DY-J-801 市政管网综合实验平台（数字孪生、虚实融合）

DY-J-801 市政管网综合实验平台（虚实结合、数字孪生）

上海大有仪器设备有限公司 http://www.dayouu.com

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一.概述
        面向给排水科学与工程、市政工程、城市水务、环境工程、实际供水管网工程的相关专业课程的教学实验，结合实际管网工程的设计、运行等知识技术要点，综合运用自动化控制、三维虚拟仿真、数字孪生、人工智能、水力系统数值仿真、优化运行调度等专业技术手段，开发完成一套能够开展市政供水人工智能管网相关的课程实验、课程设计、工程运行调度实训等工作的软硬件一体综合性实验平台。可运行水泵水力特性实验、管道沿程阻力特性实验、阀门阻力特性实验、管网水力计算分析实验、管网水力模型构建实验、管道水锤分析和防护实验、管网泄漏实验、泵组运行调度实验、管网分区设计与管理实验共9款实验，9款实验都支持在实验装置、仿真系统、虚实结合三种方式运行。

二.实验项目
        1.水泵水力特性实验
        1.1.通过水泵进出口压力传感器、流量传感器、功率传感器的实时监测点参数，计算水泵流量-扬程工作点与流量-效率工作点。
        1.2.通过水泵进出口压力传感器、流量传感器、功率传感器的历史监测数据，进行多数据清洗，确定水泵流量-扬程和流量-效率曲线。
        1.3.绘制水泵工作特性曲线，建立合理的水泵性能评价指标，分析水泵性能动态变化。

2.管道沿程阻力特性实验
        2.1.通过管道中压力传感器的实时监测点参数，记录测点处水头变化，推算沿程损失相关参数。
        2.2.通过不同水泵组合、阀门调节规律，改变系统过流量以及泵组运行工况。
        2.3.通过管道两端的压力传感器，测量不同管长在不同运行工况下的水头变化情况，确定不同管道流量下的沿程阻力系数。

3.阀门阻力特性实验
        3.1.通过阀门两端压力传感器、流量传感器的实时监测点参数，监测阀门前后两端水头、流量变化；
        3.2.通过调节不同的阀门开度，监测阀门两端压力传感器、流量传感器的数据，通过相关的数据处理，得到当前开度下的阀门阻力系数，研究分析阀门的静态特性；
        3.3.通过快速关闭阀门，结合稳态运行流量和阀门前后的压力传感器数据，通过数据处理，得到动态特性下的阀门阻力特性曲线。

4.管网水力计算分析实验
        4.1.管网结构演示功能：通过阀门操作实现树状管网和环状管网输水模式，并进行演示。
        4.2.水力计算方程编写功能：根据树状和环状管网特征，编写管网水力计算的连续性方程组和能量方程组。
        4.3.管网水力计算功能：不同平差计算方法的功能实现，展示相应计算方程、迭代过程和计算结果，包括哈代-克罗斯算法、牛顿-拉夫森算法和全局梯度算法。

5.管网水力模型构建实验
        5.1.模型初始化功能：根据实验平台的管网物理模型，构建管网模型的拓补结构和元件属性输入。
        5.2.水力计算功能：结合管网水力计算分析实验功能，实现管网模型的水力模拟计算。
        5.3.模拟精度分析功能：通过流量传感器和压力传感器等的监测数据，进行模型模拟值与监测值的对比分析和精度评价。
        5.4.模型校核功能：管网模型校核功能实现，包括手动校核和自动校核两种方式。
        5.5.动态模拟功能：通过输入动态水力边界条件（水池水位、节点水量等），实现管网运行状态的动态水力模拟。

6.管道水锤分析和防护实验
        6.1.通过泵控制激发水锤压力波，包括水泵失电、正常启停机等控制工况，分析过渡过程中管线压力、泵组流量、泵组转速等参数变化。
        6.2.通过快速关闭阀门激发水锤压力波，分析关闭过程中阀门压力变化规律、流量变化、沿程压力包络线等参数变化。
        6.3.分析瞬态过程中，管线最大内水压力、最小内水压力等参数可能造成的结构破坏风险。
        6.4.当系统中的瞬态过程参数超过阈值，对阀门进行优化操作运行以满足要求，若仅对阀门操作不能满足要求，则加入各种不同的水锤防护措施后（空气阀、调压室等），测试水锤压力波动的消减情况。

7.管网泄漏实验
        7.1.管道渗漏稳态运行仿真实验；
        7.2.管道渗漏瞬态运行仿真实验。
        7.3.通过控制泄漏模拟装置改变泄漏水量大小，观察不同泄漏水量和位置对管网水力状态的影响，掌握管网泄漏的水力学特征。进一步，通过快速操作阀门，激发水锤压力波并采集瞬态压力变化信号，进行管道泄漏检测试验。若管道存在泄漏，压力传感器采集的压力波形会存在明显变动，通过对压力传感器采集的压力曲线进行分析，结合基于瞬变流的泄漏检测技术定位泄漏位置，掌握管网泄漏的检测定位方法。

8.泵组运行调度实
        8.1.同管网水力模型构建实验中的动态模拟功能。
        8.2.泵组静态优化调度功能：针对管网特定运行状态，结合管网水力模型功能，构建以节能运行为目标的泵组运行调度优化模型，并采用相关算法进行求解，得到相应的优化调度方案。
        8.3.泵组动态优化调度功能：在泵组优化调度功能基础上，结合管网动态模拟功能，根据管网运行状态动态优化泵组调度方案。

9.管网分区设计与管理实验
        9.1.管网分区功能：通过操作阀门和流量计构建不同不同的管网分区方案。 
        9.2.管网分区压力控制功能：针对特定的管网分区方案，通过泵组和阀门控制，改变分区管网的运行状态，实现不同分区管网的运行压力控制。
        9.3.管网分区漏损监测管理功能：通过调节节点漏失水量，结合流量传感器监测，进行分区管网的水平衡动态分析，判定漏损区域和漏水量大小。