“牛顿法”风网解算软件的设计与应用.pdf

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1、l5O能源技术与管理2012年第2期doi：l0．39696．issn．1672—9943．2012．02．0620_：¨∞-：0子与计；算机技：书__烈：鞲薅“牛顿法”风网解算软件的设计与应用鹿存荣1．，杨相玉--，杨胜强2，周中立1,2(1．中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州221008；2．中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州221008)[摘要]复杂通风解算需要借助计算机软件进行，利用图论知识、破圈法寻找独立环路，建立了通风网络中风压与风量的方程组，并运用“牛顿法”迭代解算。根据风网解算原理设

2、计了“牛顿法”解算风网的软件，并利用该软件解决了具体实例。结果表明，利用“牛顿法”设计的软件解算快、可靠性较高。[关键词]矿井通风；风网解算；牛顿法；独立回路[中图分类号]TP311[文献标识码]A[文章编号]1672-9943(2012)02-0150-03节点风量进出守恒可得到m一1个独立方程：0引言qQ=o(i=1，2⋯，m一1)(1)矿井通风是保障矿井安全的最主要技术手段=1之一l1]，矿井各用风地点风量分配必须满足所需式中Q厂第各分支的风量，当值为正数分配而又不能超过规程规定。对于简单系统，可以表示风流与分支

3、设定方向相同，反之利用人工计算各地风量分配并验证合理性，但对相反，m3／s；于复杂的通风系统，不得不利用计算机处理。风网—第i节点所列方程中第分支风．解算原理一般是根据通风网络图利用图论方法建量系数，当第分支与第i节点不连立各分支的风压与风量的方程组，通过一定方法接时取0，第分支风流流人节点取求解该方程组。一1，流出节点取1。现在许多风网解算软件都是利用Scott—除此之外，根据环路风压平衡方程可以得到Hinsley求解方程组，而该方法的使用存在一定的各个分支连接成的不同环路的风压平衡方程组。限制，因此本文直接通过“牛

4、顿法”求解各分支风其中每个分支的风压压降方程为：量；利用VB．NET语言编写了风网解算软件并将h~=Rj＼Qi＼Qi+bi+cL2其应用，收到了收敛快、误差小的效果。式中厂_-第．7条分支的风压压降，Pa；厂-第条分支的风阻，Ns2／m；1风网解算原理．日厂第条分支中风机阻力，Pa；．1．1通风网络图的绘制6厂第条分支风机阻力系数，当该支．首先应根据通风系统图绘制通风网络图。通没有风机时为0，风机风压与分支同风网络图中每一分支代表一个巷道，分支由两节向取一1，反之为1；点构成，每个节点即代表矿井井下巷道交汇处。分Ⅳ厂一

5、_第条分支因高差或密度引起的．支具有方向，代表风流流向，初始可以任意设定。位压，Pa；若某分支有调风设备，应在该分支上绘出。分支与c厂位压系数，当该支没有位压取0，节点编号必须均从1依次开始，整数递增。位压与分支同向取一1，反之取1。1．2通风网络方程组建立当环路的压降为0时，由图论知识，风网有假设通风网络中有／7,条分支、m个节点。根据一m+1个独立环路和余支。利用“破圈法”可以找出n—m+1个独立回路，方程为：基金项目：国家自然科学基金重点项目(50834005)；国际(akjRjIQ1Q7+6廿+c=0)(=l，

6、2⋯，科技合作攻关项目(2008DFB70100)2012年第2期鹿存荣，等“牛顿法”风网解算软件的设计与应用151n—m+1)(3)=2AR~IArQ]Ar+2BMIA~Qkl日式中厂_第k环路中第分支通风阻力系(7)数，当环路中不存在该分支取0，若通风阻力方向与分支方向相同取1，反其中：『m110⋯01之取一1；6c广第k环路中第l=i0m21⋯0l．分支风机风【000mlJ压系数和位压系数，不存在该分支时取0，存在时根据式(2)确定。fml20⋯01M2：l0m22⋯0}式(3)中％假定为已经按独立余支在前，其他

7、分支在后的顺序排列的系数，且第k个回路中l000mJ第k+1次迭代后通风网络风量为：第k分支为独立余支且存在，装载风机的分支也为独立余支时所构成矩阵为A=[J另设n—Q=+AQ(8)m+1个独立分支风量分别为Q小Q⋯、小其不经过化简直接利用式(7)求解风量的方法他分支风量为：、⋯、Q。。记Q=[QQ，⋯，为牛顿法。相比较常用的Scott—Hinsley简化法，牛Q～]，Qy=[Qy，Qy2，⋯，Q】，Qo=[Q，，Q。顿法不受任何条件限制，得出的结果不必进行检根据式(1)可推出：验。Qo=A(4)如果风网中存在固定风量

8、分支或有风机的分再结合式(3)，利用牛顿法可以求出每个分支支，将该分支设定为独立余支但不进行迭代运算，风量。当其他独立余支经迭代运算得到风量，进而再计1．3“牛顿法”风网解算算剩余独立余支的风阻或风量。结合式(4)，式(3)改写成矩阵形式为：F(Q)=AR~IAIrQ+AH+CN=O(5)2软件设计其中：2．1风网解算软件界面设计