МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСХОДОВ ВОДЫ РЕЧНЫХ ПОТОКОВ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПА НАИМЕНЬШЕГО ДЕЙСТВИЯ
Аннотация
Решение проблемы потокораспределения в многоконтурных электрических и гидравлических сетях и системах составляет основу создания современных технологий моделирования гомогенных и гетерогенных сред в установившихся и переходных режимах. С учетом широкого спектра приложений проблемы потокораспределения на объектах водного транспорта и в различных сферах производства важной технической задачей является развитие и создание новых эффективных способов анализа и синтеза многоконтурных сетей с использованием численных методов оптимизации, идентификации и параметрической оценки. В этой связи в работе рассматривается модель и алгоритм расчета расходов воды в рукавах разветвленного участка водной коммуникации, основанный на принципе наименьшего действия Максвелла. Минимизация потерь мощности потока, расходуемой на перемещение жидкости по руслу, оценивается с помощью алгоритма открытого поиска, относящегося к классу генетических алгоритмов. В основу разработки алгоритма анализа и синтеза нелинейных гидравлических сетей со сложной структурой положены технологии термодинамического моделирования, базирующиеся на топологической общности электрических и гидравлических схем, а также на фундаментальном положении о движении транспортных сред по единым законам течения, сохранения массы и энергии. Современные водные транспортные сети с многорукавными разветвлениями русел характеризуются высокой размерностью, сложной зависимостью технологических параметров от структуры и параметров сетей, а также внешних условий, что значительно усложняет разработку моделей многорукавных разветвлений и проведение машинных экспериментов для получения оценок расходов воды на стадии проектирования и эксплуатации. Предложенные способы расчета потокораспределения применены для решения конкретных задач. Приведены примеры для подтверждения корректности выполненных решений.
Ключевые слова
расходы воды, водные транспортные сети, многорукавные разветвления реки, технологии термодинамического моделирования, потокораспределение, принцип наименьшего действия, River with many sleeves
Читать полный текст статьи: PDF
Список литературы
Меренков А. П. Математическое моделирование и оптимизация систем тепло-, водо-, нефте- и газоснабжения / А. П. Меренков, Е. В. Сеннова, С. В. Сумароков [и др.]. - Новосибирск: Наука, 1992. - 405 с.
Kaganovich B. M. On the area of equilibrium thermodynamics application / B. M. Kaganovich, A. V. Kelko, V. A. Shamansky, I. A. Shirkalin // Proc. of ASME 2044 International Mech. Eng. Congress. November, 13 - 19. - Anaheim, California, USA, 2004. - C. 197-203. DOI:10.1115/IMECE2004-60775.
Ottinger H. C. Beyond Equilibrium Thermodynamics / H. S. Ottinger. - Hoboken: John Wiley & Sons, Inc., 2005. - 635 p.
Каганович Б. М. Термодинамика теории цепей и их совместные применения в энергетических исследованиях / Б. М. Каганович, Н. И. Воропай, В. А. Стенников [и др.] // Известия Российской академии наук. Энергетика. - 2014. - № 5. - С. 3-15.
Сахаров В. В. Модели и алгоритмы оптимизации технологических процессов на объектах водного транспорта в среде MATLAB: монография / В. В. Сахаров, А. А. Кузьмин, А. А. Чертков. - СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2015. - 436 с.
Сахаров В. В. Балансовые модели и их применение в автоматизированных системах управления производством / В. В. Сахаров, А. А. Кузьмин // Журнал Университета водных коммуникаций. - 2013. - № 1. - C. 46-53.
Сахаров В. В. Моделирование стационарных режимов в электрических и гидравлических сетях средствами нелинейного программирования / В. В. Сахаров, А. А. Чертков, С. В. Сабуров // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2015. - № 3 (31). - C. 156-164.
Мазур Г. С. Определение расходов воды речных потоков при минимуме полевых измерений / Г. С. Мазур // Известия Иркутского государственного университета. Серия «Наука о Земле». - 2009. - T. 1. - № 1. - C. 93-106.
Дьяконов В. П. Математические пакеты расширения MatLAB. Специальный справочник / В. П. Дьяконов, В. В. Круглов. - СПб.: Питер, 2001. - 480 с.
Магомедова А. В. Результаты компьютерного моделирования гидравлических процессов на устьевом участке русла реки Терек с использованием программного комплекса TEREKFLOODGIS / А. В. Магомедова, М. А. Гуруев // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. - 2008. - № 14. - С. 126-132.
Савичев О. Г. Метод определения характерных расходов воды рек гумидных областей Западной Сибири при отсутствии данных наблюдений / О. Г. Савичев, В. В. Паромов // Фундаментальные исследования. - 2013. - №№ 10 - 14. - С. 3157-3160.
Richter Brian D. Ecologically sustainable water management: managing river flows for ecological integrity / Brian D. Richter, M. Ruth, D. L. Harrison, R. Wigington // Ecological Applications. - 2003. - Vol. 13. - Issue 1. - Pp. 206-224. DOI: 10.1890/1051-0761(2003)013[0206:ESWMMR]2.0.CO;2.
Об авторах
Сахаров Владимир Васильевич - доктор технических наук, профессор
ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова»Чертков Александр Александрович - PhD, associate professor
chertkov51@mail.ru. kaf_electricautomatic@gumrf.ru
ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова»Сабуров Сергей Валерьевич - аспирант
ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова»
