平台，为设计人员在设计大型船舶管网系统提供可靠的实验数据. 2 船舶典型管网的确定考虑到设计大型船舶的生活用水管网比较复杂，分成12个供水管网子系统，各配置一套供水单元；为此将其中的一个作为船舶典型管网进行研究. 它包括一根立干管和8层横支管（从低层向高层分别编号为#0～#7甲板支管）；将#0、#1、#2和#3甲板支管并联汇接至低区集管上；将#4、#5、#6和#7甲板支管并联汇接至高区集管上；设置低区集管和高区集管的目的是为了均衡各支管的流量和压力，以及减少压力波动与管路振动；高区集管与低区集管之间有连通管相通，立干管与低区集管和高区集管相通，管路中设置截止阀，用于转换控制供水方式（供水支管串联、并联、混联等），如图1所示. 选择作为船舶供水典型管网的阻力特性主要是由各层支管的纯水头和流动阻力损失决定的. 其中，若以供水站出水口作为纯水头零水位线的话，船舶典型管网各层支管的纯水头如表1所示；而流动阻力损失则是由管径、管长、变径弯头与管路中阀门的流量系数、以及各支管上用水点的流量系数等决定的［5-7］. 3 典型管网试验系统方案3.1 试验方案设计船舶典型管网的实际结构庞大，垂直高度达23 m，搭建一个与实际结构同等大小的试验平台耗资巨大. 因此在尽可能满足实际结构的前提下，减少管网支管布置的垂直高度，各层支管首部均安装差压式减压阀以补偿降低垂直高度而减少的重力压差. 若以供水站出水口作为纯水头零水位线的话，降低垂直高度后的典型管网试验系统的各层支管管路的纯水头如表1所示. 每层支管与集水管之间设置差压型减压阀，以模拟实际管网各支管的层高所形成的纯水头特性，从而降低试验系统的建造成本. 各层支管上的差压型减压阀的设定值如表1所示. 3.2 随机控制功能的实现每层支管接11个电磁阀，用以模拟用户用水. 考虑到实际用户用水的随机性，需随机控制每层电磁阀的开启和关闭. 随机控制的核心部分即为随机数的产生. 利用一定的算法由计算机产生一组随机数，与现实真随机数不同的是，该算法产生的随机数一旦算法固定，初值给定，产生的一组随机数序列就唯一确定，固称该随机数为伪随机数. 计算机广泛采用线性同余法产生随机数，主要在于其算法简单，产生随机数速度快，占用内存少［8-10］. 线性同余法的数学公式为X（n+1）?=?（a?X（n）?+?c）?%?m式中，各系数为：模m，?m?>?0；系数a，?0?undefined