基于信息熵的管网流动特性研究

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Shannon信息熵是一种表征随机不确定性大小的基本概念.实践证明,信息熵具有广泛的外延,其理论在解决各种不确定性总是上是行之有效的.流体管网中存在着流动不确定性,可以用熵来量度.同时由于这种流动特性与系统可靠性的密切联系,信息熵也间接量度了管网系统的可靠性.路径熵量度了从源至需求节点流动过程中流体对路径选择的不确定程度,反映出管网系统的一种流动特性.该文深化解释了路径熵的含义,提出了"路径流量"的概念,给出了路径熵计算模型,并基于"分层排序"的思想完成了路径熵计算过程的程序化,将其应用于一低压燃气算例管网中.最大系统熵意味着最理想的流动工况.该文经分析认为,管网流的最大熵主要与管网的拓扑结构有关,因此其拓扑结构在很大程度上决定了系统潜在的最大流动可靠程度.文中还针对单源及多源管网分别提出了易于实现编程的最大路径熵简化计算模型;该文以最大熵为参考值,提出了"节点相对熵"和"系统相对熵"的概念,并应用"等相对熵线"图形显示了节点性能的空间分布.实质上,系统相对熵反映了实际工况下管网实现其最佳潜力的程度,因此更适合量度管网系统的流动性能.在考虑管径和管长对管段性能影响的基础上,提出了"管段性能指标"的概念.最后以一小区给水管网为例进行了管网性能分析,结果表明性能分析对管网优化设计和改扩建研究具有一定的参考价值.
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