线性规划法确定用水网络最小用水量

水污染和水资源短缺是人类面临的重大问题。因此,改善用水过程以节约新鲜水,减少废水排放是值得认真研究的课题。本文提出了确定用水过程最小用水量的新方法一线性规划法。分别研究了单组分再利用、再生再利用、再生循环最小用水量问题,把它们归结为线性规划来求解,其中对于再生再利用和再生循环分别提出了两步线性规划法。对于再生再利用过程,第一步建立线性规划l,以确定整个过程的最小新鲜水和相应的最小再生水用量,第二步将第一步所获得的整个过程的最小用水量和相应的最小再生量以及最低再生浓度区间作为已知量,采用与线性规划l同样的约束建立线性规划2,再次求解即可得最低再生浓度c。。此外,本文发现再生再利用过程的最小用水量和再生浓度之间存在两种关系,这两种关系表明获得最小新鲜水用量和再生量的最低再生浓度存在两种可能：夹点处和夹点之上,从而得出了与文献“夹点处再生能获得最小新鲜水用量”不同的结论,即夹点处再生未必总能获得最小新鲜水用量。给出了一个实例,计算结果表明本文方法是有效和简便易行的。     

关于多污染因子用水网络的建模与优化方法

当前对大规模多污染因子水网络的研究尚未深入,故用水网络设计多缺乏实际意义。今利用用水过程污染物传质模型构造水回用网络模型,以配合法求解多污染因子情况下最小新鲜水用量的实现方法,每1用水过程入水以新鲜水、低污染回用水和高污染回用水配合获得,使各过程关键污染因子为依据的进水流量比尽可能趋近1。各过程按出口极限浓度之积由低到高依次运算。该方法以过程为运算单元,避免软件求解,不受用水网络规模的限制,此方法在用水网络优化技术方面有所创新。最后通过实例说明该方法有效,以其指导某石化企业,节水效率达到17.81%。     

间歇过程用水网络优化设计方法研究

间歇过程用水网络的研究已经引起了人们的关注,近十年取得了一定的发展.本文对带有非传质及有流率变化的间歇化工用水过程用数学规划法进行优化设计,确定过程的最小新鲜水用量、最小废水排放量以及优化后的用水网络.该方法利用中间储罐来排除时间对水再利用的限制,考虑了用水单元的流率限制,建立用水网络超结构和非线性规划数学模型,利用GAMS求解该模型,得到间歇过程最小新鲜水用量、废水量以及优化后的网络结构.实例计算证明该模型可行、方法简单.     

基于自适应模拟退火遗传算法的多杂质用水网络设计

水资源的短缺和环境污染的日益严重，对过程工业提出了减少新鲜水用量和废水排放量的要求，且通常废水中都含有多种污染物，由此本文提出了考虑回用的多杂质用水网络设计。不但建立了多杂质用水网络超结构MINLP模型，而且针对MINLP问题求解困难的现状，开发了自适应模拟退火遗传算法。实例研究结果表明该算法可以找到全局最优解且计算时间可满足要求。另外，该算法可有效避免陷入局部最优，也不要求提供初始可行解。     

用水与换热网络同步优化综合

通常采用分步策略进行用水与换热网络综合集成,难以实现新鲜水与公用工程的同时权衡。因此本文提出首先序贯求解用水网络综合子问题的非线性规划和换热网络综合子问题的混合整数非线性规划,以获取可行初值;然后,进行流程完备结构拓扑,并构造连接方程实现相关变量的传递;最后,联立用水与换热网络优化综合问题,基于GAMS平台采用DICOPT求解器,通过MATLAB接口控制求解程序流程,采用随机初值策略强化获得全局最优解的机会,以获取高置信度的全局最优解。最后通过对单杂质和多杂质系统实例计算,结果表明本文提出的方法能实现用水和用能网络的权衡,不但获得了比文献结果更好的优化网络方案,而且找出了包括文献结果的若干近优方案,为过程设计提供了多种备用选择。     

基于夹点技术的啤酒用水网络优化与设计

采用了水级联技术(Water Cascade Analysis,WCA)和累积夹点法(Cumulative Pinch Technology)对啤酒厂水网络进行优化,采用的累积夹点法用累积流量代替传统夹点法中的流率为横坐标,累积负荷为纵坐标,绘制出复合曲线图,水级联法采用纯度确定出水夹点,并最终获得2种方法下的新鲜水用量和废水排放量。结果显示2种方法得到的新鲜水用量和废水排放量数据完全一致,表明这2种方法均可简单有效的处理水网络问题。最后根据最小公共工程利用近邻设计原则(Nearest NeighborsAlgorithm,NNA)对啤酒厂水网络进行设计,得出啤酒厂用水网络的最佳方案。     

间歇过程多杂质用水网络的研究

对含有多个杂质的间歇用水网络进行综合研究,提出了用水周期的概念,基于不失问题的内在特性原则,提出了模型简化的基本假设,并通过增加中间储罐来跨过时间约束,提出了基于超结构的多杂质用水网络模型,建立了该超结构模型的数学规划模型;提出了该数学模型的分步求解策略:①不考虑时间约束,将看成1个拟连续过程,获得间歇用水的目标网络;②引入时间约束,调整间歇用水网络结构,优化未稳定用水单元,向目标网络逼进;③最终获得最优的间歇用水网络结构.实例研究表明,本文提出的方法是问歇过程多杂质用水网络结构设计的有效工具,可在较少周期后获得稳定的网络结构,新鲜水用量可节省34.9%.     

基于时间Petri网优化设计单杂质间歇过程用水网络

近20年来,间歇过程用水网络的研究得到了人们的广泛关注,并取得了一定的发展。以往对间歇过程的水网络集成研究多采用图解法和数学规划法,图解法无法解决与水质、水量无关的目标或约束,数学规划法计算复杂且较难确定最优解。Petri网具有直观的图形表现能力和严密的数学基础,并且具有强有力的分析技术与手段,非常适合于系统的描述和分析。同时时间Petri网是在Petri网的基础上加入时间因素,可用来建立间歇系统的动态模型。故针对半连续间歇化工过程的单杂质用水网络,本文提出了基于时间Petri网建模的方法,分别对有中间储罐和无中间储罐间歇用水网络进行了研究,首先采用水级联分析法构建了夹点分析通用模型,能够快速准确地确定用水过程的水夹点位置和最小新鲜水需求量。然后根据Petri网的逻辑表述能力、动态传播特性、自主学习机制以及水网络设计原则、水网络综合基本原则和水源匹配规则建立了水网络综合Petri网通用模型,对有中间储罐的情况还确定了中间储罐的位置、数量与容量,实现了单杂质间歇过程用水网络的优化设计。最后对文献中实例进行了研究,得到的夹点位置、新鲜水用量以及用水网络与文献中一致,表明提出的方法是可行和有效的。该方法模型简单、直观,避免了水级联表格的繁复计算,拓展了Petri网在过程领域的应用。     

间歇用水系统中废水回用的调度与操作周期调优

针对单杂质间歇用水网络中的新鲜水消耗量最小化问题,本文建立了基于连续时间的优化模型,用于废水直接回用的用水调度优化,并提出了操作周期长度调优的方法。目的在于通过调度优化增加废水回用机会以提高用水系统的废水回用率。采用GAMS软件对所建立的MINLP模型进行求解。研究表明:本文的数学优化模型能够有效地提高单杂质间歇用水过程的废水回用率并具有最优的操作周期长度。通过2个实例阐明了本文优化方法的有效性。     

采用灰色关联分析法确定水网络瓶颈的研究

工业的发展使得水资源的需求量越来越大,节水已经成为人们普遍关心的问题之一.在工业生产中节水具有很强的针对性,只有针对系统的关键因素、即瓶颈进行节水才能真正提高整个系统的节水性能.水网络的瓶颈受到很多因素的影响,而灰色关联分析法是一种研究贫信息、少数据的方法,可以综合考虑多个影响因素对目标的影响.本文将灰色关联分析法应用于单杂质用水网络中,根据灰色关联度值给出了瓶颈单元的定义.并对用水单元中影响新鲜水用量的浓度、杂质负荷等多个因素进行了综合分析,通过计算扰动工况与正常工况下各因素差值的灰色关联度值,来确定用水网络中的瓶颈单元,提供了确定瓶颈的详细步骤和方法.本文将提出的瓶颈辨识方法应用于一个含有10个用水单元的单杂质用水网络,对其进行了分析研究,确定了该网络的瓶颈单元.并通过比较当瓶颈单元和非瓶颈单元的杂质负荷分别增加时,新鲜水量的改变值,验证了所确定瓶颈单元的准确性.分析结果表明,改变非瓶颈单元的扰动因素对网络新鲜水用量无影响,改变瓶颈单元的扰动因素网络新鲜水用量则会由166.2t/h增至167.1t/h.灰色关联分析法综合考虑多种影响因素,可以合理有效的确定用水系统的瓶颈单元.     

输水工程取水头部水流特性三维数值模拟研究

首先阐述三维紊流的计算方法,针对输水工程进水口水流特性,采用标准k-ε模型对三维水流运动进行计算,选取VOF法对自由表面进行处理,利用有限体积法对计算区域进行离散化,并采用无滑移的固壁边界条件,模拟进水口水流的复杂流动状态,并将数值模拟的结果与试验资料进行详细比对,验证数学模型的可靠性,在进水口工程设计研究中有较大参考价值。     

大峡水电站全厂水位测量装置

上下游水位及拦污栅压差是水电站的重要数据,因设备老化、抗干扰能力差、维护困难等各种原因,我们对全厂水位及拦污栅压差测量装置进行改造。改造方案采用静压式传感器来实现监测水的深度,将水位移动量转换成4～20mA的电信号输出。改造后的装置在实际使用中工作稳定,在监视报警、综合计算等各方面满足电站对这些信号的要求,取得了很好的效果。     

Coupled optimization-simulation water quality model for regional water quality management

The objective pursued in water quality management is to secure water qualities such that marginal cost of the cleaning water equals the accuring marginal benefits. It is the purpose of this paper to show how the methods of system analysis may be used to plan more economical new pollution control facilities or how to upgrade existing systems. The particular problem investigated is the following: Given a region with a number of industries and/or municipalities, where should one build treatment plants and will be necessary levels that total regional cost of waste water treatment is minimum. To approach these problems, a stream water quality simulation is linked with a treatment cost minimization model in order to capitalize on the unique adventage of each in managing river basin water quality.     

Hybrid water treatment cost prediction model for raw water intake optimization

In order to reduce the total cost of a dual source drinking water treatment plant operation, a comprehensive hybrid prediction model was built to estimate the necessary chemicals dosage and pumping energy costs for alternative source selection scenarios. Correlations between the water quality parameters and the required treatment chemicals were estimated using historical data and the expected pH variations associated with each chemical addition, which was based on the Caldwell–Lawrence diagram. The pumping energy costs were also estimated using a data-driven approach that was based on historical plant data. The research has practical implications for water treatment operators seeking to minimize plant operational costs through selecting raw water intake volumes for their treatment plant based on multiple source options and offtake tower gate levels. Future research seeks to better link current and future water treatment dosage cost predictions directly to water quality measurements taken from vertical profiling systems.     

SD-GIS-based temporal-spatial simulation of water quality in sudden water pollution accidents

System dynamics (SD) is well suited for studying dynamic nonlinear complex systems. In this paper, SD is applied to a rapid-onset water pollution accident using a 1-D water quality model and a conceptual GIS-SD framework is constructed to simulate the temporal-spatial changes of pollutant concentration. Based on the component GIS and the SD model, a prototype system of water quality simulation in water pollution accidents is developed. The data collected on the spot in the Songhua River water pollution accident in November 2005 were used for model parameter calibration and model validation. The results showed that: (1) the constructed model could simulate the changes of nitrobenzene concentration with time in the Songhua River water pollution accident, especially during the peak concentration and at the arrival time of peak concentration, and that the simulated values and the on-the-spot monitored values corresponded with each other well; (2) the scenario simulation could be made by adjusting parameters u (longitudinal current velocity), E (longitudinal diffusion coefficient), and k (decay rate coefficient). Such a model can provide decision makers with quantitative information to optimize related emergency response measures.     

面向水域保护的水域信息管理平台建设研究

为加强水域保护,实现水域管理的信息化和规范化,提高水域保护的效率与科学水平,设计并开发基于WebGIS的水域信息管理平台。以镇江市为研究区域,从水域管理和规划的双重需求出发,整合数据资源构建水域本底数据库、完善水域档案资料,在此基础上,采用框架结构设计和面向对象相结合的技术,设计并实现水域一张图管理、水域动态监测、洪涝分析、侵占补偿、查询统计、变化分析、档案管理和权限设置等功能模块。水域信息管理平台的应用一方面可以辅助政府工作,有效提升河湖水域管理与保护工作水平,另一方面可为水域保护与规划、城市排水系统建设及城市用地规划等相关工作提供数据服务、技术支撑和科学化测评手段,同时可为其他城市水域保护信息化平台建设提供参考。     

Continuous-time and discrete-time design of water flow and water level regulators

A thorough analysis of the water flow and water level control problems arising in several industrial systems is provided using classical and sampled data linear control theory. The analysis is based on simplified linear models of the processes under control. Resulting design rules enable engineers to choose the correct controller both in the continuous-time and in the discrete-time case. A practical application example is included.     

Procedural modeling of water caustics and foamy water for cartoon animation

We propose a method for procedural modeling and animation of cartoon water effects such as water caustics,foamy wake,and longshore currents.In our method we emulate the visual abstraction of these cartoon effects by the use of Voronoi diagrams and the motion abstraction by designing relevant controlling mechanisms corresponding to each effect.Our system enables the creation of cartoon effects withminimal intervention from the animator.Through high-level initial specification,the effects are animated procedurally in the style of hand-drawn cartoons.     

以用水工艺过程为主题高效用水管理

根据工业用水的特点,以平台为基础,结合软件信息技术,以用水工艺过程为主题,搭建用水管理系统。对每一项用水工艺环节进行信息处理和数据分析,发掘节水潜力。对各用水工艺过程科学管理,制订合理适用的用水定额和用水指标。制订用水工艺过程的主题,对每一项用水环节深入分析,部分带动整体,从而实现企业工业的高效的用水管理。     

基于水流分割的石油钻井水流异常检测

通过对钻井管道水流的智能监控技术实现,可以解决石油钻井污染气体的自动监测问题,最大程度的减少人工监测成本;但是依然有以下几个难点需要攻克:(1)传统的特征提取方式不能描述水流形态的变化过程;(2)因为异常情况发生的概率很低,所以异常样本稀少,全监督的方法不再适用;为解决特征提取问题,提出了一种基于图像分割的新特征特提取方式——形态流,形态流可以从时序上描述水流形态的变化;另一方面,为克服异常样本稀少的问题,通过无监督的方式——多元高斯建模,来判别水流数据是否正常;实验表明在水流异常数据检测任务中算法检测精度达到了93.6%,在使用GPU并行加速处理时可达到28帧每秒的处理速度,能够准确地检测出水流数据中的异常数据帧。