專利名稱：用于評(píng)估管線系統(tǒng)中的流體流量的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及管道系統(tǒng)建模。更具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明提供一種優(yōu)選的計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)和方法，其用于對(duì)干式噴灑器消防系統(tǒng)進(jìn)行建模，以便確定基于時(shí)間的性能參數(shù)，包括例如解扣時(shí)間(trip time)、運(yùn)送時(shí)間(transit time)以及操作時(shí)間。

背景技術(shù)：
通過(guò)數(shù)學(xué)方法對(duì)真實(shí)世界系統(tǒng)的建模已經(jīng)被利用來(lái)確定系統(tǒng)如何對(duì)真實(shí)世界輸入做出響應(yīng)。由于這種建模的性質(zhì)，常常使用計(jì)算機(jī)來(lái)幫助進(jìn)行這種建模。對(duì)管線(piping)網(wǎng)絡(luò)中的液體和氣體流的建模呈現(xiàn)出這樣一種情況所述管線網(wǎng)絡(luò)越詳細(xì)，對(duì)這種管線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模就越困難。在管線網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行建模的一個(gè)領(lǐng)域是隨著所述液體移動(dòng)經(jīng)過(guò)先前由另一種液體或氣體占據(jù)的管線來(lái)確定所述液體前沿(front)的位置。在所述液體正移動(dòng)經(jīng)過(guò)單一均勻直管道的情況下，據(jù)信可以獲得所述液體的特性的精確模型(即解析模型)。其中，所述液體的移動(dòng)在大的分支管道網(wǎng)絡(luò)中的某一點(diǎn)處發(fā)起，從而所述液體從該點(diǎn)以后流經(jīng)所述網(wǎng)絡(luò)。
在消防工業(yè)中利用所述復(fù)雜管線網(wǎng)絡(luò)，特別是用于提供噴灑器系統(tǒng)。在某些噴灑器系統(tǒng)中，所述管道填充了氣體，并且一旦通過(guò)致動(dòng)噴灑器從所述管線網(wǎng)絡(luò)中排出所述氣體之后，液體就進(jìn)入該管線網(wǎng)絡(luò)。這些管道網(wǎng)絡(luò)被稱作“干管道”噴灑器系統(tǒng)。干管道噴灑器系統(tǒng)通常被利用在未被加熱并且經(jīng)受冰凍溫度的區(qū)域中。與其中利用恒定壓力下的水來(lái)再填充供應(yīng)噴灑器的管道的“標(biāo)準(zhǔn)”濕噴灑器系統(tǒng)相對(duì)照，優(yōu)選地利用壓力下的空氣來(lái)填充對(duì)應(yīng)于干系統(tǒng)的噴灑器管線。在至少一種形式的干系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)中的氣壓可以被用來(lái)保持干管道閥門關(guān)閉，并且可以通過(guò)所述系統(tǒng)中的氣壓損失來(lái)打開(kāi)所述閥門。對(duì)一個(gè)或多個(gè)噴灑器的致動(dòng)將允許空氣排出所述管線網(wǎng)絡(luò)，并且導(dǎo)致所述干管道閥門解扣以及用水填充所述管線網(wǎng)絡(luò)(到所述噴灑器)。就其性質(zhì)而言，由于必須從所述系統(tǒng)中排盡空氣，因此與濕系統(tǒng)相比，干式噴灑器系統(tǒng)通過(guò)流體排放對(duì)火情做出響應(yīng)的響應(yīng)速度較慢。
使用干管道噴灑器系統(tǒng)可能要求符合一種或多種標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)則。例如，需要干管道噴灑器系統(tǒng)的所有者或操作者通過(guò)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的物理測(cè)試作為時(shí)間的函數(shù)表明所述干管道系統(tǒng)的某些物理特性，其中，如美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì)(“NFPA”)在NFPA 13“The Standard for the Installationof Sprinkler Systems(對(duì)應(yīng)于安裝噴灑器系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn))”2002版(其被全文合并在此以作參考)中所闡述的那樣，所述實(shí)際系統(tǒng)具有大于750加侖的體積容量，并且在某些情況下所述系統(tǒng)容量大于500加侖。假設(shè)NFPA 13仍然是針對(duì)所述噴灑器系統(tǒng)的管理標(biāo)準(zhǔn)，如果選擇安裝需要實(shí)際的物理測(cè)試的系統(tǒng)并且這種系統(tǒng)沒(méi)能通過(guò)所述物理測(cè)試，則必須修改或者重新設(shè)計(jì)以及重新安裝所述系統(tǒng)，以便遵循NFPA 13的要求。相應(yīng)地，據(jù)信有利的是能夠?qū)Ω晒艿绹姙⑵飨到y(tǒng)進(jìn)行建模，以便提供或者確定性能特性，比如在干管道閥門的致動(dòng)或解扣時(shí)從干系統(tǒng)排出空氣、經(jīng)過(guò)所述系統(tǒng)的液體的流前沿的位置以及在實(shí)際系統(tǒng)構(gòu)造之前和/或代替實(shí)際物理系統(tǒng)測(cè)試執(zhí)行上述操作所需的對(duì)應(yīng)時(shí)間。
通過(guò)執(zhí)行物理系統(tǒng)測(cè)試會(huì)把水引入到所述管線系統(tǒng)中。在所述測(cè)試之后，在重新引入氣壓之前從所述系統(tǒng)中排盡水。水常常滯留在所述管道內(nèi)，并且在所述系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)之后導(dǎo)致冰凍問(wèn)題。把水引入到所述管線網(wǎng)絡(luò)中、排盡水并且用空氣填充所述系統(tǒng)的另一個(gè)效應(yīng)是任何殘留濕氣都可能沉淀并且導(dǎo)致鋼管內(nèi)的過(guò)早腐蝕。因此，希望避免實(shí)際的測(cè)試。
在傳統(tǒng)上，一種避免實(shí)際測(cè)試的方式包括基于滯留在所述系統(tǒng)中的空氣的體積來(lái)限制所述系統(tǒng)，以避免任何類型的實(shí)際測(cè)試。例如，NFPA13規(guī)定了在不做測(cè)試的情況下安裝某些干管道噴灑器系統(tǒng)。作為有可能無(wú)法通過(guò)所要求的性能測(cè)試的結(jié)果，個(gè)體可以選擇開(kāi)發(fā)小于所能利用的最大系統(tǒng)的系統(tǒng)。這些較小的系統(tǒng)將被選擇成使其落在可以在不做性能測(cè)試的情況下被安裝的NFPA 13系統(tǒng)類別之內(nèi)。其結(jié)果是，例如處在可能覆蓋最大40000平方英尺的未被加熱的倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的許多系統(tǒng)基于體積限制而被限制到25000到30000平方英尺。這樣導(dǎo)致在可以設(shè)想使用較少系統(tǒng)的情況下安裝了多個(gè)系統(tǒng)。此外，所述NFPA限制沒(méi)有認(rèn)識(shí)到供應(yīng)壓力的變化-與較低的壓力相比，更高的供應(yīng)壓力將允許更高的液體流率和速度，從而幫助更快地從系統(tǒng)中排盡(或推出)空氣。因此，相信這種系統(tǒng)由于避免了實(shí)際測(cè)試要求并且沒(méi)有在安裝了所述系統(tǒng)之后無(wú)法通過(guò)所述測(cè)試的問(wèn)題而遭受懲罰。
個(gè)體已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種模型來(lái)預(yù)測(cè)所述干管道系統(tǒng)的基于時(shí)間的特性。據(jù)信至少一個(gè)已知的模型要求個(gè)體把所評(píng)估的干管道系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成由所述模型指定的固定框架或拓?fù)?。也就是說(shuō)，不管實(shí)際的設(shè)計(jì)如何，為了對(duì)所述設(shè)計(jì)進(jìn)行建模，必須把實(shí)際的設(shè)計(jì)“轉(zhuǎn)換”成所述固定拓?fù)湟员銏?zhí)行建模。然而，該固定的拓?fù)淠Ｐ蜎](méi)有考慮經(jīng)過(guò)干管道設(shè)計(jì)中的每一條管道的每一點(diǎn)處的液體、氣體與液體以及氣體流的行為和特性。
特別地，如Factory Mutual Research Corporation(“FMRC”)文獻(xiàn)編號(hào)No.OTOR8.RA(1993年10月)中所述，F(xiàn)MRC提供已知的固定拓?fù)淠Ｐ停撃Ｐ桶褱y(cè)試噴灑頭固定在相同的分支上，而不管所述測(cè)試噴灑頭在實(shí)際設(shè)計(jì)中將處在什么位置(比如與所述干管道閥門的液壓距離最遠(yuǎn)的測(cè)試噴灑頭)。此外，在所述固定拓?fù)淠Ｐ椭?，立?riser)被固定在交叉總管線的中央，而不管這種立管在實(shí)際設(shè)計(jì)中將被放置在什么位置。已知的模型據(jù)信是不可靠的，這是因?yàn)槠渲邪讶我庠O(shè)計(jì)強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成已知模型的固定拓?fù)?。除了需要?qiáng)制的轉(zhuǎn)換之外，所述已知的模型把主饋線(即“供水總管(Feed Main)”)之前和之后的所有分支線都概括(即“總括(lump)”)為對(duì)應(yīng)的體積而不考慮每一條管道中的液體流、氣體流以及液體-氣體流行為。
通過(guò)利用強(qiáng)制的轉(zhuǎn)換和總括的體積，所述已知的模型為液體流提供預(yù)測(cè)值，據(jù)信所述預(yù)測(cè)值高于個(gè)體(例如工程師、建筑師、規(guī)劃者、承包商以及司法機(jī)構(gòu))可以依賴的適當(dāng)閾值。這樣，所述已知的模型可以提供一般化的技術(shù)以便分析干管道系統(tǒng)，但是無(wú)法考慮流經(jīng)每一個(gè)管道的流，從而無(wú)法使得個(gè)體以適當(dāng)?shù)木仁褂盟鲱A(yù)測(cè)結(jié)果。
為了解決對(duì)具有所期望的精度的管線系統(tǒng)進(jìn)行建模的需求，本發(fā)明及其優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)另一種用于評(píng)估管線系統(tǒng)中的流體流量的系統(tǒng)和方法。在2004年9月17日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/942,817中公開(kāi)了所述系統(tǒng)和方法的實(shí)施例，該申請(qǐng)現(xiàn)在被公開(kāi)為美國(guó)專利公開(kāi)No.2005/0216242。然而，其中描述的所述方法和系統(tǒng)是針對(duì)干管道系統(tǒng)的干部分，而沒(méi)有完全解決濕部分與干部分的相互作用問(wèn)題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于復(fù)雜的管道系統(tǒng)進(jìn)行精確建模的系統(tǒng)和方法。該模型考慮到樹(shù)類型管線系統(tǒng)的每一個(gè)部件中的物理過(guò)程，并且提供對(duì)真實(shí)世界的樹(shù)類型管線系統(tǒng)的精確建模。此外，所述模型可以考慮到具有至少一個(gè)環(huán)路的管線系統(tǒng)。已經(jīng)通過(guò)與已知的樹(shù)類型管線系統(tǒng)的比較而驗(yàn)證了該模型的優(yōu)選實(shí)施例。因此，本發(fā)明提供了一種用來(lái)確定液體流量(flow)、氣體流率及其在管線系統(tǒng)中的相互作用的方案，而此前并不存在這樣的方案。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供了一種分析干管道(pipe)系統(tǒng)的方法。該方法優(yōu)選地包括配置至少參考干管道系統(tǒng)的模型，該參考干管道系統(tǒng)具有包括液體源的濕部分以及定義一定氣體體積的干部分。該方法還包括計(jì)算從所述濕部分到所述干部分的流體流量，包括計(jì)算從所述濕部分到所述干部分的一部分的流動(dòng)時(shí)間。所述計(jì)算優(yōu)選地在所述至少一個(gè)參考干管道系統(tǒng)中的實(shí)際液體的20％之內(nèi)，提供對(duì)所述模型中的流體流動(dòng)時(shí)間的驗(yàn)證。
在所述方法的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，配置所述模型包括互連多個(gè)節(jié)點(diǎn)，以便定義所述濕部分和所述干部分。所述各節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于管道連接器，并且所述各節(jié)點(diǎn)之間的所述互連對(duì)應(yīng)于管道設(shè)備。配置所述模型優(yōu)選地還包括配置所述干部分中的至少一部分節(jié)點(diǎn)，以便定義至少一個(gè)噴灑器設(shè)備。該方法優(yōu)選地還提供對(duì)所述模型的配置，其中包括仿真一個(gè)事件序列，其中所述事件序列優(yōu)選地包括對(duì)打開(kāi)多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定序，以便仿真所述干部分中的各噴灑器的順序打開(kāi)中的至少一個(gè)。
在所述方法的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，計(jì)算流體流量包括生成一個(gè)方程組，該方程組描述所述流體流在所述濕部分和干部分內(nèi)隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)；以及根據(jù)是否為所述系統(tǒng)提供了在該系統(tǒng)的任何管道中與所述液體前沿相互作用的氣體而改變所述方程組。計(jì)算所述流體流量?jī)?yōu)選地還包括當(dāng)允許所述氣體從所述至少一個(gè)向周圍環(huán)境打開(kāi)的噴灑器設(shè)備排出時(shí)，估計(jì)氣壓處于閾值壓力以下的持續(xù)時(shí)間。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例可靠地預(yù)測(cè)了流經(jīng)樹(shù)類型參考管線系統(tǒng)的液體流的運(yùn)送時(shí)間，這是通過(guò)評(píng)估流經(jīng)所述樹(shù)類型管線系統(tǒng)的每一條管道的液體、氣體或其混合物的流動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。所述優(yōu)選實(shí)施例采用至少一個(gè)計(jì)算引擎，其能夠根據(jù)所采用的參考系統(tǒng)在12％、7％、3％、4％、1％甚至0％的方差或誤差之內(nèi)，預(yù)測(cè)已知的樹(shù)類型參考管線系統(tǒng)的基于時(shí)間的響應(yīng)特性。
在所述優(yōu)選實(shí)施例中，在所述管線系統(tǒng)中考慮該管線系統(tǒng)中的每一點(diǎn)處的液體流和氣體流的至少其中之一的行為和特性。通過(guò)考慮所述液體、氣體或其混合物的行為和特性，所述優(yōu)選實(shí)施例能夠預(yù)測(cè)所述管線系統(tǒng)的每一點(diǎn)處的各種液體和流體(比如丙醇、乙二醇或者水)的行為和特性。特別地，當(dāng)允許氣體通過(guò)打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)從所述管線網(wǎng)絡(luò)中排出時(shí)，所述優(yōu)選實(shí)施例通過(guò)以下操作來(lái)估計(jì)所述網(wǎng)絡(luò)中的氣壓下降到低于閾值壓力的持續(xù)時(shí)間(a)確定大氣壓與所述網(wǎng)絡(luò)中的內(nèi)部壓力的比值是小于第一比值還是至少等于第二比值；(b)計(jì)算出作為所述系統(tǒng)的排放面積以及排放區(qū)域的壓力和溫度的函數(shù)的所述氣體的質(zhì)量流率，小于第一比值，并且當(dāng)所述比值至少等于第二比值時(shí)，計(jì)算出作為排放面積、所述排放區(qū)域的壓力和溫度以及環(huán)境壓力與所述排放區(qū)域處的壓力的比值的函數(shù)的所述氣體的質(zhì)量流率；(c)把所述質(zhì)量流率與所述排放區(qū)域處的氣壓、其速度以及溫度的改變相關(guān)；以及(d)作為所述排放區(qū)域處的質(zhì)量流率、溫度、速度以及壓力的函數(shù)求解所述系統(tǒng)中的氣壓隨著時(shí)間的改變。
所述優(yōu)選實(shí)施例還通過(guò)以下操作來(lái)近似任何液體前沿從所述管線網(wǎng)絡(luò)中的初始位置行進(jìn)到該網(wǎng)絡(luò)中的排放開(kāi)口的持續(xù)時(shí)間(即運(yùn)送時(shí)間)(a)隨著所述液體從所述初始位置移動(dòng)到以下各項(xiàng)的至少其中之一而考慮所述液體的速度所述網(wǎng)絡(luò)的沒(méi)有分支的分段、到具有兩個(gè)分支的節(jié)點(diǎn)的分段以及到所述網(wǎng)絡(luò)中的具有三個(gè)分支的節(jié)點(diǎn)的分段；(b)隨著液體和氣體行經(jīng)所述網(wǎng)絡(luò)而考慮氣泡的表示速度；(c)隨著所述液體移動(dòng)經(jīng)過(guò)以下各項(xiàng)的至少其中之一而確定損失所述網(wǎng)絡(luò)的沒(méi)有分支的分段、到具有兩個(gè)分支的節(jié)點(diǎn)的分段以及到所述網(wǎng)絡(luò)中的具有三個(gè)分支的節(jié)點(diǎn)的分段；以及(d)確定所述系統(tǒng)中的氣流是否等熵過(guò)程或者等溫過(guò)程的其中之一。此外，隨著所述液體前沿從所述初始位置行進(jìn)到所述排放開(kāi)口，所述優(yōu)選實(shí)施例基于對(duì)所述解扣時(shí)間的估計(jì)以及對(duì)所述運(yùn)送時(shí)間的近似來(lái)確定液壓與時(shí)間相比的改變的近似。
所述優(yōu)選實(shí)施例還通過(guò)多方模型來(lái)提供一般化，以便描述滯留在系統(tǒng)管道中的氣體的行為。此外，所述優(yōu)選實(shí)施例可以應(yīng)對(duì)任何配置的樹(shù)類型噴灑器系統(tǒng)以及具有至少一個(gè)環(huán)路的系統(tǒng)。此外，所述優(yōu)選實(shí)施例可以考慮所述干管道建模系統(tǒng)的“濕”部件或部分以及所述系統(tǒng)的其他組件，其中包括閥門、泵、回流防止器以及排風(fēng)機(jī)。所述優(yōu)選實(shí)施例還可以在時(shí)間步長(zhǎng)上對(duì)所計(jì)算的壓力值和流量值求平均，以便使得壓力曲線和流量曲線上的窄尖峰變平。除了解決其中所述供應(yīng)流率在所述解扣事件處具有尖峰的情況之外，在所述優(yōu)選實(shí)施例中執(zhí)行的計(jì)算還可以在壓力/流量振蕩期間向后經(jīng)過(guò)分支點(diǎn)的同時(shí)增強(qiáng)水前沿(waterfront)的反向移動(dòng)的模型。所述優(yōu)選實(shí)施例還可以在(接近)穩(wěn)態(tài)的液壓條件下提供更為精確的壓力值/流量值。所述優(yōu)選實(shí)施例還可以針對(duì)其中所述干管道閥門在(多個(gè))噴灑器之前打開(kāi)的情況對(duì)預(yù)作用系統(tǒng)進(jìn)行建模，所述預(yù)作用系統(tǒng)包括單互鎖、雙互鎖以及非互鎖預(yù)作用系統(tǒng)。
所述優(yōu)選實(shí)施例還可以提供對(duì)干管線系統(tǒng)的圖形系統(tǒng)建模，其中包括氣體和液體流的3D實(shí)時(shí)仿真動(dòng)畫(huà)。所述優(yōu)選實(shí)施例還可以提供旋轉(zhuǎn)、拷貝、移動(dòng)等等，以便在執(zhí)行該操作時(shí)定義基礎(chǔ)點(diǎn)和目的地點(diǎn)以及新的系統(tǒng)指向。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明還提供一種用于分析干管道系統(tǒng)的模型的計(jì)算機(jī)程序。所述計(jì)算機(jī)程序包括用戶接口以及一個(gè)或多個(gè)計(jì)算引擎。所述用戶接口允許定義干管道系統(tǒng)的模型，并且所述計(jì)算引擎確定經(jīng)過(guò)該干管道系統(tǒng)的所述模型的液體流動(dòng)時(shí)間。所述計(jì)算引擎采用所述優(yōu)選實(shí)施例的方法，并且在參考干管道系統(tǒng)中的實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)間的20％之內(nèi)提供對(duì)所述參考干管道系統(tǒng)的模型中的液體流動(dòng)時(shí)間的驗(yàn)證。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明還提供一種用于開(kāi)發(fā)管線系統(tǒng)的方法。所述方法可以通過(guò)生成經(jīng)過(guò)所述管線系統(tǒng)的液體流的至少基于時(shí)間的特性而實(shí)現(xiàn)。所述至少基于時(shí)間的特性的值是基于計(jì)算處理，所述計(jì)算處理評(píng)估所述管線系統(tǒng)的每一條管道中的液體和氣體流的物理過(guò)程。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明還提供一種安裝干管道噴灑器系統(tǒng)的處理。所述處理可以通過(guò)以下操作來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)在干管道噴灑器系統(tǒng)的模型中致動(dòng)所述噴灑器或噴嘴時(shí)，確定在噴灑頭或所述噴嘴處的液體的液體輸送時(shí)間；以及在不對(duì)所預(yù)測(cè)的運(yùn)送時(shí)間進(jìn)行物理驗(yàn)證的情況下，基于所述干管道噴灑器的模型來(lái)構(gòu)造干管道噴灑滅火器系統(tǒng)。確定所述液體輸送時(shí)間少于所期望的值。所述處理提供了針對(duì)新的干管道系統(tǒng)進(jìn)行原型設(shè)計(jì)、計(jì)劃以及評(píng)估的能力。所述處理還提供了改進(jìn)現(xiàn)有的干管道系統(tǒng)以便滿足所期望的標(biāo)準(zhǔn)從而確保對(duì)應(yīng)于所述現(xiàn)有系統(tǒng)的適當(dāng)響應(yīng)的能力。
另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供一種用于分析干管道系統(tǒng)的模型的計(jì)算機(jī)程序，其包括用戶接口以及與該用戶接口通信的模型發(fā)生器。所述模型發(fā)生器可以被配置成定義至少一個(gè)參考干管道系統(tǒng)的模型。所述模型可以包括多個(gè)互連的節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于管道連接器，所述節(jié)點(diǎn)之間的互連對(duì)應(yīng)于管道設(shè)備。所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)可以定義干部分和濕部分，其中所述濕部分包括液體源，所述干部分包括多條互連的管道以便定義氣體體積。所述干部分中的至少一部分節(jié)點(diǎn)可以定義一組向周圍環(huán)境打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，以便進(jìn)一步優(yōu)選地定義頭組(headset)。所述計(jì)算機(jī)程序還可以包括計(jì)算引擎，所述計(jì)算引擎被配置成對(duì)從所述濕部分流到所述干部分的液體進(jìn)行仿真，以便確定流經(jīng)各分支的氣體和液體的氣體和液體流特性，從而至少確定從所述濕部分到所述頭組的液體流動(dòng)時(shí)間，其中所述計(jì)算引擎在所述參考干管道系統(tǒng)中的實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)間的20％之內(nèi)提供對(duì)所述模型中的所述液體流動(dòng)時(shí)間的驗(yàn)證。
另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供一種設(shè)計(jì)具有濕部分和干部分的樹(shù)管線系統(tǒng)或者環(huán)路管線系統(tǒng)的方法。所述方法包括生成流經(jīng)所述管線系統(tǒng)的液體和氣體流的至少其中之一的至少基于時(shí)間的特性，其中所述液體流從所述濕部分流向所述干部分。所述基于時(shí)間的特性可以包括運(yùn)送時(shí)間，所述運(yùn)送時(shí)間的值是基于計(jì)算處理，所述計(jì)算處理評(píng)估所述樹(shù)類型管線系統(tǒng)的每一條管道中的液體和氣體流的物理過(guò)程。
一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例還可以提供一種對(duì)干管道噴灑器系統(tǒng)進(jìn)行建模的處理。所述處理可以包括作為多個(gè)互連的節(jié)點(diǎn)生成所述干管道噴灑器系統(tǒng)的模型，其中所述節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于管道連接器，所述節(jié)點(diǎn)之間的互連對(duì)應(yīng)于管道，所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)定義了干部分和濕部分。所述濕部分包括液體源，并且所述干部分可以包括多個(gè)互連的分支以便定義氣體體積。所述干部分中的至少一部分節(jié)點(diǎn)可以定義一個(gè)頭組，其對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)打開(kāi)的噴灑頭。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例還提供一種用于設(shè)計(jì)具有濕部分和干部分的管線系統(tǒng)的方法。所述方法包括對(duì)所述管線系統(tǒng)進(jìn)行建模，其中包括針對(duì)位于所述干部分中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備定義激活時(shí)間序列。所述方法還優(yōu)選地包括基于所述時(shí)間序列生成流經(jīng)所述管線系統(tǒng)的液體和氣體流的至少基于時(shí)間的特性，其中所述液體從所述濕部分流向所述多個(gè)打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。所述方法還優(yōu)選地包括定義對(duì)應(yīng)于多個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備當(dāng)中的每一個(gè)的時(shí)間序列，其中包括定義第一節(jié)點(diǎn)設(shè)備打開(kāi)的第一時(shí)刻以及至少第二時(shí)刻，所述第二時(shí)刻相對(duì)于第一時(shí)刻被延遲以便定義第二節(jié)點(diǎn)設(shè)備何時(shí)打開(kāi)。優(yōu)選地，所述打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備包括噴灑頭。所述建模方法還優(yōu)選地包括定義干管道閥門被激活的時(shí)刻以及進(jìn)一步相對(duì)于所述干管道閥門被激活的所述時(shí)刻定義所述時(shí)間序列。



附圖被合并在此并且構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，其說(shuō)明了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例并且與上面給出的一般性描述以及下面給出的詳細(xì)描述一起用來(lái)解釋本發(fā)明的特征。
圖1是干管道系統(tǒng)的說(shuō)明性示意圖。
圖2是用來(lái)對(duì)圖1的干管道系統(tǒng)進(jìn)行建模的計(jì)算機(jī)程序的優(yōu)選的說(shuō)明性功能圖。
圖2A是用來(lái)對(duì)圖1的干管道系統(tǒng)進(jìn)行建模的計(jì)算機(jī)程序的另一個(gè)優(yōu)選的說(shuō)明性功能圖。
圖3是圖2和/或圖2A中的計(jì)算機(jī)建模程序的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明性流程圖。
圖3A是圖2和/或圖2A中的計(jì)算機(jī)建模程序的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明性流程圖。
圖4是干管道系統(tǒng)的示例性干部分的說(shuō)明性模型。
圖5是干管道系統(tǒng)的示例性濕部分的說(shuō)明性模型。
圖6是圖2和/或圖2A中的計(jì)算機(jī)程序的說(shuō)明性優(yōu)選圖形用戶界面。
圖6A是圖2和/或圖2A中的計(jì)算機(jī)程序的另一個(gè)說(shuō)明性優(yōu)選圖形用戶界面。
圖6B是用于圖2和/或圖2A的計(jì)算機(jī)建模程序的另一個(gè)說(shuō)明性優(yōu)選圖形用戶界面。
圖7是用于圖2和/或圖2A的計(jì)算機(jī)建模程序的另一個(gè)說(shuō)明性圖形用戶界面。
圖7A描繪了一個(gè)優(yōu)選的說(shuō)明性圖形用戶界面，其顯示出由圖2和/或圖2A的優(yōu)選的計(jì)算機(jī)建模程序生成的第一參考干管道消防系統(tǒng)3D線框模型。
圖7B在另一個(gè)優(yōu)選圖形界面中以圖形形式描繪出對(duì)所述模型的分析結(jié)果，其是由圖2和/或圖2A的干管道計(jì)算機(jī)建模程序的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例生成的。
圖8示出了干管道系統(tǒng)的建模解扣時(shí)間與實(shí)驗(yàn)解扣時(shí)間的曲線圖。
圖8A示出了干管道系統(tǒng)的建模運(yùn)送時(shí)間與實(shí)驗(yàn)運(yùn)送時(shí)間的曲線圖。
圖8B示出了干管道系統(tǒng)的建模累計(jì)時(shí)間與實(shí)驗(yàn)累計(jì)時(shí)間的曲線圖。
圖9示出了圖2和/或圖2A的計(jì)算機(jī)程序的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的精度直方圖。
圖10-10C示出了一種優(yōu)選的分支算法。
圖11和11A示出了一種優(yōu)選的環(huán)路建模算法。
圖12和12A示出了另一種優(yōu)選的環(huán)路建模算法。
圖13示出了可以被用來(lái)驗(yàn)證圖2和/或圖2A的優(yōu)選計(jì)算機(jī)建模程序的結(jié)果的第二參考模型。
圖13A示出了可以被用來(lái)驗(yàn)證圖2和/或圖2A的優(yōu)選計(jì)算機(jī)建模程序的結(jié)果的第三參考模型。
圖13B示出了可以被用來(lái)驗(yàn)證圖2和/或圖2A的優(yōu)選計(jì)算機(jī)建模程序的結(jié)果的第四參考模型。

具體實(shí)施例方式 圖1中示出了具有濕部分和干部分的干管道噴灑器系統(tǒng)10的說(shuō)明性示意圖。該系統(tǒng)10的濕部分可以包括流體源2，其例如是供水系統(tǒng)或者城市自來(lái)水總管。所述濕部分還可以包括消防泵4，其被配置成增大來(lái)自所述流體源2的水流的壓力；以及回流防止器(BFP)4，其被配置成保持流體在一個(gè)方向上流動(dòng)，即從所述系統(tǒng)的濕部分到干部分。所述系統(tǒng)的干部分優(yōu)選地通過(guò)干管道閥門8(DPV)與該系統(tǒng)的濕部分分開(kāi)。所述干管道閥門8可以被配置成激活或解扣，以便把所述液體從所述濕部分供應(yīng)到所述干閥門下游的管道、管道配件、噴灑頭和/或閥門(未示出)的網(wǎng)絡(luò)。所述DPV 8下游的管線網(wǎng)絡(luò)填充了氣體，比如空氣。該DPV 8可以通過(guò)所述閥門下游的壓力下降而被激活，從而把所述液體從所述濕部分釋放到所述干部分中。
圖2示出了計(jì)算機(jī)程序20的說(shuō)明性功能圖，所述計(jì)算機(jī)程序被配置成對(duì)諸如系統(tǒng)10的管線系統(tǒng)進(jìn)行建模。該計(jì)算機(jī)程序20可以包括與一個(gè)以上計(jì)算引擎24通信的用戶接口或輸入模塊22。該輸入模塊22可以被配置成提供接口，用于由噴灑器系統(tǒng)設(shè)計(jì)者輸入將要建模的系統(tǒng)10的參數(shù)、要求和元件。所述計(jì)算引擎24可以包括模型發(fā)生器26，其用于從所述輸入模塊22建立所述模型。此外，該計(jì)算引擎24可以包括建立系統(tǒng)10的模型的特性和管線元件的數(shù)據(jù)庫(kù)。該計(jì)算引擎24還可以包括與所述模型發(fā)生器26通信的計(jì)算模塊28，以便能夠隨著所述流體從所述濕部分移動(dòng)到所述干部分(從而由所述濕部分的液體代替所述干部分中的氣體)而仿真流經(jīng)所述系統(tǒng)10的氣體和液體流。此外，該計(jì)算模塊28可以被配置成在流體流動(dòng)的時(shí)間段內(nèi)確定整個(gè)所述管線系統(tǒng)10內(nèi)的氣體和液體流特性。
在圖2A中提供了計(jì)算機(jī)程序20’的優(yōu)選的并且更加詳細(xì)的功能圖。其中特別示出了所述輸入模塊22’包括一個(gè)或多個(gè)輸入文件，以便捕獲將要建模的管線系統(tǒng)的特性。所述輸入文件可以包括管道、節(jié)點(diǎn)、流體、流體源以及程序參數(shù)文件當(dāng)中的一個(gè)或多個(gè)。所述計(jì)算機(jī)程序20’還可以把所述計(jì)算引擎24分成一個(gè)或多個(gè)引擎，比如計(jì)算機(jī)引擎24a和24b，以便分別執(zhí)行針對(duì)具有至少一個(gè)環(huán)路的管線系統(tǒng)和具有樹(shù)類型配置的管線系統(tǒng)的流體計(jì)算。這里所使用的樹(shù)類型配置優(yōu)選地定義了管道的互連，其在所述流體源與節(jié)點(diǎn)設(shè)備(更加優(yōu)選的是排放節(jié)點(diǎn)設(shè)備)之間提供僅僅一條流路徑。所述節(jié)點(diǎn)設(shè)備例如可以包括彎頭、彎管、三通和斜三通(lateral)、排風(fēng)機(jī)或者出口孔(比如能夠向周圍環(huán)境打開(kāi)的噴灑頭或噴嘴)。此外，這里使用的具有至少一個(gè)環(huán)路的管線系統(tǒng)優(yōu)選地定義這樣的噴灑器系統(tǒng)，其中多個(gè)交叉總管被綁在一起，以便為水流到操作中的節(jié)點(diǎn)設(shè)備提供多于一條路徑，各分支線沒(méi)有被綁在一起。還可以由所述計(jì)算引擎生成輸出文件，以用于向用戶顯示結(jié)果和/或用來(lái)執(zhí)行關(guān)于所述系統(tǒng)的附加的輔助計(jì)算。
所述計(jì)算機(jī)程序20可以被具體實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)可讀程序，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)例如是計(jì)算機(jī)盤(pán)、CD-ROM、硬盤(pán)、中央服務(wù)器或者任何其他計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)設(shè)備。所述計(jì)算機(jī)程序20可以由諸如膝上型計(jì)算機(jī)或PC之類的計(jì)算機(jī)處理設(shè)備訪問(wèn)，以便設(shè)計(jì)干管道系統(tǒng)10。還可以由所述計(jì)算機(jī)處理設(shè)備本地訪問(wèn)(例如離開(kāi)(off of)本地硬盤(pán)空間訪問(wèn))所述計(jì)算機(jī)程序20，或者可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)(比如LAN、WAN或因特網(wǎng))從中央服務(wù)器或其他存儲(chǔ)設(shè)備遠(yuǎn)程訪問(wèn)所述計(jì)算機(jī)程序。所述計(jì)算機(jī)程序20可以被配置成與所述計(jì)算機(jī)的各設(shè)備接口或通信，從而提供用戶接口，以便由用戶設(shè)計(jì)及分析所述干管道系統(tǒng)10的模型。更具體來(lái)說(shuō)，所述輸入模塊22可以與輸入外設(shè)(比如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)或者其他指示設(shè)備)通信，以便輸入所述干管道系統(tǒng)10的用戶定義的參數(shù)。所述計(jì)算引擎24可以使用所述參數(shù)來(lái)生成模型以及分析干管道系統(tǒng)10的特性。與諸如彩色監(jiān)視器之類的顯示設(shè)備通信的計(jì)算引擎24可以提供對(duì)所述模型以及任何所計(jì)算的分析的圖形顯示。例如，所述計(jì)算引擎24可以輸出對(duì)流經(jīng)所述模型的氣體和液體流的實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)仿真。附加地或替換地，所述計(jì)算引擎24可以輸出能夠圍繞軸原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的模型的平面圖或透視圖。此外，替換地或附加地，所述計(jì)算引擎24可以生成填充圖，其實(shí)時(shí)地示出所述系統(tǒng)中的管道的流體填充，其中包括任何部分填充的管道中的流體前沿的位置。
所述計(jì)算機(jī)軟件或程序20的操作可以提供對(duì)物理和數(shù)學(xué)常數(shù)的初始化；從例如～Pipes.tmp和～Nodes.tmp之類的文件中讀取管線系統(tǒng)參數(shù)；創(chuàng)建反映所述系統(tǒng)拓?fù)涞某跏紨?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；以及為仿真液體流的方程組計(jì)算初始數(shù)據(jù)。此后，可以解決從所述系統(tǒng)耗損氣體的問(wèn)題，并且可以定義DPV 8的解扣時(shí)間。所述解扣時(shí)間優(yōu)選地被定義為從噴灑器打開(kāi)時(shí)到所述干管道閥門解扣的時(shí)刻的時(shí)間段?？梢匝刂鴷r(shí)間和填充了液體的管道在雙嵌套循環(huán)處理內(nèi)計(jì)算液體沿著所述管線的移動(dòng)。為此目的，在每一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，計(jì)算所有填充了液體的所有管道內(nèi)的液體速度以及液體前沿坐標(biāo)增量。
例如，在時(shí)刻tn知道經(jīng)過(guò)管線系統(tǒng)10的模型100的速度、加速度和液體前沿坐標(biāo)。如下定義上述各項(xiàng)在時(shí)刻tn+Δtn的值。在對(duì)樹(shù)進(jìn)行后向掃描的方法的基礎(chǔ)上組織沿著所述系統(tǒng)的所有管道的環(huán)路。在處理部分地填充了液體的管道時(shí)，如下定義所述管道中的液體前沿速度及其位置 xn+1＝xn+vnΔtn， 其中，Δtn＝第n層中的時(shí)間步長(zhǎng)；利用索引n+1來(lái)標(biāo)記在tn+1＝tn+vnΔt時(shí)刻的流參數(shù)。在處理所述系統(tǒng)的管道時(shí)，借助于連續(xù)性條件通過(guò)前沿速度來(lái)定義所述液體速度 對(duì)于三通 vpSp＝viSi+vrSr 對(duì)于接頭或彎管 vpSp＝viSi 在處理包含液體前沿的管道時(shí)，始終把液體前沿的坐標(biāo)與所述管道長(zhǎng)度進(jìn)行比較。一旦所述前沿坐標(biāo)變得大于所述管道長(zhǎng)度，就把該管道轉(zhuǎn)到完全充滿的管道類別，并且將其各子管道轉(zhuǎn)到包含液體前沿的管道類別。所述各子管道中的液體前沿的初始坐標(biāo)被設(shè)置到零。
為了提供所需的精度，計(jì)算下一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)值。通過(guò)要求液體速度和前沿坐標(biāo)的偏差較小來(lái)定義所述時(shí)間步長(zhǎng)值。終結(jié)對(duì)當(dāng)前步長(zhǎng)的計(jì)算，并且所述計(jì)算跳到下一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)。在所有打開(kāi)的噴灑器處達(dá)到操作壓力值之后，循環(huán)操作停止。在圖3和圖3A中示出了對(duì)應(yīng)于所述計(jì)算機(jī)程序20的說(shuō)明性流程圖40和40’。該計(jì)算機(jī)程序20可以提供數(shù)據(jù)輸入步驟42以便輸入用戶定義或選擇的系統(tǒng)參數(shù)，所述參數(shù)可以被用于生成所述干管道系統(tǒng)10的模型，所述模型由建?；蚰Ｐ蜕刹襟E44提供。在構(gòu)造了所述干管道系統(tǒng)10的模型之后，所述計(jì)算機(jī)程序20可以仿真流經(jīng)所述模型系統(tǒng)的氣體和液體流。更具體來(lái)說(shuō)，該計(jì)算機(jī)程序20可以被配置成仿真從所述系統(tǒng)的所述干部分釋放氣體，以及當(dāng)所述液體取代管道網(wǎng)絡(luò)中的氣體時(shí)進(jìn)一步仿真從所述濕部分到所述干部分的液體流動(dòng)。
為了仿真流經(jīng)所述模型系統(tǒng)的氣體和液體流，所述計(jì)算機(jī)程序(更具體來(lái)說(shuō)是所述計(jì)算引擎24)可以被配置成執(zhí)行計(jì)算步驟46，以便計(jì)算在所述系統(tǒng)中流動(dòng)的液體的初始速度值。此外，所述計(jì)算步驟46可以包括確定管道被液體填充的程度。所述計(jì)算引擎24可以執(zhí)行計(jì)算步驟48，以便確定解扣時(shí)間，所述解扣時(shí)間可以被定義為從噴灑頭在所述系統(tǒng)10中打開(kāi)時(shí)到所述干管道閥門(DPV)解扣的時(shí)刻的時(shí)間段。相應(yīng)地，在所述DPV在至少一個(gè)噴灑頭被打開(kāi)之后解扣的情況下，可以為干管道系統(tǒng)或者在預(yù)作用系統(tǒng)(單互鎖、雙互鎖或者非互鎖)中確定所述解扣時(shí)間。為了對(duì)所述DPV在所述系統(tǒng)中的任何噴灑頭之前解扣的預(yù)作用系統(tǒng)(單互鎖、雙互鎖或者非互鎖)的情況進(jìn)行建模，所述DPV解扣的時(shí)間優(yōu)選地定義所述計(jì)算的初始時(shí)間或起始。所述計(jì)算引擎24還可以被配置成執(zhí)行附加的計(jì)算步驟，以便表征所建模的管道系統(tǒng)中的氣體和液體流，從而仿真所述干管道系統(tǒng)10中的氣體和液體流。所述計(jì)算引擎可以包括附加的計(jì)算步驟，比如在圖3中示出的計(jì)算步驟50-64。所述計(jì)算步驟可以包括計(jì)算所述系統(tǒng)中的任何給定管道內(nèi)的液體流。更具體來(lái)說(shuō)，所述計(jì)算引擎可以考慮在管道中形成的液體前沿，并且確定隨著時(shí)間的液體前沿速度以及所述液體前沿在所述管道中的位置，即液體長(zhǎng)度。所述計(jì)算引擎24還可以定義一個(gè)方程組(優(yōu)選地定義為常微分方程組(ODE))來(lái)表征氣體和液體流。所述計(jì)算引擎還可以自動(dòng)調(diào)節(jié)所述方程組，以便考慮在某一時(shí)刻流到所述網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的新管道中的液體，這例如是通過(guò)自動(dòng)增大所述微分方程組的秩(rank)而實(shí)現(xiàn)的。所述計(jì)算引擎24還可以執(zhí)行損失子例程，以便考慮所建模的系統(tǒng)10中的摩擦損失和次要損失。所述計(jì)算引擎24可以被配置成確定所述系統(tǒng)10的管道中的液體加速度的代數(shù)方程組，并且進(jìn)一步執(zhí)行時(shí)間步長(zhǎng)計(jì)算，以便提高所述微分方程組中的解的精度。所述計(jì)算引擎還可以計(jì)算所建模的系統(tǒng)10的性能特性，其中包括所述運(yùn)送時(shí)間和操作時(shí)間。所述運(yùn)送時(shí)間可以被定義為在所述干閥門被解扣或激活時(shí)到第一滴水流出打開(kāi)的噴灑頭時(shí)之間的時(shí)間段，并且所述操作時(shí)間可以被定義為打開(kāi)的噴灑器處的液壓達(dá)到所指定的壓力值并且保持在該壓力之上至少達(dá)監(jiān)控時(shí)間所需要的時(shí)間。所述監(jiān)控時(shí)間優(yōu)選地被定義為這樣的時(shí)間段在該時(shí)間段內(nèi)，在所述系統(tǒng)或噴灑頭的最小操作壓力得到滿足及保持之后，將繼續(xù)執(zhí)行各計(jì)算步驟。所述操作時(shí)間優(yōu)選地在所述噴灑器打開(kāi)時(shí)開(kāi)始。如圖3的步驟62和64所示，所述計(jì)算機(jī)程序20可以把所述結(jié)果保存在與其他計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序兼容的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。此外，所述計(jì)算機(jī)程序20可以提供顯示步驟64，以便顯示所述模型的圖形以及報(bào)告所述計(jì)算。所述顯示步驟64可以包括顯示出流經(jīng)所述系統(tǒng)10的3D模型的氣體和/或液體流。
所述優(yōu)選的計(jì)算機(jī)程序20可以替換地或附加地在每一個(gè)遞增時(shí)間步長(zhǎng)計(jì)算每一個(gè)管道中的流體前沿位置。更具體來(lái)說(shuō)，如圖3A的流程圖40’中所示，所述計(jì)算機(jī)程序20可以提供數(shù)據(jù)輸入并且計(jì)算初始數(shù)據(jù)，以便把所述管線系統(tǒng)10建模成可以為之定義或計(jì)算解扣時(shí)間的互連的節(jié)點(diǎn)和分段的集合，并且在適用的全靠性還可以考慮系統(tǒng)中的加速器。所述程序20中的優(yōu)選算法可以進(jìn)一步確定流體前沿是否到達(dá)了新的節(jié)點(diǎn)和/或到達(dá)了打開(kāi)的噴灑器。通過(guò)上述流體前沿確定，所述計(jì)算機(jī)程序可以確定所述流體前沿的新位置，并且對(duì)于給定的遞增時(shí)間步長(zhǎng)在適當(dāng)條件下計(jì)算所述運(yùn)送時(shí)間和操作時(shí)間。
所述管線系統(tǒng)10的模型100可以由管線分段和管線連接構(gòu)成。所述管線分段可以由線表征，所述管線連接可以由節(jié)點(diǎn)表征。在圖4中示出了干管道噴灑器系統(tǒng)的說(shuō)明性模型100的一部分。其中更加具體地示出了所述模型100的干部分110，其具有多個(gè)互連的節(jié)點(diǎn)111。所述節(jié)點(diǎn)111可以表示從一個(gè)管道尺寸到另一個(gè)管道尺寸的過(guò)渡點(diǎn)，其中包括例如彎頭、彎管、三通和分支管、排風(fēng)機(jī)或者出口孔(比如能夠向周圍環(huán)境打開(kāi)的噴灑頭或噴嘴)之類的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。所述節(jié)點(diǎn)111之間的互連或片段可以對(duì)應(yīng)于管道、閥門、泵或者可以載送流體的其他管道設(shè)備及導(dǎo)管。所述干部分110可以包括至少一個(gè)饋送節(jié)點(diǎn)112，所述模型100的濕部分可以連接到該饋送節(jié)點(diǎn)。所述節(jié)點(diǎn)111之間的互連可以沿著多個(gè)分支114布置并且間隔開(kāi)。所述多個(gè)分支114可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)交叉總管116、118、120、122間隔開(kāi)并延伸。所述多個(gè)分支114和/或交叉總管116、118、120和122可以彼此互連，從而定義環(huán)路124。
圖5中示出了連接到所建模的DPV 138的模型100的說(shuō)明性濕部分130。該濕部分130可以說(shuō)明所述系統(tǒng)的所謂的“濕”部件的液壓損失(hydraulic loss)以及其他參數(shù)。所述系統(tǒng)的“濕”部件或部分被不斷地填充液體，并且優(yōu)選地被定義為位于源節(jié)點(diǎn)與所述DPV之間。所述系統(tǒng)的濕部分130優(yōu)選地包括下面的非窮舉實(shí)體列表源節(jié)點(diǎn)132、回流防止器(BFP)136、消防泵134、閥門以及管道。在閉合或關(guān)斷狀態(tài)下，所述DPV 138提供系統(tǒng)100的濕部分130與干部分110的部件之間的受控分離。在DPV解扣事件之后，所述濕部分130啟動(dòng)對(duì)所述干部分110的填充過(guò)程。所述流體源可以被建模成靜態(tài)流體源或者可變流體源。所述模型優(yōu)選地接受一個(gè)流體源。所述DPV被顯示成把所述濕部分130連接到所述干部分的節(jié)點(diǎn)112。
替換地或附加地，所述管線系統(tǒng)10的模型100可以包括用于對(duì)具有儲(chǔ)存構(gòu)造的消防系統(tǒng)的管線系統(tǒng)進(jìn)行建模的架內(nèi)(in-rack)部分115。所述模型的架內(nèi)部分可以包括一條或多條架內(nèi)管線、臂架(armover)、用于所述架線的供水總管以及相關(guān)聯(lián)的架內(nèi)噴灑器。所建模的架內(nèi)部分115可以被連接到所述系統(tǒng)100的干部分110和/或所述DPV的出口。
為了利用所述優(yōu)選的計(jì)算機(jī)程序20來(lái)建立模型100，用戶可以通過(guò)指定噴灑器的總數(shù)以及總覆蓋面積來(lái)創(chuàng)建干管道噴灑器系統(tǒng)，其中指定所述噴灑器總數(shù)是基于分支管道的數(shù)目乘以每分支的噴灑器數(shù)目，指定所述總覆蓋面積是基于分支管道之間的距離乘以噴灑器之間的距離。用戶優(yōu)選地提供比如分支線數(shù)目、相對(duì)于所述總管(優(yōu)選地相對(duì)于所述交叉總管)來(lái)自所述系統(tǒng)的左側(cè)的噴灑頭數(shù)目之類的信息。用戶還可以提供比如供水總管的位置和長(zhǎng)度、噴灑器和管道的高度以及流體源之類的信息。還可以提供其他參數(shù)，比如所述總管右側(cè)的噴灑頭的數(shù)目。利用該數(shù)據(jù)，所述計(jì)算機(jī)程序可以結(jié)合計(jì)算機(jī)在圖形顯示屏上生成所述干管道系統(tǒng)的線-節(jié)點(diǎn)模型。所述線-節(jié)點(diǎn)模型可以被顯示為能夠圍繞預(yù)先定義的原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的平面圖、正視圖、側(cè)視圖、頂視圖或者透視圖。所述線-節(jié)點(diǎn)模型提供關(guān)于所述系統(tǒng)中的管道和節(jié)點(diǎn)的數(shù)目的信息。通過(guò)觀看所述線-節(jié)點(diǎn)模型設(shè)計(jì)圖，用戶可以根據(jù)所述干管道系統(tǒng)的任何所期望的配置的需要，來(lái)修改所述系統(tǒng)。所述計(jì)算機(jī)程序20可以包括與所述計(jì)算引擎24(更具體來(lái)說(shuō)是所述模型或樹(shù)發(fā)生器26)通信的用戶接口或模塊22，以便建立諸如模型100的模型干管道系統(tǒng)。
圖6中示出了說(shuō)明性圖形用戶界面200的快照，其可以提供多個(gè)數(shù)據(jù)輸入和報(bào)告欄(field)，以供用戶建立、定義以及評(píng)估所述干管道系統(tǒng)10的模型100。在圖6中更加具體地示出了優(yōu)選的用戶界面200，其用于生成樹(shù)類型管線系統(tǒng)。所述數(shù)據(jù)輸入欄可以被配置成用于文字輸入、下拉菜單或者用于用戶輸入的任何其他機(jī)制。更具體來(lái)說(shuō)，所述界面200可以包括用于觀看所述模型100的圖形窗口202。所述圖形窗口202可以被配置成提供模型100的用戶選擇的觀看。例如，所述界面200和/或圖形窗口202可以包括被配置成允許用戶觀看以及圍繞三個(gè)正交軸旋轉(zhuǎn)所述模型100的控制。
所述界面窗口200還可以包括數(shù)據(jù)輸入欄204和206，以便輸入及定義所述模型100的各種屬性，其中例如包括分支的樹(shù)木、小支管/滴管(sprigs/drops)的數(shù)目、臂架的數(shù)目，并且在適當(dāng)情況下還包括噴灑器的數(shù)目、每分支的噴灑器數(shù)目以及每個(gè)噴灑器之間的間距。此外，界面200可以包括數(shù)據(jù)輸入欄208和210，以便定義所述分支、交叉總管和噴灑器的饋線和高度。所述界面200還可以包括用于對(duì)通過(guò)至少一條環(huán)路連接的兩個(gè)或更多個(gè)樹(shù)類型系統(tǒng)進(jìn)行建模并且進(jìn)一步用于定義每個(gè)系統(tǒng)之間的特殊關(guān)系的數(shù)據(jù)輸入欄。利用在適當(dāng)?shù)臋谥休斎氲膮?shù)，可以在窗口202中提供所述模型100的視覺(jué)圖形。
所述計(jì)算機(jī)程序20可以被配置成具有各種附加的圖形用戶界面、窗口或者其他輸入機(jī)制，以便允許用戶輸入用來(lái)描述所述模型100中的各個(gè)設(shè)備的物理屬性的值。例如，被配置成具有數(shù)據(jù)輸入欄、下拉菜單或者查找表的窗口可以允許用戶指定交叉總管、環(huán)路總管和/或供水總管的屬性，比如長(zhǎng)度、給定總管的左側(cè)或右側(cè)的噴灑頭的數(shù)目以及該給定總管的管道方向和高度。可以提供饋送連接界面，以便標(biāo)識(shí)并描述把所建模的系統(tǒng)100的一個(gè)或多個(gè)總管連接到所述流體源的管線屬性，包括所述管道長(zhǎng)度以及從指定總管到所述流體源的一個(gè)或多個(gè)垂直滴管(vertical drop)的長(zhǎng)度。
所述計(jì)算機(jī)程序20可以被配置成具有各種附加的圖形用戶界面、窗口或者其他輸入機(jī)制，以便允許用戶輸入所述模型100中的各個(gè)設(shè)備的材料屬性。例如，被配置成具有數(shù)據(jù)輸入欄、下拉菜單或者查找表的窗口可以允許用戶指定噴灑頭屬性，比如K因數(shù)、口直徑、最小操作壓力以及適于提供對(duì)所述系統(tǒng)中的指定位置處的噴灑器的表示的其他數(shù)據(jù)。附加的輸入欄可以提供諸如彎頭或三通之類的配件的輸入或規(guī)范、管線調(diào)度(shedule)的輸入或規(guī)范、直徑尺寸、C因數(shù)和絕對(duì)粗糙度(濕和干)以及/或者其他材料規(guī)范。
所述計(jì)算機(jī)程序20可以配置成具有各種附加的圖形用戶界面、窗口或者其他輸入機(jī)制，以便允許用戶輸入模型100的液壓設(shè)計(jì)區(qū)域?qū)傩?。例如，配置成具有必要?shù)據(jù)輸入欄的窗口、下拉菜單或者查找表可允許用戶指定諸如下述的參數(shù)期望的液壓設(shè)計(jì)區(qū)域、平方乘法器、實(shí)際設(shè)計(jì)區(qū)域計(jì)算和實(shí)際設(shè)計(jì)區(qū)域中的頭數(shù)目。
附加的窗口或用戶接口可以被配置成定義節(jié)點(diǎn)設(shè)備的一個(gè)頭組(或組)以及所述頭組(headset)的屬性。除了所述噴灑器屬性之外，所述頭組可以包括被建模為被致動(dòng)或者向周圍環(huán)境打開(kāi)以便輸送流體的一個(gè)或多個(gè)噴灑頭的規(guī)范。所述窗口還可以提供附加的與時(shí)間相關(guān)的參數(shù)，以便定義所建模的系統(tǒng)的要求。例如，所述頭組屬性窗口可以包括用于所需要的輸送時(shí)間的數(shù)據(jù)輸入欄，所述輸送時(shí)間是優(yōu)選地根據(jù)一種或多種標(biāo)準(zhǔn)或法則(比如NFPA 13的要求)把所述液體輸送到所述頭組所需要的時(shí)間。此外，用戶可以指定被包括在所述頭組中的各單獨(dú)的噴灑頭的致動(dòng)時(shí)間，以便優(yōu)選地建立噴灑器激活序列。此外，用戶可以指定所述監(jiān)控時(shí)間，以便定義在達(dá)到并且保持操作壓力(其中所述頭組處于或者高于所指定的最小值)之后用于運(yùn)行所述計(jì)算處理的時(shí)間長(zhǎng)度。所述頭組屬性可以被配置成在整個(gè)所述系統(tǒng)中的各種位置處定義一個(gè)或多個(gè)頭組。優(yōu)選地，所述頭組屬性窗口與所述計(jì)算引擎24通信，從而可以計(jì)算每一個(gè)所定義的頭組的氣體和液體流屬性并且對(duì)其制表以便進(jìn)行比較。
另一個(gè)窗口或界面可以提供數(shù)據(jù)輸入，以便對(duì)使用在所設(shè)計(jì)的干管道系統(tǒng)中的閥門進(jìn)行表征和建模。例如，可以通過(guò)聯(lián)結(jié)壓力與液體質(zhì)量流率的代數(shù)方程ΔP(G)來(lái)描述閥門。然而，更為方便的是通過(guò)“管類”微分方程(但是利用借助于表設(shè)置的壓力損失)按照統(tǒng)一的方式來(lái)描述所述閥門。類似于管道的方程所構(gòu)造的閥門的所述微分方程如下 其中，hi＝閥門的有效液壓長(zhǎng)度；Ai＝該閥門的橫截面積。對(duì)于沒(méi)有長(zhǎng)度的集中式設(shè)備的極限轉(zhuǎn)變，所述微分方程退化為代數(shù)1。對(duì)于較小的液壓閥門長(zhǎng)度hi，只有在非常高的加速度的情況下右側(cè)才不等于零。因此，對(duì)于大多數(shù)情況滿足ΔP＝ΔP(G)這一關(guān)系。
(1)中的阻力系數(shù)fi＝fi(Wi)是與流量相關(guān)的變量?？梢越柚谟杀碇付ǖ拈y門特性ΔP(G)來(lái)定義所述相關(guān)性 將(2)代入下式 其中，

相應(yīng)地，例如在圖6A中看到的閥門屬性窗口可以借助于專用表格壓降與流速函數(shù)來(lái)指定閥門類型、閥門尺寸和/或由用戶定義的非線性壓降函數(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)陣列來(lái)描述閥門的壓力損失，該陣列包含壓力損失與流量平面上的一組點(diǎn)。所述計(jì)算機(jī)20可以提供附加的數(shù)據(jù)輸入欄，以便對(duì)所述DPV 138進(jìn)行建模。例如，可以提供DPV屬性窗口或界面以便輸入附加的參數(shù)，比如微分解扣比、可選的DPV加速器的壓力微分以及固定解扣時(shí)間-即所述DPV在所述加速器已經(jīng)達(dá)到其壓力微分設(shè)置值之后發(fā)生解扣的時(shí)間延遲?？梢院喜⒒蛘咛砑右粋€(gè)附加的窗口，以便對(duì)諸如止回閥組件的閥門組件進(jìn)行表征及建模。
類似地，可以提供管道屬性窗口，以供用戶指定例如管道起始節(jié)點(diǎn)和結(jié)束節(jié)點(diǎn)、管道調(diào)度、尺寸、內(nèi)直徑、Hazen Williams C因數(shù)、絕對(duì)粗糙度、長(zhǎng)度、配件、等效長(zhǎng)度、總長(zhǎng)度以及用于對(duì)所述干管道系統(tǒng)進(jìn)行建模的其他適當(dāng)屬性。節(jié)點(diǎn)屬性窗口還可以被配置成對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)指定與物理和幾何屬性相關(guān)的數(shù)據(jù)，比如節(jié)點(diǎn)類型(包括源節(jié)點(diǎn)、噴灑頭、非流動(dòng)節(jié)點(diǎn)或排風(fēng)機(jī))、XYZ坐標(biāo)、K因數(shù)、口直徑、操作時(shí)間以及適于令所述計(jì)算機(jī)程序在對(duì)液壓系統(tǒng)(優(yōu)選地是干管道系統(tǒng))進(jìn)行建模時(shí)實(shí)現(xiàn)其預(yù)定目的的其他屬性。
所述節(jié)點(diǎn)屬性窗口或界面可以對(duì)排風(fēng)機(jī)進(jìn)行建模。排風(fēng)機(jī)是一種特殊設(shè)備，其可以在氣壓降低時(shí)被打開(kāi)以便加速氣體損耗或噴出。所述排風(fēng)機(jī)的參數(shù)例如可以包括K因數(shù)、口尺寸、解扣壓力設(shè)置以及在水已經(jīng)到達(dá)所述排風(fēng)機(jī)之后的關(guān)閉時(shí)間。解扣所述排風(fēng)機(jī)所需要的壓力可以被設(shè)置成微分壓力或計(jì)示壓力。在對(duì)于所述排風(fēng)機(jī)指定了壓力微分的情況下，可以在所述系統(tǒng)的正在下降的氣壓達(dá)到相對(duì)于初始?xì)鈮旱闹付ú钪档臅r(shí)刻打開(kāi)該排風(fēng)機(jī)?；蛘?，可以在所述窗口中指定計(jì)示壓力，以便在所述系統(tǒng)氣壓下降到低于所指定的壓力值的時(shí)刻打開(kāi)所述排風(fēng)機(jī)。在所述排風(fēng)機(jī)解扣之后，其充當(dāng)噴灑頭，從而利用所指定的K因數(shù)把水排放到周圍環(huán)境中。此外，在水前沿到達(dá)所述排風(fēng)機(jī)之后已經(jīng)過(guò)去了所指定的“關(guān)閉時(shí)間”時(shí)間段之后，該排風(fēng)機(jī)被建模為關(guān)閉，并且其變成一個(gè)簡(jiǎn)單節(jié)點(diǎn)。此外，可以向用戶提供各個(gè)排風(fēng)機(jī)口的表格，以便輸入與K因數(shù)匹配的口直徑。
所述程序20還可以被配置成向所述模型100的濕部分130提供適當(dāng)?shù)膶傩?。例如，可以提供具有適當(dāng)用戶界面的界面窗口以便輸入適當(dāng)?shù)奶匦?，從而?duì)所述源節(jié)點(diǎn)132、軟管、泵(或者具體來(lái)說(shuō)是消防泵134)和回流防止器136當(dāng)中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行建模。所述用戶界面還使得能夠輸入用來(lái)互連所述濕部分元件的管道的管道特性，比如管道直徑和/或管道長(zhǎng)度。所述源節(jié)點(diǎn)132可以由陣列來(lái)定義，該陣列包含壓力與流量函數(shù)上的一組點(diǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)任意類型的函數(shù)相關(guān)性來(lái)近似各點(diǎn)之間的空間，比如流率的1.85次方的多項(xiàng)式。節(jié)點(diǎn)屬性窗口或界面可以包括所述源函數(shù)(supply function)上的各點(diǎn)。例如，城市總管陣列可以包含至少兩個(gè)點(diǎn)，比如靜態(tài)的和殘留的。泵屬性窗口可以通過(guò)壓力與流量函數(shù)中的一組數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)表征所述泵的增壓函數(shù)。所述泵陣列例如可以通過(guò)三個(gè)點(diǎn)來(lái)表征。優(yōu)選地，第一點(diǎn)被稱作攪動(dòng)(Churn)(在零流量下的增壓figure)，第二點(diǎn)被稱作額定流量和額定壓力；第三點(diǎn)具有極限流量和極限壓力以作為坐標(biāo)分量。在仿真流經(jīng)所述模型100的液體和氣體流時(shí)，所述仿真可以提供在所述DPV解扣之后，在所述消防泵的出口處的壓力下降到低于用戶指定的壓力值并且經(jīng)過(guò)了用戶指定的延遲時(shí)間段之后，可以激活所述消防泵。所述兩個(gè)值都可以在所述泵屬性窗口或界面中被指定。替換地或附加地，泵設(shè)備可以被建模為所述系統(tǒng)中的管線元件。所述消防泵是可選的系統(tǒng)設(shè)備。
再次參照?qǐng)D2，用戶界面可以被配置成與所述計(jì)算引擎24通信，更具體來(lái)說(shuō)是與所述計(jì)算模塊28通信。相應(yīng)地，計(jì)算機(jī)程序20可以被配置成包括如圖6B所示的用戶界面或計(jì)算窗口250。所述窗口250可以被配置成執(zhí)行對(duì)所述模型100的分析，以便例如確定解扣時(shí)間、供水時(shí)間和操作時(shí)間。所述供水時(shí)間可以被定義為噴灑器(優(yōu)選地是第一噴灑器)打開(kāi)時(shí)與水第一次到達(dá)打開(kāi)的噴灑器時(shí)之間的時(shí)間段。更加優(yōu)選的是，所述輸水時(shí)間是所述解扣時(shí)間與所述運(yùn)送時(shí)間的總和。此外，所述窗口可以包括數(shù)據(jù)輸入欄、選擇按鈕或者一些其他用戶輸入機(jī)制，以便除了指定所述系統(tǒng)中的液體和/或氣體及其屬性(比如氣體和液體類型、液體粘度(動(dòng)態(tài)的和/或運(yùn)動(dòng)的)、K因數(shù)乘數(shù)、密度以及氣體溫度)之外還選擇所仿真的頭組、所需的輸送時(shí)間。還可以利用用戶界面輸入欄來(lái)指定計(jì)算參數(shù)，以便指示例如執(zhí)行計(jì)算的時(shí)間增量或時(shí)間步長(zhǎng)、總的監(jiān)控或計(jì)算時(shí)間以及計(jì)算或待求解的解的數(shù)目。
所述計(jì)算引擎24可以生成用于分析所述模型100的性能的圖形描繪。例如，如圖7中所見(jiàn)，其中示出了對(duì)于4個(gè)頭的比較分析，其中提供了所述解扣時(shí)間、運(yùn)送時(shí)間、供水時(shí)間和操作時(shí)間，以供用戶在接受、修改或者重新設(shè)計(jì)所述模型系統(tǒng)100以進(jìn)行實(shí)際的構(gòu)造和/或測(cè)試時(shí)考慮。附加地或替換地，所述計(jì)算引擎可以生成流經(jīng)所述模型100的所仿真的氣體和液體流的3D實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)。例如，所述動(dòng)畫(huà)可以對(duì)于每一個(gè)增量時(shí)間提供所述模型系統(tǒng)100的每一條軌道中的流體前沿的實(shí)際位置和動(dòng)態(tài)。優(yōu)選地，所述3D動(dòng)畫(huà)隨著液體填充所述系統(tǒng)而提供所述系統(tǒng)的示圖，其中表示管道的分段隨著液體填充所述管道而改變顏色，例如從紅色變成藍(lán)色。
如上所述，所述用戶輸入模塊22可以令用戶輸入各種系統(tǒng)參數(shù)，其中包括對(duì)系統(tǒng)設(shè)備(比如泵、閥門或噴灑頭)的激活。此外，所述用戶輸入模塊22與所述計(jì)算引擎24相結(jié)合可以被配置成用于對(duì)事件進(jìn)行定序，以便定義所述干管道系統(tǒng)的仿真操作。更具體來(lái)說(shuō)，所述計(jì)算引擎可以包括計(jì)算所述模型消防系統(tǒng)100以便考慮以下問(wèn)題(i)在BFP被關(guān)閉的情況下或者更具體來(lái)說(shuō)在所述液體運(yùn)動(dòng)是由于慣性而沒(méi)有供應(yīng)動(dòng)力的影響的情況下的系統(tǒng)狀況；(ii)消防泵打開(kāi)并且增壓；(iii)閥門的壓力損失的功能定義；(iv)連續(xù)事件頭打開(kāi)、閥門、泵、加速器、排風(fēng)機(jī)等的操作延遲；(v)以及如上所述，在由用戶通過(guò)一組點(diǎn)定義壓力損失函數(shù)的情況下用于閥門(閥門組件)仿真的附加模型。
相應(yīng)地，所述計(jì)算機(jī)程序20可以能夠計(jì)算連續(xù)的或有序的事件。更具體來(lái)說(shuō)，所述計(jì)算機(jī)程序20可以計(jì)算預(yù)作用系統(tǒng)，其中所述DPV138在(多個(gè))噴灑器之前打開(kāi)。在預(yù)作用系統(tǒng)的一種情況中，所述DPV首先打開(kāi)，并且液體開(kāi)始填充所述系統(tǒng)。在相對(duì)于所述DPV解扣事件的一些延遲之后，一個(gè)或多個(gè)噴灑器打開(kāi)。各噴灑器的延遲值可以不同。氣體開(kāi)始排出所述系統(tǒng)，并且液體前沿被加速。
在傳統(tǒng)的干管道系統(tǒng)中，一個(gè)或多個(gè)噴灑器首先打開(kāi)。相對(duì)于第一個(gè)頭打開(kāi)事件來(lái)定義所有其他的解扣事件延遲。對(duì)于干管道系統(tǒng)而言，所述干管道閥門在第一個(gè)噴灑器打開(kāi)之后解扣。用戶可以定義該組打開(kāi)的噴灑器，并且描述每一個(gè)頭打開(kāi)的時(shí)刻。在這種情況下，時(shí)間開(kāi)始的零時(shí)刻是第一個(gè)頭打開(kāi)時(shí)的事件。每一個(gè)打開(kāi)的頭具有相對(duì)于所述第一個(gè)打開(kāi)的頭的打開(kāi)時(shí)間(默認(rèn)地是零)以作為上面討論的頭屬性組的組成部分。
圖7A描繪了圖形用戶界面的另一個(gè)實(shí)施例，其允許對(duì)所述干管線系統(tǒng)10進(jìn)行建模，以便預(yù)測(cè)該系統(tǒng)的某些特性，比如閥門致動(dòng)或解扣時(shí)間(即令所述系統(tǒng)中的氣壓下降到允許流體流到所述系統(tǒng)中的閾值以下所花費(fèi)的時(shí)間)、運(yùn)送時(shí)間(即流體到達(dá)所述系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口所花費(fèi)的時(shí)間)以及操作時(shí)間(即打開(kāi)的噴灑器處的液壓達(dá)到所指定壓力值并且保持在該指定壓力之上至少達(dá)所述監(jiān)控時(shí)間所需要的時(shí)間)。圖7B示出了所述計(jì)算機(jī)建模程序20的另一個(gè)優(yōu)選的輸出圖形窗口。該計(jì)算機(jī)建模程序20可以計(jì)算流體系統(tǒng)參數(shù)的圖形報(bào)告，所述流體系統(tǒng)參數(shù)例如是除了解扣時(shí)間和運(yùn)送時(shí)間的基于時(shí)間的參數(shù)之外的隨著時(shí)間的流改變和壓力改變。所述程序20可以根據(jù)至少已知的樹(shù)類型流體傳輸系統(tǒng)的預(yù)測(cè)特性與實(shí)際特性之間的可驗(yàn)證并且可重復(fù)的相關(guān)性，以合理的精度計(jì)算至少上述特性。
應(yīng)當(dāng)注意到，在所述優(yōu)選實(shí)施例中，所述流體是諸如水或者

滅火劑之類的消防流體，并且所述氣體是氮?dú)饣颦h(huán)境空氣。然而，所述程序還可以基于其他流體的相應(yīng)密度、特定重力或者特定重量來(lái)評(píng)估其他流體(包括任何單相液體流)。也就是說(shuō)，所述程序能夠預(yù)測(cè)任何單相流體在管線網(wǎng)絡(luò)中的輸送，其中從遠(yuǎn)離輸送點(diǎn)的位置控制所述流體輸送。例如，如果所述管線網(wǎng)絡(luò)不受監(jiān)督并且包含大氣壓下的空氣，則可以利用空氣的特定重力以及14.7磅/平方英寸(或1巴)的壓力把這輸入到所述模型中。類似地，如果正在該網(wǎng)絡(luò)中輸送液體，則可以通過(guò)輸入所輸送的流體的物理屬性(密度和粘度)在所述程序中預(yù)測(cè)所述液體流。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)程序可以對(duì)管線系統(tǒng)進(jìn)行建模，以便預(yù)測(cè)從源到開(kāi)口的所述系統(tǒng)中的丙醇流的解扣時(shí)間、輸送時(shí)間和操作時(shí)間。例如，該模型中的所述系統(tǒng)可以配置有在樹(shù)類型陣列中具有20個(gè)分支線的總管線，并且可以配備有大約1111加侖的系統(tǒng)容積并且初始地填充了100華氏度下的加壓氮?dú)?。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)程序可以預(yù)測(cè)從源到開(kāi)口的所述系統(tǒng)中的乙二醇流的解扣時(shí)間、輸送時(shí)間和操作時(shí)間。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)程序可以預(yù)測(cè)水流的解扣時(shí)間、運(yùn)送時(shí)間、操作時(shí)間和輸送時(shí)間。例如，對(duì)至少8個(gè)配備有12個(gè)分支線的陣列和兩個(gè)交叉總管的參考干管道系統(tǒng)進(jìn)行建模，并且通過(guò)所述計(jì)算機(jī)程序來(lái)預(yù)測(cè)每一個(gè)參考干管道系統(tǒng)的液體輸送時(shí)間。
所述計(jì)算機(jī)程序優(yōu)選地不限于消防，并且還可以被用來(lái)為其中涉及到經(jīng)過(guò)管線網(wǎng)絡(luò)的流體輸送的其他應(yīng)用計(jì)算流體運(yùn)送時(shí)間，所述管線網(wǎng)絡(luò)例如有從集中源到給定病房或應(yīng)用點(diǎn)的醫(yī)院中的管線網(wǎng)絡(luò)；用于通過(guò)城市水網(wǎng)總管或管線中的分配網(wǎng)絡(luò)輸送油、其他石油或非石油化學(xué)液體產(chǎn)品(例如異丙醇、乙二醇)或者水的管線網(wǎng)絡(luò)；或者例如汽車制造的工業(yè)中用來(lái)把油漆或其他流體輸送到遠(yuǎn)程位置或者輸送到機(jī)器人噴漆機(jī)的管線網(wǎng)絡(luò)。
所述計(jì)算引擎24可以被配置成考慮為了對(duì)于給定仿真實(shí)現(xiàn)所期望的精度所必要的盡可能多的系統(tǒng)因素。相應(yīng)地，沒(méi)有必要簡(jiǎn)化所述模型100，其中通過(guò)用近似結(jié)構(gòu)替換初始拓?fù)洌谶\(yùn)行針對(duì)液體和氣體流的計(jì)算之前刪除了所有閉塞的小支管和滴管。所述計(jì)算機(jī)程序20沒(méi)有結(jié)合拓?fù)浜?jiǎn)化，從而使其更加精確，并且沒(méi)有使用關(guān)于所述模型100的分級(jí)結(jié)構(gòu)的信息，這為所述程序提供了更廣泛的能力。一般來(lái)說(shuō)，所述計(jì)算引擎24可以在沒(méi)有簡(jiǎn)化的情況下對(duì)于真實(shí)世界管線系統(tǒng)建模并計(jì)算基于時(shí)間的性能參數(shù)。例如，所述計(jì)算引擎可以處理具有多于兩千條管道或者具有可變數(shù)目的分支和可變數(shù)目的小支管及滴管(drop)的可變數(shù)目的總管，從而可以處理運(yùn)行所述計(jì)算引擎的計(jì)算機(jī)處理設(shè)備所將允許的任何配置的樹(shù)管道系統(tǒng)。
參照?qǐng)D3A，通過(guò)用于對(duì)所述代數(shù)微分方程組求解的高效算法而獲得所述計(jì)算引擎24的精度和性能。為了求解一定維度的代數(shù)方程組，比如在樹(shù)類型管線系統(tǒng)中，優(yōu)選地使用一般矩陣掃描消除的有效算法，即Thomson方法。為了在管線系統(tǒng)具有至少一條環(huán)路的情況下針對(duì)壓力求解代數(shù)方程組，所述有效方法實(shí)質(zhì)上包括所述Thomson方法的矩陣掃描消除的優(yōu)選的循環(huán)版本的組合。
所述計(jì)算引擎按照相同的方式針對(duì)加速度求解大的代數(shù)方程組。提供了一種優(yōu)選的消除算法，其允許關(guān)于導(dǎo)數(shù)按照三對(duì)角陣的方式來(lái)表示ODE方程組。隨后利用所述Thomson方法來(lái)求解。這樣可以大大縮短計(jì)算時(shí)間。這種方法對(duì)于具有大管道數(shù)量的大系統(tǒng)特別有效。通過(guò)應(yīng)用有效的方法來(lái)針對(duì)加速度求解大代數(shù)方程組可以關(guān)于導(dǎo)數(shù)求解常微分方程(ODE)組。因此，不僅可以通過(guò)諸如來(lái)自

IMSLMATH/LIBRARY的DASPG數(shù)學(xué)子例程之類的方法來(lái)有效地關(guān)于導(dǎo)數(shù)求解ODE方程組，而且還可以通過(guò)在這里描述的并且針對(duì)將關(guān)于導(dǎo)數(shù)來(lái)求解的ODE方程組闡述的其他有效方法來(lái)求解。
圖8、圖8A和圖8B包含在針對(duì)所述解扣時(shí)間、運(yùn)送時(shí)間和液體輸送時(shí)間分析樹(shù)類型管線系統(tǒng)的過(guò)程中比較所計(jì)算的值與所測(cè)量的值。所計(jì)算的時(shí)間被顯示為所述測(cè)試的所測(cè)量的時(shí)間的函數(shù)。在平分線的上方和下方提供了兩條線，顯示出與所測(cè)量的值的10％偏差。圖8和8A示出了利用這里描述的涉及到熱力學(xué)過(guò)程的多方模型的算法計(jì)算的解扣時(shí)間和運(yùn)送時(shí)間與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較。如圖所示，對(duì)于任何測(cè)試，結(jié)果都在10％偏差內(nèi)。圖8B示出了累計(jì)時(shí)間(解扣時(shí)間與運(yùn)送時(shí)間的總和)-即“流體輸送時(shí)間”。這些偏差也不超過(guò)10％。
圖9中所示出的直方圖至少在對(duì)樹(shù)類型管線系統(tǒng)的分析方面給出了所述優(yōu)選的計(jì)算機(jī)程序20與如在美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/942,817中描述的先前程序的比較計(jì)算精度。頂部直方圖對(duì)應(yīng)于所述先前程序，底部的圖對(duì)應(yīng)于所述計(jì)算機(jī)程序20。更具體來(lái)說(shuō)，圖9示出了分別根據(jù)所述先前計(jì)算機(jī)程序和所述計(jì)算機(jī)程序20的所計(jì)算與所測(cè)量的解扣時(shí)間值之間的絕對(duì)偏差的分布。所述分布是基于三十(30)個(gè)不同的測(cè)試系統(tǒng)。該圖表明程序精度已經(jīng)得到很大的提高。
在求解所述ODE方程組并且在所述程序內(nèi)部使用指針和定向列表的同時(shí)，可以通過(guò)與最優(yōu)精度控制相關(guān)聯(lián)的最優(yōu)時(shí)間步長(zhǎng)選擇來(lái)改進(jìn)所述計(jì)算引擎24的性能。計(jì)算沿著具有樹(shù)類型結(jié)構(gòu)的管線系統(tǒng)流動(dòng)的液體參數(shù)的最簡(jiǎn)單的方式是通過(guò)使用名為“樹(shù)”的非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。樹(shù)開(kāi)始于名為“根”的主單元，并且包含名為“分支”的一組其他組成部分。從所述根以及從分支當(dāng)中分出名為“子代”或者“左分支”和“右分支”的0、1或2個(gè)分支。沒(méi)有子代的分支被稱作“葉”。分別利用特定的一組數(shù)據(jù)字段來(lái)表征所述根和分支。所述數(shù)據(jù)字段包括該分支的地址、其子代的地址以及描述該樹(shù)的每一個(gè)單元的一組參數(shù)。該組數(shù)據(jù)足以用來(lái)對(duì)各分支的參數(shù)執(zhí)行不同的數(shù)學(xué)運(yùn)算，其中包括相鄰分支之間的數(shù)據(jù)交換。
一種優(yōu)選的方法是針對(duì)關(guān)于所述管線系統(tǒng)創(chuàng)建樹(shù)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并且保持?jǐn)?shù)據(jù)的問(wèn)題使用面向?qū)ο蟮姆椒?。一種優(yōu)選的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)例如包括用于捕獲管道描述參數(shù)的CPipe類。每一條管道與該類對(duì)象相關(guān)聯(lián)。該類優(yōu)選地包括所述CPipe類型到左、右管道(樹(shù)的左、右分支)的指針以及管道長(zhǎng)度、管道半徑、管道內(nèi)的液體速度以及所述管道及其內(nèi)部流的一些其他特性。在上面描述的用戶接口22內(nèi)創(chuàng)建所述管線系統(tǒng)的同時(shí)所獲得的管道參數(shù)數(shù)組可以是所述CPipe類型的對(duì)象初始化的給定數(shù)據(jù)。因此，在樹(shù)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選地利用所述CPipe類對(duì)象來(lái)表示每一個(gè)分支。
用于創(chuàng)建二進(jìn)制樹(shù)的進(jìn)程優(yōu)選地被具體實(shí)現(xiàn)為一個(gè)函數(shù)，即TreeBuilding()。在所述進(jìn)程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建描述樹(shù)分支及其相繼初始化的處理。其基本方案可以被簡(jiǎn)化為下面的算法。在沿著所述管道的環(huán)路內(nèi)相繼附著樹(shù)分支。繼續(xù)所述循環(huán)，直到附著了所述初始數(shù)據(jù)組中的最后一條管道。
優(yōu)選地，所述創(chuàng)建開(kāi)始于在所述初始列表中搜索其入口節(jié)點(diǎn)是源類型的管道，即連接到水源的管道。在識(shí)別出該初始管道之后，動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建所述CPipe類型的對(duì)象。利用所識(shí)別出的管道的相應(yīng)參數(shù)值以及利用流參數(shù)的初始值(液體速度、節(jié)點(diǎn)壓力等等的初始值)來(lái)對(duì)所述對(duì)象進(jìn)行初始化。在所述循環(huán)的第一步的末尾，定義第一管道出口節(jié)點(diǎn)的名字。
在所述循環(huán)的第二步中，搜索其入口節(jié)點(diǎn)名等于第一管道的出口節(jié)點(diǎn)名的管道，即搜索子代。優(yōu)選地，令所識(shí)別出的管道的數(shù)目或數(shù)量等于2。在識(shí)別出所述管道之后，初始化兩個(gè)對(duì)象。所述兩個(gè)對(duì)象的地址被分配給前一個(gè)對(duì)象的左、右指針，即被傳送到親代。在沒(méi)有子代的情況下，相應(yīng)的指針為“空”值。在第二步的末尾，優(yōu)選地把右分支的入口節(jié)點(diǎn)名保存到名字棧中。包含在所述棧中的名字在后面被用來(lái)從所述右分支建立樹(shù)的樹(shù)冠。在下一步中，所述左分支的出口節(jié)點(diǎn)名被用來(lái)搜索其入口節(jié)點(diǎn)具有相同名字的管道。這樣，繼續(xù)循環(huán)建立所述左分支。所述創(chuàng)建終結(jié)于沒(méi)有子代的管道。在切換到所述循環(huán)的下一步之前，被放置在所述名字棧中的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)名被推出，并且如上所述地繼續(xù)創(chuàng)建樹(shù)。通過(guò)管道沒(méi)有子代并且所述名字棧為空而完成所述循環(huán)。
為了進(jìn)行成功的數(shù)據(jù)處理以便建立并分析具有任何樹(shù)配置的管線系統(tǒng)或者具有至少一條環(huán)路的任何管線系統(tǒng)，優(yōu)選地使用有效算法來(lái)通過(guò)從根向葉以及后向(即從源節(jié)點(diǎn)向液體前沿以及后向)來(lái)分析樹(shù)。借此，把數(shù)據(jù)抽取與處理數(shù)據(jù)抽取分開(kāi)，這使得所述程序結(jié)構(gòu)更為全面(參見(jiàn)William Ford和William Topp的“Data Structures with C++(C++數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))”，Prentice-Hall International，Inc.)。在一個(gè)函數(shù)(比如PreOrderIterator()函數(shù))中實(shí)現(xiàn)所述前向樹(shù)掃描算法，在另一個(gè)函數(shù)(比如PostOrderIterator()函數(shù))中實(shí)現(xiàn)所述后向掃描。
通過(guò)所述優(yōu)選的函數(shù)PreOrderIterator()在一個(gè)循環(huán)內(nèi)從根開(kāi)始沿著所有分支對(duì)樹(shù)配置或樹(shù)進(jìn)行迭代掃描。參照?qǐng)D10、圖10A、圖10B和圖10C，下面將說(shuō)明對(duì)四分支樹(shù)實(shí)例的處理，但是所述優(yōu)選的方法也可以應(yīng)用于具有五分支級(jí)別或更高分支級(jí)別的樹(shù)。在圖10中示出了第一步。在處理A分支(樹(shù)的根)時(shí)，識(shí)別出分支地址，從而有可能訪問(wèn)所有分支參數(shù)并且還有可能進(jìn)行不同的操作(例如把分支長(zhǎng)度保存到文件中)。對(duì)右分支的處理優(yōu)選地被延遲，并且把C分支地址保存到棧中。識(shí)別出在第二步中處理的分支地址。首先處理左分支，因此下一個(gè)處理的分支是B分支。
在圖10A中示出了所述處理的第二步，其開(kāi)始于對(duì)B分支的處理。接下來(lái)把D分支地址保存到棧中，B分支沒(méi)有左子代，因此把D分支地址從棧中推出以便在下一步中對(duì)其進(jìn)行處理。
在圖10B中示出的第三步中，首先開(kāi)始于對(duì)D分支的處理。該D分支沒(méi)有右分支，因此不需要進(jìn)行保存。不存在左分支，并且把C分支地址從棧中推出。
在圖10C中示出了第四步，其開(kāi)始于對(duì)C分支的處理。由于不存在右分支，因此沒(méi)有什么要保存在棧中。沒(méi)有左分支，并且棧為空。相應(yīng)地，所述循環(huán)完成。因此，在所述前向掃描處理內(nèi)，從根到葉并且從左到右對(duì)樹(shù)進(jìn)行掃描。樹(shù)的每一個(gè)分支僅僅被處理一次。在所描述的實(shí)例中，樹(shù)具有兩片葉子，并且相應(yīng)地具有從根到葉的兩條路徑。第一條路徑沿著分支A-B-D行進(jìn)，第二條路徑僅僅包含C分支，這是因?yàn)锳分支已經(jīng)被包含在第一條路徑中。
在函數(shù)PostOrderIterator(CPipe *p)內(nèi)實(shí)現(xiàn)的后向掃描方法類似于對(duì)樹(shù)的前向掃描方法，但是略微更加復(fù)雜。關(guān)于該方法需要注意以下幾點(diǎn)。在所述后向掃描內(nèi)，從葉到根并且從左到右對(duì)樹(shù)進(jìn)行掃描。與所述前向方法一樣，每個(gè)分支僅僅被處理一次。對(duì)于在圖10-10C中示出的上述情況，對(duì)于后向通道存在從葉到根的兩條路徑。第一條路徑沿著分支D-B-A行進(jìn)，第二條路徑僅僅包含C分支。由于A分支被包括在第一條路徑中，因此其不被包含在第二條路徑中。
所述后向掃描方法有助于簡(jiǎn)化對(duì)某些樹(shù)參數(shù)的計(jì)算，比如位于液體前沿的前方并且填充有氣體的子樹(shù)的容積，例如仍然填充有氣體的處于流體前沿的前方的系統(tǒng)部分的容積。雖然所述兩種方法被應(yīng)用于所述管線系統(tǒng)，但是可以很容易將所述方法推廣為掃描填充有流體的體積。
為了對(duì)微分方程組進(jìn)行積分，所述軟件或計(jì)算機(jī)程序20的計(jì)算引擎24優(yōu)選地包含用于在考慮到管道中的流體移動(dòng)的特殊性的情況下進(jìn)行時(shí)間步長(zhǎng)調(diào)節(jié)的特定程序。所述特殊性在流體前沿逼近打開(kāi)的噴灑器或者經(jīng)過(guò)分支點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)，其中所述流體在關(guān)閉的分支內(nèi)或者在某些其他情況下鎖閉氣體體積。結(jié)合Euler方法實(shí)現(xiàn)該算法以用于對(duì)微分方程組進(jìn)行積分有助于提高計(jì)算精度，并且有助于避免所述計(jì)算處理出現(xiàn)異常。
所述計(jì)算引擎24可以被配置成包括用于處理以下情況的算法恰好在流體開(kāi)始從打開(kāi)的噴灑器排出之前出現(xiàn)高壓力峰值。該程序被開(kāi)發(fā)來(lái)在所述流體前沿經(jīng)過(guò)分支點(diǎn)、打開(kāi)的噴灑器等等的同時(shí)使壓力峰值變平。所述算法優(yōu)選地針對(duì)以下處理在所述流體前沿反向移動(dòng)并且從關(guān)閉的管道經(jīng)過(guò)所述分支點(diǎn)回到貫穿管道的同時(shí)，把壓縮的氣體從所述關(guān)閉的分支排到貫穿管道(即總管)中。
一旦輸入了表示所述干管道系統(tǒng)的物理屬性的數(shù)據(jù)之后，所述計(jì)算機(jī)程序優(yōu)選地建立最終由數(shù)學(xué)方程表示的該干管道系統(tǒng)的模型。所述干管道系統(tǒng)的模型允許所述計(jì)算機(jī)程序利用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算引擎在致動(dòng)所述管線網(wǎng)絡(luò)中的任何噴灑頭的過(guò)程中仿真所述干管道系統(tǒng)的各種基于時(shí)間的響應(yīng)特性，比如解扣時(shí)間、運(yùn)送時(shí)間和操作時(shí)間。此外，所述程序的優(yōu)選實(shí)施例可以對(duì)干管道系統(tǒng)進(jìn)行建模，在所述干管道系統(tǒng)中具有至少一個(gè)環(huán)路、泵(例如消防泵)、單向閥門(例如回流防止器)、閥門打開(kāi)加速器以及順序的流體輸送(例如相繼噴灑器致動(dòng))。
如前面對(duì)于干管道系統(tǒng)的模型所討論的那樣，按照適當(dāng)?shù)母袷綔?zhǔn)備關(guān)于所述系統(tǒng)的物理屬性(比如所述管道的屬性、節(jié)點(diǎn)數(shù)、源、流體、氣體和程序參數(shù))的文件，以便進(jìn)行處理。在這里還可以執(zhí)行其他處理，比如從英制單位轉(zhuǎn)換成SI單位。一旦所述數(shù)據(jù)被格式化之后，就可以由一個(gè)或多個(gè)計(jì)算引擎使用所述數(shù)據(jù)，以便確定所述模型的至少一個(gè)所期望的物理響應(yīng)，比如干管道閥門解扣時(shí)間或流體運(yùn)送時(shí)間。
優(yōu)選地，可以使用兩個(gè)計(jì)算引擎24a、24b來(lái)求解對(duì)應(yīng)于管線系統(tǒng)的瞬態(tài)流量問(wèn)題例如，第一計(jì)算引擎24a可以是FDTCALC計(jì)算引擎，其優(yōu)選地被配置成用于樹(shù)類型拓?fù)?，第二?jì)算引擎可以是FDTLOOPCALC計(jì)算引擎，其優(yōu)選地被配置成用于包含至少一個(gè)環(huán)路的管線系統(tǒng)拓?fù)?。不管用?lái)求解管線網(wǎng)絡(luò)中的流體和氣體流量問(wèn)題的底層方法如何，所述計(jì)算引擎的優(yōu)選實(shí)施例可以提供所計(jì)算的時(shí)間參數(shù)與其物理測(cè)試的類比項(xiàng)之間的小于20％的相關(guān)性。
下面提供對(duì)兩個(gè)計(jì)算引擎24a、24b的優(yōu)選理論和程序流程的描述。應(yīng)當(dāng)注意到，對(duì)于全部?jī)蓚€(gè)計(jì)算引擎來(lái)說(shuō)，在對(duì)任意干管道系統(tǒng)進(jìn)行建模和分析時(shí)做出以下基本假設(shè)(1)所述流體是不可壓縮的；(2)管道沒(méi)有變形；(3)流體前沿與管道中心線垂直；(4)所有打開(kāi)的噴灑器可以被同時(shí)打開(kāi)，或者可以在不同時(shí)刻被順序打開(kāi)；(5)所述DPV 138僅僅即時(shí)打開(kāi)一次，附加地或替換地，所述BFP 136可以關(guān)閉/打開(kāi)幾次；(6)所述干管線系統(tǒng)的濕部分優(yōu)選地將不具有任何分支點(diǎn)；以及(7)以1.85次方對(duì)供應(yīng)曲線(即作為流率的函數(shù)的壓力)進(jìn)行建模，其中利用點(diǎn)陣列來(lái)定義供應(yīng)函數(shù)。
下面將描述被用來(lái)求解所述干管道閥門解扣時(shí)間、運(yùn)送時(shí)間和操作時(shí)間的數(shù)學(xué)框架，其被具體實(shí)現(xiàn)在用于用戶定義的管線系統(tǒng)的計(jì)算引擎中。用于所述氣體和流體的流屬性的方程是基于對(duì)應(yīng)于流體流的不穩(wěn)定Bernoulli方程以及對(duì)應(yīng)于氣體流的溫度弛豫方程。這些方程被用來(lái)求解任何時(shí)間點(diǎn)的所述系統(tǒng)中的流體流和氣體流區(qū)域中的流屬性，其中適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件、守恒條件和連續(xù)性條件耦合對(duì)應(yīng)于流體和氣體的方程。優(yōu)選地利用相同的理論方法，所述計(jì)算引擎24a、24b仿真反向流。所述計(jì)算引擎24a、24b還仿真包含滴管和打開(kāi)的噴灑器的分支線中的氣泡流。
如上所述，可以利用用于不穩(wěn)定流的Bernoulli方程或者對(duì)于脈沖平衡方程的一維近似來(lái)對(duì)流經(jīng)管道的流體流進(jìn)行建模。方程的一般形式表示在所述流體的第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)處的管道中的所述流體的狀態(tài)。優(yōu)選地，所述流體的第一端點(diǎn)和第二端點(diǎn)由所述流體流前沿和最近的上游節(jié)點(diǎn)定義。隨著所述流體流分支，為其中包含正在移動(dòng)的流前沿的每一條管道以及作為當(dāng)前管道下游節(jié)點(diǎn)的打開(kāi)的噴灑器(如果有的話)創(chuàng)建Bernoulli方程。為了處理所述系統(tǒng)中的每一條管道并且求解完整的該組方程組，利用前面描述的所述優(yōu)選的面向?qū)ο蟮乃惴ā?br> 提供四個(gè)例子(1)來(lái)自水源的流分支成交叉總管和分支線；(2)在具有關(guān)閉的終端節(jié)點(diǎn)的管道中的流；(3)分成三個(gè)分支的流；以及(4)在具有打開(kāi)的噴灑器的管道中的流。流體流的連續(xù)性方程依賴于質(zhì)量守恒方程以及流經(jīng)打開(kāi)的噴灑器的質(zhì)量流的方程。通過(guò)施加兩個(gè)邊界條件把對(duì)應(yīng)于氣體流的方程耦合到對(duì)應(yīng)于液體流的方程在所述液體/氣體界面處的液體流率和氣體流率相等，并且所述方程對(duì)于等熵或等溫氣體流過(guò)程按照氣壓來(lái)表示液體的壓力。提供關(guān)于管道中的摩擦損失和次要(或局部)損失以及一些典型配件的次要損失參數(shù)的方程。相應(yīng)地，在這里討論所述程序流程的總覽，并且給出可以用于所述流程圖的對(duì)應(yīng)部分的方程以及關(guān)于所述計(jì)算引擎如何使用所述方程來(lái)確定干管道網(wǎng)絡(luò)的模型中的流體的解扣時(shí)間、運(yùn)送時(shí)間和壓力的概要。
所述計(jì)算引擎對(duì)輸入數(shù)據(jù)執(zhí)行檢查，以便確定所述干管道設(shè)計(jì)的模型是否處在所允許的處理極限之內(nèi)。如果所述模型可以被處理，則所述計(jì)算引擎繼續(xù)到處理的下一級(jí)，在該處理級(jí)計(jì)算解扣時(shí)間。
為了確定是在等熵情況(完全絕緣的表面)還是等溫情況(恒溫表面)的假設(shè)下對(duì)流經(jīng)所述管道的氣體流進(jìn)行建模，所述計(jì)算引擎對(duì)所述干管道中的氣體的Reynolds數(shù)執(zhí)行分析，以便確定使得所述氣體的溫度與所述管道的溫度達(dá)到溫度平衡的弛豫時(shí)間。假設(shè)是穩(wěn)定的流，則為了與所述管道達(dá)到溫度平衡，所述氣體必須行經(jīng)的長(zhǎng)度L被如下計(jì)算 其中，L是弛豫長(zhǎng)度； R是管道半徑； Pr是Prandtl數(shù) Nu是Nusset數(shù)，其具有以下值的其中之一如果Re＜2300，則Nu＝3.66；如果Re＞2300，則Nu＝.023Re0.8Pr0.4。
可以利用以下公式計(jì)算所述Reynolds數(shù)Re 其中，DV是流體的速度與D的乘積，D是管道內(nèi)直徑，并且 v是流體的運(yùn)動(dòng)粘度。
所述弛豫長(zhǎng)度L允許所述計(jì)算引擎利用下面的公式來(lái)確定弛豫時(shí)間τ，其中所述弛豫時(shí)間即流經(jīng)所述管道的氣體的溫度與平均管道溫度達(dá)到平衡的時(shí)間 τ＝L/V(Eq.5) 為了確定對(duì)于所述氣體流的建模的基本假設(shè)是等熵情況還是等溫情況，所述計(jì)算引擎基于所述弛豫時(shí)間的閾值來(lái)判斷是其中的哪一種情況，其中所述弛豫時(shí)間閾值取決于實(shí)際的管道長(zhǎng)度和氣體流的當(dāng)前速度。如果所述流在管道的特定分段處相當(dāng)慢，則在某一時(shí)間點(diǎn)氣體溫度將與管道壁溫相等，從而表明這是等溫情況。如果氣體流在管道的特定分段處具有高速度，則隨著氣體快速流經(jīng)所述管道，氣體的溫度改變無(wú)關(guān)緊要，并且出于數(shù)值目的可以忽略氣體溫度改變，從而表明這是等熵過(guò)程。所述計(jì)算引擎隨后計(jì)算氣體的流出量以及流體流進(jìn)管道的速度。
根據(jù)內(nèi)部壓力與環(huán)境壓力的比值，所述計(jì)算引擎依賴于下面的公式來(lái)確定在噴灑器打開(kāi)之后的氣體質(zhì)量流率 或者 其中，

是質(zhì)量流率； Pa是噴嘴、噴灑頭或者其他打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備之前的氣體壓力，并且P∞是大氣壓； Ta是氣體溫度； Aa是排放面積； γ是恒定壓力下的比熱與恒定體積、恒定壓力下的比熱的比值，對(duì)于2原子氣體，γ＝1.4；并且 R是氣體常數(shù)。
為了把壓力、體積和溫度的改變與氣體的質(zhì)量流率相關(guān)，使用下面的方程 其中，Va是所述系統(tǒng)中的氣體的總體積。
為了把質(zhì)量流率

的改變與壓力、速度、密度和橫截面積相關(guān)，使用下面的方程 其中，S是管道的橫截面積。在方程(8)和方程(9)中有其中，R*＝8134[J/K/kmol]＝通用氣體常數(shù)；M＝[kg/kmol]＝分子量。
可以通過(guò)質(zhì)量流率

與下面的公式(通過(guò)簡(jiǎn)化)之間的以下關(guān)系來(lái)確定所述管線中的氣體速度(僅僅適用于方程(6)) 其中，v＝管線中氣體流的速度； vs＝通過(guò)所述氣體的聲速； Sa＝到外部環(huán)境的開(kāi)口的面積； S＝管道內(nèi)部的氣體流的橫截面積。
最高的氣流速度是在最小尺寸的管道內(nèi)，即在小支管或滴管內(nèi)。小支管/滴管直徑與打開(kāi)的頭設(shè)備(比如噴灑頭或噴嘴)直徑之間的比值優(yōu)選地高于2。在這種情況下，最大氣體速度是通過(guò)所述介質(zhì)的聲速的七分之一。因此，停滯氣體與移動(dòng)氣體之間的密度、壓力和溫度參數(shù)的差異(其與Mach數(shù)的平方成比例)不超過(guò)2％。因此，方程(6)、(7)適于以不劣于2％的精度計(jì)算典型的干管道噴灑器系統(tǒng)中的氣體壓力。
在所述干管道閥門解扣之前，如下描述內(nèi)部氣體壓力改變 其中，Pao和Tao分別是所述噴灑器打開(kāi)時(shí)刻的氣體壓力和溫度； 對(duì)于所述管線系統(tǒng)中的等熵氣體移動(dòng)，有γ1＝γ； 對(duì)于等溫氣體移動(dòng)，有γ1＝1。
在方程6和方程7中 其中，Pao和Tao是噴灑器打開(kāi)時(shí)的氣體的壓力和溫度。
在所述干管道閥門解扣之后，通過(guò)下面的方程來(lái)描述所述管線的填充有氣體的部分內(nèi)的氣體壓力 假設(shè)方程(13)中的質(zhì)量

是恒定的。推導(dǎo)出方程(13)的公式的一般化，其中考慮到截留的氣體質(zhì)量

的波動(dòng)。右側(cè)的第一部分描述由于通過(guò)打開(kāi)的噴嘴、噴灑頭或者其他打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行排放而導(dǎo)致的氣體壓力損失。右側(cè)的第二部分包含內(nèi)部管線系統(tǒng)容積的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，這是由于所述液體的前沿的移動(dòng)而導(dǎo)致的。把方程(13)與方程(6)、(7)和(12)組合求解。
隨著氣體和流體移動(dòng)經(jīng)過(guò)所述干管道系統(tǒng)，必須在每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)考慮所述節(jié)點(diǎn)和管道內(nèi)的摩擦、液壓和次要損失，因此，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，隨著氣體、氣體與流體以及流體移動(dòng)經(jīng)過(guò)所述干管道系統(tǒng)的模型而不斷更新這里描述的損失計(jì)算。如下所述，所述計(jì)算引擎可以應(yīng)用下面的公式，從而例如考慮到一管道分段的任意的截面1與截面2之間的上述損失。
其中，V是流體速度； H1和H2是在橫截面1和2處的特定頭損失； L12是在點(diǎn)1與2之間的分段長(zhǎng)度； ΔH12是在所述管道上的點(diǎn)1與2之間的損失。
方程(14)中的損失項(xiàng)可以被寫(xiě)作配件或次要損失“fit”與管道長(zhǎng)度上的損失“fr”的疊加，以便提供下面的方程 其中，D是管道直徑；并且 f是Darcy-Weisbach摩擦因數(shù)。
對(duì)于液體層流有其中Re是來(lái)自上面的方程(4)的Reynolds數(shù)?？梢允褂靡韵氯齻€(gè)經(jīng)驗(yàn)公式當(dāng)中的任一個(gè)來(lái)確定湍流的摩擦因數(shù) Chen公式 Churchill公式 Haaland方程 利用標(biāo)準(zhǔn)閥門類型的損失系數(shù)K來(lái)計(jì)算諸如閥門處的配件損失之類的次要損失。與對(duì)應(yīng)于閥門的以下公式相組合，利用在下面的表1中給出的標(biāo)準(zhǔn)閥門類型的損失系數(shù)K，通過(guò)所述計(jì)算引擎來(lái)計(jì)算閥門處的配件損失。
表1、各種配件的損失系數(shù)K 優(yōu)選地，對(duì)于消防應(yīng)用，配件處的壓力損失使用下面的公式 其中，Δl是配件或閥門的等效管道長(zhǎng)度，其可以從制造商的清單中獲得。
可以如下計(jì)算方程(15)中的配件損失 其中，N是在所述管道的點(diǎn)1與2之間的配件數(shù)。
為了確定節(jié)點(diǎn)處的液體的初始速度，所述計(jì)算引擎考慮以下類型的流從源通過(guò)具有通常是線性的分段AB、BC流向分段BC上的位置x，并且流向具有兩個(gè)分支Ci、CD的節(jié)點(diǎn)，其中分支CD流向具有分支Dm、DF和Dn的三分支節(jié)點(diǎn)。也就是說(shuō)，所述計(jì)算引擎考慮移動(dòng)經(jīng)過(guò)其中有氣體的管道的流體的以下條件(1)沒(méi)有分支流；(2)流向兩個(gè)分支；以及(3)流向三個(gè)分支。此外，對(duì)于上述三種類型的方程當(dāng)中的任一種，對(duì)于所述三種方程當(dāng)中的每一種存在兩種修改-液體前沿之前的氣體被滯留在關(guān)閉的體積內(nèi)，或者通過(guò)所述流下游某處的開(kāi)口被排出。
對(duì)于第一種情況，所述計(jì)算引擎依賴于根據(jù)如下已知的Bernoulli方程的變型對(duì)管道分段AB與管道分段BC之間的流體流進(jìn)行建模。
其中，vB是管道AB中的速度； HB是管道分段AB中的節(jié)點(diǎn)B中的頭損失；以及 RB-X是分段B與分段BC內(nèi)的x之間的損失。
對(duì)于管道分段BC有 其中，x是填充了水的管道的長(zhǎng)度； Hx是節(jié)點(diǎn)BC中的頭； RX-B是損失。
可以由所述計(jì)算引擎通過(guò)以下方程來(lái)計(jì)算值x 管道AB與BC中的速度通過(guò)下式相關(guān) vDSD＝vxSC，(Eq.26) 其中，SB是管道AB的橫截面積；并且 SC是管道BC的橫截面積。
在方程組(23)-(26)中，未知量如下速度vB、vx，壓力pB，以及流體長(zhǎng)度x。已經(jīng)采用了可以買到的數(shù)學(xué)例程來(lái)確定近似解。這種數(shù)學(xué)例程的一個(gè)例子可以從

IMSL MATH/LIBRARY獲得，其被稱作DASPG例程。優(yōu)選地，通過(guò)使用所述DASPG例程，所述計(jì)算引擎可以利用給定的初始數(shù)據(jù)找到微分代數(shù)方程的解的近似，同時(shí)試圖把誤差保持在設(shè)置值以下。
對(duì)于流體流向兩個(gè)分支的情況，流體從管道分段BC流向具有兩個(gè)分支CD和Ci的節(jié)點(diǎn)，可以利用方程(23)來(lái)進(jìn)行描述，其中x等于管道BC的長(zhǎng)度 其中，Hc是節(jié)點(diǎn)C處的管道BC中的頭； vc是管道BC中的流體速度。
為了描述流體對(duì)分支管道CD的填充，使用下面的方程 其中，x是從C到管道CD中的流體前沿的距離。
類似地，對(duì)于分支Ci，所述計(jì)算引擎使用以下方程 其中，y是從C到管道Ci中的液體流前沿的距離。
對(duì)于代數(shù)方程組(27)-(29)，可以使用連續(xù)性方程來(lái)把進(jìn)出所述節(jié)點(diǎn)的流體流量相關(guān)聯(lián) vCSC＝vxSD+vySi (Eq.32) 其中，SD是管道分段CD的橫截面積；并且 Si是管道分段Ci的橫截面積。
在方程組(23)和(25)-(32)中，存在8個(gè)未知變量液體速度vB、vC、vx、vy，節(jié)點(diǎn)中的壓力pB、pC，以及流體前沿的位置x、y?？梢酝ㄟ^(guò)下式計(jì)算關(guān)閉的管道中的氣體壓力 其中，pc(0)是流體前沿經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)C的時(shí)刻的氣體壓力； Li是管道Ci的長(zhǎng)度； γ1是取決于所述弛豫時(shí)間的變量，其對(duì)于等熵或等溫情況分別等于γ或1。
如果方程(28)和(30)中的變量x＝y(tǒng)＝0，則hi＝hD＝hC，并且pi＝pD，并且可以獲得以下公式 方程(34)與方程(32)一起產(chǎn)生用于根據(jù)速度vC來(lái)計(jì)算初始速度vD和vi的代數(shù)方程組。
對(duì)于流體從管道分段CD流到具有三個(gè)分支Dm、DF和Dn的節(jié)點(diǎn)的第三種情況，所述計(jì)算引擎可以依賴于下面的公式，并且利用與前兩種情況相同的術(shù)語(yǔ) 其中，x、y、z是從D到管道Dm、DF和Dn中的流體前沿的相應(yīng)距離。
所述計(jì)算引擎可以依賴于連續(xù)性方程把流向和流出節(jié)點(diǎn)的流體流量相關(guān)聯(lián) vDSD＝vySm+vxSF+vzSn (Eq.42) 可以從方程(33)的解中找到管道Dm、DF和Dn中的氣體壓力pm、pF、pn?？梢酝ㄟ^(guò)方程組(23)、(26)-(29)以及(32)-(42)來(lái)描述流體流。管道Dm、DF和Dn中的速度的初始值可以從方程(36)、(38)和(40)中計(jì)算。利用下面的方程，所述計(jì)算引擎可以生成用于利用vD的給定值來(lái)計(jì)算速度vm、vF和vn的初始值的代數(shù)方程組。
其中，fD、fi、fm、fF、fn是對(duì)應(yīng)的分支中的摩擦系數(shù)，ΔlD、Δli、Δlm、ΔlF、Δln分別表示填充有液體的相應(yīng)管道部分的長(zhǎng)度，并且DD、Di、Dm、DF、Dn分別表示相應(yīng)的管道內(nèi)直徑。
因此，所述一個(gè)或多個(gè)計(jì)算引擎(比如計(jì)算引擎24)制定方程組，以便在任何時(shí)間點(diǎn)確定流屬性、流體流坐標(biāo)以及氣體和液體的響應(yīng)，而這早先在先前的處理中通過(guò)依賴于例如

DASPG的適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)例程來(lái)確定。所述例程DASPG把系統(tǒng)變量與所述數(shù)學(xué)例程的變量相關(guān)聯(lián)，并且在用戶定義的誤差容限內(nèi)提供近似解。因此，所述計(jì)算引擎確定正在移動(dòng)到所述干管道系統(tǒng)中的流體與從所述管道系統(tǒng)向周圍介質(zhì)的氣體排放之間的相互作用。
為了進(jìn)一步考慮氣體與液體之間的相互作用的效應(yīng)(即在噴灑器解扣之后并且在完全流體流之前的瞬態(tài)持續(xù)時(shí)間期間的氣泡生成)，所述計(jì)算引擎可以計(jì)算所述系統(tǒng)中的氣泡的速度，這是通過(guò)首先對(duì)水平和傾斜管道中的氣體-乳化液混合物的基本形式進(jìn)行如下分類而實(shí)現(xiàn)的(i)氣泡形式，其中分開(kāi)的氣泡以低速度和低氣體濃度沿著管道頂部移動(dòng)；(ii)層狀形式，其中液體層和氣體層一起移動(dòng)，其具有平坦或波狀邊界，并具有低速度和中等氣體濃度；(iii)活塞流，其中有交替的氣體和液體柱塞；(iv)分散活塞流形式，其中有交替的包含微小液滴的氣體柱塞和包含微小氣泡的液體柱塞；(v)分散形式，其中氣泡在整個(gè)液體流中的分布相當(dāng)均勻，并且具有高速度和低氣體濃度；以及(vi)薄膜分散(環(huán)形)形式，其中氣體以氣流形式在管道中心線附近移動(dòng)，液體部分地以薄膜形式沿著管道壁移動(dòng)并且部分地以液滴形式在所述氣體介質(zhì)內(nèi)移動(dòng)，具有高氣體濃度和非常高的速度。
為了考慮氣泡速度，把所有種類的氣體-乳化液混合物分類成三種形式分開(kāi)形式，間歇形式，以及可分散形式。混合物形式的特征參數(shù)是Kutateladze數(shù)“K” 其中，ρ是液體密度； U是氣泡速度； Δρ是氣體與液體的密度差；并且 Fr是Froude數(shù)。
表征所述混合物分開(kāi)的趨勢(shì)的所述Froude數(shù)由下式給出 所述計(jì)算引擎還考慮Weber(We)數(shù)，其表征所述混合物變得分散的趨勢(shì)。
We＝σ/ρU2D (Eq.46) 其中，σ＝表面張力系數(shù)； U是氣泡速度；并且 D是管道的直徑。
對(duì)于所述活塞流形式和分散活塞流形式，如下描述上升管道和下降管道中的氣體相的速度 其中，v是所述混合物的速度， 對(duì)于下降管道有δ＝-1； 對(duì)于水平管道有δ＝0； 對(duì)于上升管道有δ＝+1； 1.6λψ+2.15δ/K2＜0是負(fù)號(hào)； λ、βg是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)； a＝1.6λψ+2.15b/K2， 對(duì)于湍流，在下面的公式中描述平均氣泡直徑d
其中，D是管道直徑； φ是氣體相的相對(duì)比值；并且 其中，μ是液體相的動(dòng)態(tài)粘度。
因此，可以如下確定垂直管道中的氣泡速度 對(duì)于傾斜或斜的管道有 Fr＝FrHcosθ+FrVsinθ+Q，(Eq.51) 其中，θ是仰角或傾斜角，F(xiàn)rH和FrV分別是水平和垂直管道的Froude數(shù)，從而有 如果FrH＞FrV，則Q＝0，(Eq.52) 如果FrH＜FrV，則Q＝1.37(FrV-FrH)2/3sinθ(1-sinθ)，(Eq.53)從方程(51)到(53)，可以確定所述Froude數(shù)并且將其應(yīng)用于下面的方程，從而可以確定所述氣泡速度U。
為了確定所述干管道閥門解扣時(shí)間和所述瞬態(tài)時(shí)間，所述計(jì)算引擎確定表示所述干管道系統(tǒng)的物理屬性的適當(dāng)方程。利用較早前給出的適當(dāng)方程，所述程序開(kāi)始求解管道內(nèi)部的氣體在所述干管道閥門解扣時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)的方程以便確定所述解扣時(shí)間，這是通過(guò)在多個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)隨著氣體逃逸通過(guò)所述系統(tǒng)而迭代地求解氣體運(yùn)動(dòng)和氣體壓力改變的方程而實(shí)現(xiàn)的。在計(jì)算解扣時(shí)間的每個(gè)時(shí)間間隔，所述計(jì)算引擎考慮氣體通過(guò)一個(gè)或多個(gè)打開(kāi)的噴灑頭從所述管道中逸出時(shí)的摩擦損失和其他損失。隨后利用所述流體運(yùn)動(dòng)的方程的解來(lái)確定干管道閥門解扣時(shí)間、運(yùn)送時(shí)間以及與流速度和壓力相關(guān)的其他結(jié)果。
因此，對(duì)所述方程進(jìn)行求解，以便提供這些方程的基于時(shí)間的解，從而又提供了流體流前沿的坐標(biāo)、流體流前沿速度和壓力改變。隨后可以把這些結(jié)果提供到輸出文件中，如圖7或圖7B所示，其按照?qǐng)D形格式被實(shí)現(xiàn)或轉(zhuǎn)換。
再次參照?qǐng)D4，具有環(huán)路拓?fù)涞南到y(tǒng)必然包含把兩個(gè)流合并成一個(gè)的節(jié)點(diǎn)，然而，該合并節(jié)點(diǎn)并不是先驗(yàn)地已知的，而是被動(dòng)態(tài)定義的。所述計(jì)算機(jī)程序20、20’可以被配置成具有對(duì)包含一個(gè)或多個(gè)環(huán)路的所建模系統(tǒng)100進(jìn)行計(jì)算的算法。相應(yīng)地，所述計(jì)算引擎24可以被配置成確定所述管線系統(tǒng)是具有樹(shù)類型拓?fù)溥€是包含至少一個(gè)環(huán)路。優(yōu)選地在具有樹(shù)類型拓?fù)涞南到y(tǒng)的基礎(chǔ)上來(lái)處理具有至少一個(gè)環(huán)路的系統(tǒng)。如果在系統(tǒng)內(nèi)有至少一個(gè)環(huán)路，則在沿著該環(huán)路的節(jié)點(diǎn)之一斷開(kāi)該環(huán)路，并且把該系統(tǒng)變?yōu)闃?shù)。在某一節(jié)點(diǎn)(斷開(kāi)節(jié)點(diǎn))處斷開(kāi)所述環(huán)路意味著把所連接的管道之一與該節(jié)點(diǎn)分離，并且產(chǎn)生附加的(終端)節(jié)點(diǎn)。為了清楚起見(jiàn)，可以設(shè)想通過(guò)消除分離管道的較小短接(small shortening)來(lái)執(zhí)行所述分離。
在所述環(huán)路系統(tǒng)處理的優(yōu)選方法中，假設(shè)該環(huán)路中的液體前沿位于相對(duì)于所述斷開(kāi)節(jié)點(diǎn)的不同側(cè)。如果一個(gè)液體前沿逼近該斷開(kāi)節(jié)點(diǎn)，則重定位所述斷開(kāi)節(jié)點(diǎn)，并且產(chǎn)生新的樹(shù)。如果兩個(gè)前沿都進(jìn)入相同的管道，則把該管道一分為二，使得所述前沿應(yīng)當(dāng)位于所述斷開(kāi)節(jié)點(diǎn)的兩側(cè)。執(zhí)行所述轉(zhuǎn)換，直到氣泡進(jìn)入端部打開(kāi)的管線(即向環(huán)境打開(kāi))。
在制定所述方程組的過(guò)程中，所認(rèn)為要計(jì)算的未知變量是全部或部分填充了液體的每一個(gè)管道中的液體的速度和加速度、前沿坐標(biāo)以及端部打開(kāi)的管線中的前沿前方的氣體壓力值。對(duì)于具有前沿的管道(即部分填充了液體的管道)產(chǎn)生Bernoulli方程，其利用親代管道(相對(duì)于所考慮的管道)的端部處的參數(shù)來(lái)約束液體前沿參數(shù)。對(duì)于完全填充了液體的管道，為所述節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生平衡方程，其表明累計(jì)入口流量等于累計(jì)出口流量?；趶拿鞔_體積到大氣中的壓縮氣體排放的方程來(lái)計(jì)算端部打開(kāi)的管線中的液體前沿上的壓力值?？偟姆匠虜?shù)目為ne＝n_finish+n_fronts+n_open_fronts，其中，n_finish是全部或部分填充了液體的管道數(shù)目；n_fronts是在端部閉合或端部打開(kāi)的管線中的液體前沿的總數(shù)；n_open_fronts是在端部打開(kāi)的管線中的液體前沿?cái)?shù)目。直到氣泡出現(xiàn)的時(shí)刻，即在位于液體前沿之間的氣體能夠通過(guò)端部打開(kāi)的管線排出時(shí)，按照與樹(shù)類型拓?fù)渫耆嗤姆绞絹?lái)執(zhí)行所述填充處理。僅有的差別在于，沿著所述環(huán)路的液體前沿上的壓力值相等。與真實(shí)樹(shù)系統(tǒng)的情況一樣，利用氣體從可變?nèi)萘堪鼑?the enclosure of variablecapacity)的排放的方程來(lái)計(jì)算所提到的壓力值。在液體把氣體排放鎖閉到所述端部打開(kāi)的管線中之后，即在氣泡產(chǎn)生之后，通過(guò)所述氣泡封閉時(shí)刻的該氣泡的壓力值和體積以及該氣泡的當(dāng)前體積來(lái)定義所述氣泡前沿上的壓力值(即氣泡內(nèi)部壓力)。
優(yōu)選地，對(duì)具有液體前沿的管道執(zhí)行以下操作。對(duì)于所考慮的給定管道計(jì)算其pitch。計(jì)算起始節(jié)點(diǎn)的高度(elevation)(即親代節(jié)點(diǎn)高度)z0以及前沿高度zf。計(jì)算管道中的摩擦損失。此外，計(jì)算所述管道起始節(jié)點(diǎn)上游的壓力值P0，即在所述親代管道端部處的壓力值。從所要計(jì)算的速度組中選擇親代管道速度v0。所述前沿被識(shí)別為位于開(kāi)端或閉塞管線(從環(huán)境密封)內(nèi)部。如果所述前沿位于閉塞管線內(nèi)，則計(jì)算所述前沿前方的當(dāng)前干體積。此后，利用液體前沿進(jìn)入所述管道時(shí)刻的壓力值和干體積來(lái)計(jì)算所述前沿前方的壓力值。
如果所述前沿位于端部打開(kāi)的管線內(nèi)，則計(jì)算從所考慮的前沿看去的累計(jì)開(kāi)口面積。利用把體積視為可變的對(duì)應(yīng)于氣體排放的方程來(lái)計(jì)算所述液體前沿上的壓力值。如果液體前沿位于環(huán)路內(nèi)，則執(zhí)行以下操作。計(jì)算所述環(huán)路中的兩個(gè)前沿之間的干管線的容積。首先，對(duì)于有可能沿著所述環(huán)路到達(dá)液體前沿的管道計(jì)算所述干管線容積。此外也考慮具有液體前沿的管道。隨后減去填充了液體的管道容積。從而獲得液體前沿之間的當(dāng)前氣體體積。如果一個(gè)或全部?jī)蓚€(gè)液體前沿位于端部打開(kāi)的管線內(nèi)，則計(jì)算在每一個(gè)前沿之前改變的干容積的開(kāi)口面積和速度。通過(guò)把體積視為可變的對(duì)應(yīng)于氣體排放的相同方程，來(lái)計(jì)算氣泡的每個(gè)前沿的前方的壓力值。相應(yīng)地，兩個(gè)液體前沿上的壓力值是相等的。此外，當(dāng)所述氣泡不再與端部打開(kāi)的管線相接觸時(shí)，為了計(jì)算所述氣泡中的壓力值，使用液體前沿之間的干容積以及所述氣泡被鎖閉出所述端部打開(kāi)的管線時(shí)的壓力值?；谒岬降母髦狄约八鰵馀葜械漠?dāng)前氣體體積，可以計(jì)算作為氣體前沿上的壓力的內(nèi)部氣泡壓力。
描述管道中的液體前沿運(yùn)動(dòng)的方程如下 其中， P0是在連接當(dāng)前管道與親代管道的節(jié)點(diǎn)上游的親代管道端部處的壓力； v0是所述親代管道中的液體速度； ρ是液體密度； g是重力加速度； z0是連接當(dāng)前管道與親代管道的節(jié)點(diǎn)的高度值； v是所考慮的管道中的液體(以及液體前沿)速度； f是摩擦系數(shù)； x是填充了液體的管道部分的長(zhǎng)度； leff_begin是描述所述氣泡從中排出的管道的入口阻力的管道有效長(zhǎng)度的fraction； d是管道直徑； a是所考慮的管道中的液體(以及液體前沿)加速度； Pf是液體前沿上的壓力； zf是液體前沿高度。
為了描述排到所述端部打開(kāi)的管線中的氣泡及其可能的碎裂，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種模型以用來(lái)近似這種條件的系統(tǒng)行為。在優(yōu)選實(shí)施例中，不把所述氣體視為來(lái)到所述端部打開(kāi)的管線中。相反，考慮與所述氣泡氣體體積相同的水體積進(jìn)入所述端部打開(kāi)的管線。
一種情況提供從環(huán)路中排出氣泡的在前的前沿，方程(55)把所述在前的前沿與排出節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。在所述前前沿逼近所述排出節(jié)點(diǎn)時(shí)，填充了液體的管道部分的長(zhǎng)度x減小，并且在排出時(shí)刻有x＝0以及zf＝z0。
在所述排出時(shí)刻，所述前沿上以及在所述排出節(jié)點(diǎn)處的壓力值通過(guò)下面的方程相關(guān)聯(lián) 其中，Pbubble是所述液體前沿上的壓力，其等于所述氣泡內(nèi)部壓力；Pexit是在排出節(jié)點(diǎn)上游的親代管道端部處的壓力值；vexit是親代管道中的液體速度；vback是在前的前沿的速度；下標(biāo)“back”意味著在已填充管道部分長(zhǎng)度x減小時(shí)的后向運(yùn)動(dòng)。
所述模型的主要假設(shè)是氣體不進(jìn)入端部打開(kāi)的管線。相反，液體以速度vback進(jìn)入端部打開(kāi)的管線。假設(shè)該速度不僅在所述在前的前沿到達(dá)所述排出節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻而且在所述時(shí)刻之后也受方程(56)控制。雖然這一假設(shè)沒(méi)有嚴(yán)格的證據(jù)，但是在逼近穩(wěn)態(tài)模式時(shí)該假設(shè)變得正確，并且可以被視為對(duì)氣泡排出的開(kāi)始階段的系統(tǒng)行為的某種內(nèi)插。與此同時(shí)，假設(shè)所述氣泡的前邊界朝向負(fù)x值以速度vback在相同管道中繼續(xù)其移動(dòng)。
關(guān)于氣泡的后前沿從環(huán)路中排出的處理，假設(shè)所述前沿位于連接到所述在前的前沿已經(jīng)離開(kāi)的排出節(jié)點(diǎn)的相同管道中。由于這里使用了基于樹(shù)類型結(jié)構(gòu)處理的思想的環(huán)路系統(tǒng)處理方法，因此與在前的前沿描述相比，這導(dǎo)致后前沿描述中的相反管道取向。換句話說(shuō)，對(duì)于給定情況的排出節(jié)點(diǎn)不是起始節(jié)點(diǎn)而是結(jié)束節(jié)點(diǎn)，并且所述管道的相對(duì)端節(jié)點(diǎn)是不同于所述排出節(jié)點(diǎn)的親代節(jié)點(diǎn)。
在所述后前沿還沒(méi)有到達(dá)所述排出節(jié)點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)于后前沿移動(dòng)的方程如下
(Eq.57) 其中，P*是連接親代管道與所考慮的管道的節(jié)點(diǎn)上游的親代管道端部處的壓力；v*是所述親代管道中的液體速度；z*是對(duì)應(yīng)于連接親代管道與所述給定管道的節(jié)點(diǎn)的高度；vforw是該給定管道中的液體(以及前沿)速度；下標(biāo)“forw”意味著在填充了液體的管道部分長(zhǎng)度x增大時(shí)的前向運(yùn)動(dòng)；aforw是該給定管道中的液體和前沿加速度； leff_end＝leff-leff_begin； leff是所述氣泡從中排出的管道有效長(zhǎng)度。
從所述后前沿到達(dá)所述排出節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻開(kāi)始，即從x＝L的時(shí)刻開(kāi)始，如下重新制定方程(57) (Eq.58) 其中，L是排出所述氣泡的管道的幾何長(zhǎng)度。這是對(duì)應(yīng)于排出氣泡的管道中的液體速度的方程。與前面一樣，假設(shè)液體以速度vback進(jìn)入所述端部打開(kāi)的管線。假設(shè)所述氣泡后前沿以速度vforw朝向x＞L的值在相同的管道中移動(dòng)。必須有氣泡前沿的位置以用來(lái)區(qū)分其體積及其前沿壓力值。
在逼近穩(wěn)態(tài)模式時(shí)，所述加速度aforw趨向于零值，并且速度vforw和vback趨向于恒定值。內(nèi)部氣泡壓力Pbubble也趨向于恒定值。后一種情況意味著液體前沿之間的距離不變，因此恒定速度vforw和vback的絕對(duì)值必須相等并且方向或符號(hào)相反?？紤]到這一點(diǎn)并且利用方程(56)，導(dǎo)出以下方程 (Eq.59) 把方程(59)代入到方程(58)中得到 (Eq.60) 或者 (Eq.61) 方程(61)是完全填充了液體的管道中的穩(wěn)態(tài)流的Bernoulli方程。因此，所述模型正確地描述了直到氣泡開(kāi)始排到端部打開(kāi)的管線中為止在所述管道中的氣泡運(yùn)動(dòng)，并且所述模型還正確地描述了作為到穩(wěn)態(tài)模式的轉(zhuǎn)換的最終運(yùn)動(dòng)階段。在中間階段內(nèi)，所述模型提供了所述兩個(gè)精確描述的最終過(guò)程之間的平滑接合。所述環(huán)路處理算法可以包括以下步驟。
(i)環(huán)路檢測(cè)。該模塊基于一般化的隊(duì)列算法。在修改之后，在每一個(gè)隊(duì)列補(bǔ)充步驟中，所述代碼分析所述管道是否被重復(fù)地包括到所述列表中。如果出現(xiàn)重復(fù)檢測(cè)，則所述代碼標(biāo)記出相應(yīng)的管道的編號(hào)，并且在接下來(lái)的處理階段中使用該標(biāo)記。在第二次重復(fù)檢測(cè)之后(這意味著在所述系統(tǒng)中存在至少兩個(gè)環(huán)路)，所述代碼輸出相應(yīng)的消息并且停止執(zhí)行。
(ii)“子代-親代”分級(jí)結(jié)構(gòu)建立。由于存在環(huán)路，因此流體可以從任意邊緣進(jìn)入某些管道。這意味著當(dāng)存在環(huán)路時(shí)，無(wú)法先驗(yàn)地建立整個(gè)管線系統(tǒng)的“子代-親代”分級(jí)結(jié)構(gòu)，而所述先驗(yàn)地建立的整個(gè)管線系統(tǒng)的“子代-親代”分級(jí)結(jié)構(gòu)被用作一般的樹(shù)計(jì)算算法的基礎(chǔ)。不同于先驗(yàn)的“子代-親代”分級(jí)結(jié)構(gòu)，所述計(jì)算引擎24可以使用隨著所述管線系統(tǒng)被液體填充而建立的“當(dāng)前”分級(jí)結(jié)構(gòu)。出于上述目的，在拓?fù)浞治鲭A段，所述代碼對(duì)于每一條管道k標(biāo)記出其被記為RELATIVES(k)的鄰接管道。當(dāng)流體進(jìn)入所述管道k時(shí)，相應(yīng)的管道親代(DAD(k))以及與k具有共同親代的管道(BROTHER(k))。隨后，通過(guò)從所述子集RELATIVES(k)中排除管道DAD(k)和BROTHER(k)而確定管道子代(KIDS(k))。隨后建立標(biāo)準(zhǔn)隊(duì)列，并且使用對(duì)應(yīng)于一般樹(shù)拓?fù)涞乃惴ā?br> (iii)確定所述前沿前方的氣體體積、該體積的狀態(tài)(打開(kāi)/關(guān)閉)以及排放口的總面積。對(duì)于具有樹(shù)拓?fù)涞南到y(tǒng)，可以先驗(yàn)地計(jì)算所述前沿前方的總氣體體積，其對(duì)應(yīng)于流體進(jìn)入所述管道的時(shí)刻。在具有環(huán)路的系統(tǒng)中，該體積取決于用流體填充各管道的順序，并且在系統(tǒng)計(jì)算處理中必須確定該體積。為此目的，創(chuàng)建附加的隊(duì)列。該隊(duì)列包含空管道和部分填充的管道的數(shù)目，其決定了對(duì)于部分填充的管道處于所述前沿前方的體積。如果其中任一條管道包括打開(kāi)的噴灑器，則基于所述算法(即先前關(guān)于端部打開(kāi)的管道描述的開(kāi)線路(Open Line)算法)來(lái)計(jì)算所述前沿前方的氣體壓力。
(iv)現(xiàn)代化所述算法以用于計(jì)算液體前沿前方的氣體壓力。對(duì)于樹(shù)類型拓?fù)?，所述前沿前方的氣體壓力變化可能取決于單一流體前沿的坐標(biāo)和速度。對(duì)于具有環(huán)路的管線系統(tǒng)，所述變化可能取決于兩個(gè)鄰接前沿的坐標(biāo)和速度?？梢蕴峁┛紤]到給定特殊性的另一種優(yōu)選算法。此外，在具有環(huán)路的管線系統(tǒng)中，可能存在這樣的情況所連接的管道中的液體切斷了到打開(kāi)的噴灑器的通道(通路)。因此，所述前沿前方的氣體體積的打開(kāi)/關(guān)閉狀態(tài)可能在任何時(shí)刻被改變，從而導(dǎo)致計(jì)算算法的相應(yīng)改變。所述算法可以提供對(duì)這種情況的自動(dòng)重新調(diào)整。
上面描述的算法優(yōu)選地被用來(lái)處理把滯留在兩個(gè)相鄰液體前沿之間的氣體排放到run-through(貫穿)路徑中的情況。實(shí)質(zhì)上，該算法包括以下情況。在圖11中示出了滯留在相鄰液體前沿(1與2)之間的氣體。隨后所述氣體到達(dá)所述貫穿路徑，并且例如在圖11A中所示，所述前沿被傳送到一條虛設(shè)管道，該虛設(shè)管道是節(jié)點(diǎn)A與B之間的真實(shí)管道的延伸。對(duì)應(yīng)于所述虛設(shè)管道的方程被修改，使得其排除了由液體運(yùn)動(dòng)和加速所導(dǎo)致的摩擦損失和慣性。
對(duì)于圖12中的簡(jiǎn)單建模拓?fù)溥M(jìn)行了成功的數(shù)值測(cè)試。在所述測(cè)試中，管道長(zhǎng)度和打開(kāi)的噴灑器的位置發(fā)生改變，以便仿真氣泡產(chǎn)生和損耗的不同情況。具有至少一個(gè)環(huán)路的管線系統(tǒng)在所述求解算法中引入了兩個(gè)重要的復(fù)雜化因素到達(dá)所述方程組的解的問(wèn)題，以及兩側(cè)都有液體的滯留氣體的問(wèn)題。上面描述了后一個(gè)問(wèn)題。下面將描述針對(duì)包含環(huán)路的系統(tǒng)的壓力值計(jì)算問(wèn)題的解決方案。
一種非迭代算法(其優(yōu)選地是現(xiàn)有技術(shù)中已知的矩陣掃描消除的一般化，即Thomson方法)可以針對(duì)加速度或壓力提供所述代數(shù)方程組的解，所述代數(shù)方程組具有三對(duì)角陣方程。定義所述三對(duì)角陣的所述方程組還可以包括矩陣系數(shù)α和β。對(duì)于具有環(huán)路的情況，所述代數(shù)方程組不是三對(duì)角結(jié)構(gòu)(下面示出了所述矩陣結(jié)構(gòu))。然而，借助于一種優(yōu)選的算法，所述矩陣可以簡(jiǎn)化，從而通過(guò)所述矩陣掃描消除算法來(lái)求解。下面參照?qǐng)D12A描述所述算法的主要特征。
僅僅存在一個(gè)環(huán)路初始點(diǎn)-其是屬于環(huán)路200的節(jié)點(diǎn)210，并且其位置優(yōu)選地與源節(jié)點(diǎn)最近，如在圖12A中所看到并且用符號(hào)“+”所標(biāo)記的那樣。環(huán)路200位于節(jié)點(diǎn)210的下游。從環(huán)路節(jié)點(diǎn)210發(fā)起的管線子系統(tǒng)具有樹(shù)類型拓?fù)?。在階段“a”中，利用前向矩陣掃描消除的一般算法來(lái)處理每一個(gè)分支，也就是說(shuō)可以在求解三對(duì)角陣的過(guò)程中計(jì)算系數(shù)α和β。作為所述環(huán)路的組件的管道將按照循環(huán)方式被處理，這需要切換到在“b”階段執(zhí)行的所述矩陣掃描消除算法的循環(huán)版本。所述處理沿著所述循環(huán)下降到所述環(huán)路初始點(diǎn)(階段“c”)。這里，所述處理從所述循環(huán)矩陣掃描消除切換回到所述一般算法(階段“d”)。在所述環(huán)路初始點(diǎn)的左側(cè)存在樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，因此再一次激活所述一般矩陣掃描消除算法(階段“e”)。較早前針對(duì)具有周期性邊界條件的問(wèn)題開(kāi)發(fā)了構(gòu)成所述循環(huán)矩陣掃描消除方法的核心和思想。
隨著例如順時(shí)針處理所述環(huán)路組件管道，所述算法到達(dá)在圖12A中用“+”號(hào)標(biāo)記的節(jié)點(diǎn)。在該點(diǎn)處所述壓力值應(yīng)當(dāng)相等，這類似于所述周期性邊界條件。下面來(lái)描述針對(duì)環(huán)路管道的循環(huán)矩陣掃描消除的算法，之后是計(jì)算壓力值的整個(gè)算法，其包含5個(gè)階段 階段a、計(jì)算環(huán)路上游的管道的矩陣掃描消除系數(shù)； 階段b、計(jì)算環(huán)路管道的循環(huán)矩陣掃描消除的系數(shù)； 階段c、計(jì)算環(huán)路下游的管道的矩陣掃描消除系數(shù)； 階段d、計(jì)算反向矩陣掃描消除路徑內(nèi)的壓力值； 階段e、計(jì)算一般矩陣掃描消除系數(shù)。
三點(diǎn)方程組為 -ciyi+biyi＝-fi； aiyi-1-ciyi+biyi+1＝-fi，i＝2，3，...，N-1；(Eq.62) aNyN-1-cNyN＝-fN， 其中，系數(shù)ai、bi、ci為正，并且滿足對(duì)角優(yōu)勢(shì)(diagonal predominance)的條件 ai＞0，bi＞0，ci＞0，ci＞ai+bi(Eq.63) 在方程組(62)中，未知數(shù)的矢量表示環(huán)路中的節(jié)點(diǎn)壓力。
可以按照矩陣形式如下表示所述方程組(方程62) 其中，

И

是長(zhǎng)度為N的矢量，并且N×N矩陣AN具有如下結(jié)構(gòu) 如果沒(méi)有矩陣AN的左下角中的非零系數(shù)bN以及右上角中的系數(shù)a1，則矩陣AN將是三對(duì)角結(jié)構(gòu)，并且可以通過(guò)所述一般矩陣掃描消除方法來(lái)求解方程(64)。為了求解更為復(fù)雜的方程組(方程64)，使用加邊方法。
可以如下重新制定方程(64) 其中，星號(hào)表示轉(zhuǎn)置，矩陣AN-1的尺寸為(N-1)×(N-1)。
利用以下公式來(lái)表示矢量

和
可以按照下面的和的形式找到(方程66)的解 其中，

和

是以下問(wèn)題的解 矩陣AN-1具有三對(duì)角結(jié)構(gòu)，這是可以通過(guò)所述一般矩陣掃描消除方法找到方程(71)的問(wèn)題的解的原因。此后，可以通過(guò)從方程(67)和(70)中排除

來(lái)找到變量yN的值 進(jìn)一步通過(guò)方程(70)計(jì)算未知數(shù)矢量

的所有其他分量(即矢量

)的值。
合到一起，用于所述循環(huán)矩陣掃描消除方法的公式如下 循環(huán)矩陣掃描消除方法是穩(wěn)定的，這是由于一般矩陣掃描消除方法(其中特定任務(wù)的解被簡(jiǎn)化成所述一般矩陣掃描消除方法)本身是穩(wěn)定的，而且還是由于方程(75)中的yN的表達(dá)式中的分母從不等于零這一屬性而導(dǎo)致的。
下面解釋如何把上面描述的循環(huán)矩陣掃描消除算法內(nèi)建到在b)階段內(nèi)計(jì)算管線系統(tǒng)中的壓力的總體計(jì)算方案中。首先，在a)階段中，優(yōu)選地利用所述一般矩陣掃描消除方法，針對(duì)作為從環(huán)路節(jié)點(diǎn)212、214、216、218分支的圖形的一部分的環(huán)路節(jié)點(diǎn)210上游的管道計(jì)算系數(shù)。方程組(64)的系數(shù)包含所述環(huán)路上游的管道的掃描消除系數(shù)。公式(75)不允許直接確定在圖12A中用加號(hào)標(biāo)記的環(huán)路初始節(jié)點(diǎn)210處的壓力(變量yN在該環(huán)路初始節(jié)點(diǎn)處等于壓力PN)。相反，公式(75)能夠定義所述環(huán)路節(jié)點(diǎn)210下游的第一條管道的一般掃描消除系數(shù)。因此，這有利于階段c)的步驟。向下執(zhí)行階段c)到樹(shù)根，隨后開(kāi)始后向掃描消除路徑的階段d)。結(jié)果，通過(guò)所述掃描消除系數(shù)定義所述壓力。
上面描述的方法不僅是非迭代的，而且是非常高效的。對(duì)于不屬于環(huán)路的管道，在所述壓力計(jì)算處理內(nèi)的運(yùn)算數(shù)目不變，對(duì)于被包含在環(huán)路中的管道，所述數(shù)目加倍。整體來(lái)說(shuō)，與樹(shù)類型系統(tǒng)相比，計(jì)算時(shí)間增加到1.5倍。參見(jiàn)以下文獻(xiàn)A.A.Samarski & E.S.Nikolaev的“MethodsFor the Solution of the Grid Equations(用于求解網(wǎng)格方程的方法)”第86-90頁(yè)(1978年于俄羅斯)；A.A.Samarski的“Introduction Into theTheory of Differented Structures(微分結(jié)構(gòu)理論介紹)”第1版第535-537頁(yè)(1971年于俄羅斯)；以及D.K.Faddeev & V.N.Faddeeva的“Calculation Methods of Linear Algebra(線性代數(shù)計(jì)算方法)”(1963年于俄羅斯)。
任何所建模的管線系統(tǒng)還可以被視為至少兩種類型的基本單元的互連和/或其組合。一種基本單元優(yōu)選地被配置成非分支基本單元，并且另一種基本單元優(yōu)選地被配置成具有兩個(gè)分支。優(yōu)選地通過(guò)節(jié)點(diǎn)和互連管道的設(shè)置來(lái)定義每一個(gè)所述基本單元?？梢杂孟聵?biāo)i(i＝1，...，M)來(lái)標(biāo)記形成基本單元的任何特定管道，其中M是管道總數(shù)，并且可以用下標(biāo)j(j＝1，...，N)來(lái)標(biāo)記形成該基本單元的節(jié)點(diǎn)，其中N是內(nèi)部節(jié)點(diǎn)(除了端部節(jié)點(diǎn)之外的所有節(jié)點(diǎn))的數(shù)目。通過(guò)下面的公式把上面的兩個(gè)數(shù)相關(guān)聯(lián) M＝1+N+K (Eq.76) 其中，K是所述系統(tǒng)中的三通配件的數(shù)目。下面的表2提供了可以被用來(lái)形成消防系統(tǒng)的基本單元的兩種優(yōu)選配置。
表2、基本單元的配置
可以通過(guò)考慮不可壓縮流體在樹(shù)類型系統(tǒng)中的不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化情況來(lái)生成控制方程(governing equation)。接下來(lái)，可以把所述分析擴(kuò)展到存在可移動(dòng)的空氣-液體邊界的情況。不可壓縮流體沿著第i條管道的移動(dòng)的典型的動(dòng)量平衡方程如下 或者傳遞地(transitively) 其中，是速度的時(shí)間導(dǎo)數(shù)； 是質(zhì)量流率的時(shí)間導(dǎo)數(shù)； hi、Di分別是第i條管道的長(zhǎng)度和直徑； fi是摩擦系數(shù)；以及 hiL和hiR是導(dǎo)致管道的左、右端處的局部壓降的等效長(zhǎng)度，sinα是pitch。
如表2中所示，在管道的入口和端部處的壓降包括由于配件、流轉(zhuǎn)向等等所造成的損失。壓力PjL和PjR相應(yīng)地位于管道的左、右側(cè)。此外，壓力PjR位于分支點(diǎn)中。由于三通所造成的局部壓降位于分支點(diǎn)的右側(cè)，并且處在從該點(diǎn)開(kāi)始的接下來(lái)的兩條管道的起始處。方程(77)和(78)還可以包括在所述管道右端處的局部液動(dòng)力學(xué)阻力

其位于分支之前，即位于兩個(gè)流的分支點(diǎn)的左側(cè)。該阻力例如可能源自三通的入口處的配件損失。
應(yīng)當(dāng)注意到，除了壓力PjR和PjL之外，方程(77)和(78)的右側(cè)(RHS)的所有各項(xiàng)都是已知的。對(duì)于速度vi創(chuàng)建微分方程(77)，因此對(duì)于該方程中的RHS的計(jì)算任務(wù)來(lái)說(shuō)，假設(shè)vi值是已知的。這一點(diǎn)對(duì)于方程(78)中的質(zhì)量流率mi同樣成立。
為了確定壓力Pj(j＝1，...，N)，可以如下枚舉所述系統(tǒng)的每一個(gè)內(nèi)部點(diǎn)處的質(zhì)量流率平衡條件 mi1(j)＝mi2(j)+mi3(j)，j＝1，..，N(Eq.79) 對(duì)于每一個(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)j，規(guī)定連接到該節(jié)點(diǎn)左側(cè)的管道數(shù)目i1(j)以及連接到該節(jié)點(diǎn)右側(cè)的管道數(shù)目i2(j)、i3(j)。在一種特定情況中，當(dāng)僅有兩條管道在該節(jié)點(diǎn)處接合時(shí)，其中一個(gè)流率將是零，即mi3(j)＝0。下面制定節(jié)點(diǎn)與管道數(shù)目的關(guān)系，它們是函數(shù)i1(j)、i2(j)、i3(j)。
所述系統(tǒng)的所有打開(kāi)端(打開(kāi)的噴灑器)提供以下各項(xiàng)之間的附加代數(shù)關(guān)系所述點(diǎn)處的壓力Pj，噴嘴、噴灑頭或者其他打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備前方的空氣壓力Pa，環(huán)境壓力P∞，以及質(zhì)量流率ma。從而描述了流體通過(guò)打開(kāi)的噴嘴、噴灑頭或者其他打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備流出的法則。對(duì)于從所述噴嘴、噴灑頭或者其他打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備的空氣排放，所述關(guān)系屬于以下類型 對(duì)于P∞/Pa＜0.528有 或者，對(duì)于P∞/Pa＞＝0.528有 其中，Aa是開(kāi)口的橫截面積； γ＝cP/cV，g是由于重力常數(shù)所導(dǎo)致的加速度； R是通用氣體常數(shù)； P∞是環(huán)境壓力，Pa是在所述噴嘴、噴灑頭或者其他打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備前方的所述系統(tǒng)中的空氣壓力。
對(duì)于來(lái)自所述系統(tǒng)的流體排放，描述開(kāi)口的附加方程如下 Aavaρ＝f(Pa，P∞，Aa，AT)(Eq.82) 其中，Aa是所述噴嘴、噴灑頭或者其他節(jié)點(diǎn)設(shè)備的橫截面積； AT是節(jié)流閥的橫截面積； va是在所述噴嘴、噴灑頭或者其他節(jié)點(diǎn)設(shè)備的入口處的流體速度； Pa在所述噴嘴、噴灑頭或者其他打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備處的壓力。
出于描述所述壓降的目的，可以替換地使用下面的公式 其中，KF是K因數(shù)(維度值)； kD是取決于測(cè)量系統(tǒng)單位的系數(shù)； Pa*是在所述噴嘴、噴灑頭或者打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備前方的總內(nèi)部壓力(即靜態(tài)壓力加上動(dòng)態(tài)頭)；并且 KF的值取決于所述噴嘴、噴灑頭或者打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備的幾何結(jié)構(gòu)。
代數(shù)方程(79)與為每一個(gè)端節(jié)點(diǎn)寫(xiě)出的N個(gè)微分方程(78)以及1+K個(gè)附加代數(shù)方程(80)-(83)一起，形成用于確定每條管道處的M個(gè)質(zhì)量流率和每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的N*＝M個(gè)壓力的閉合數(shù)學(xué)系統(tǒng)。
可以通過(guò)以下方式獲得用于確定未知壓力的代數(shù)系統(tǒng)?？梢栽跁r(shí)間上對(duì)方程(79)進(jìn)行微分，以便給出下式 這里可以替換方程(78)的RHS?？梢垣@得把三通的情況下的4個(gè)不同節(jié)點(diǎn)中的壓力與兩條連接管道的情況下的3個(gè)不同節(jié)點(diǎn)中的壓力相關(guān)聯(lián)的代數(shù)關(guān)系。例如考慮后一種情況，可以得到下式 其中，按照如下方式引入等效長(zhǎng)度hi1*和hi2* 考慮到j(luò)L(i2)＝j(luò)R(i1)并且把該中心節(jié)點(diǎn)處的壓力標(biāo)記為PjL(i2)＝PjR(i1)＝PC以及把左、右相鄰節(jié)點(diǎn)處的壓力表示為PjL(i1)＝PL和PjR(i2)＝PR，獲得壓力的三點(diǎn)代數(shù)方程 其中，為了簡(jiǎn)短起見(jiàn)做出以下標(biāo)記 以及 這里，用速度的絕對(duì)值與速度本身的乘積來(lái)替代速度的平方。在該校正之后，

和

兩項(xiàng)對(duì)于管道中的負(fù)速度方向具有適當(dāng)?shù)哪Σ翐p失符號(hào)。
對(duì)于三條管道在節(jié)點(diǎn)中接合的情況(表2)，不穩(wěn)定質(zhì)量流率平衡的方程(86)具有以下形式 其中，PU＝PjR(i3)是在管道i3的右端處的壓力，并且有 在所述系統(tǒng)中存在氣體的情況比上面討論的純液體的情況更加復(fù)雜。因此，可以改變對(duì)所述問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述以便適應(yīng)這種情況。所述改變首先考慮管道中的運(yùn)動(dòng)方程。其次，還應(yīng)當(dāng)修改節(jié)點(diǎn)中的質(zhì)量平衡方程。第三，必須向所求解的方程組添加附加的氣體質(zhì)量平衡方程。應(yīng)當(dāng)對(duì)于每一個(gè)滯留空氣體積寫(xiě)出所述氣體質(zhì)量平衡方程。需要所述氣體質(zhì)量平衡方程來(lái)確定液體-空氣界面的位置。第四，為了把壓力與氣體密度相關(guān)聯(lián)，必須有狀態(tài)方程。
所述模型可以被配置成優(yōu)選地把管道中的氣體行為描述為等熵或等溫的。定義在管道壁被保持在恒定溫度Tw時(shí)以恒定速度v流經(jīng)所述管道的氣體溫度T的方程，是下面的對(duì)流傳熱方程 其中，t是時(shí)間(s)；x是沿著管道中心線的坐標(biāo)(m)；κ是累計(jì)(湍流和分子)溫度傳導(dǎo)率系數(shù)(m2/s)。
假設(shè)氣體以不同于Tw的初始溫度T0流到所述管道中。為了估計(jì)使得氣體溫度等于管道壁溫度所行經(jīng)的距離，沿著管道橫截面對(duì)方程(89)進(jìn)行積分。通過(guò)用在所述管道橫截面內(nèi)平均的頂巴值(top bar value)并且考慮vT≈vT，得到在管道橫截面內(nèi)平均的氣體溫度T的近似方程 其中，R是管道半徑。最后一項(xiàng)是管道壁上的熱流量?？梢杂梅艧嵯禂?shù)α來(lái)描述該項(xiàng) 其中 α＝πκNu，(Eq.92) Nu是Nusselt數(shù)，其近似值被如下定義。參見(jiàn)E.R.G.Eckert & R.M.Drake的“Introduction to the Transfer of Heat and Mass(關(guān)于熱量和質(zhì)量傳輸?shù)慕榻B)”(1959)。
Nu＝3.66 if Re＜2300，(Eq.93) Nu＝.023Re0.8Pr0.4 if Re＞2300， (Eq.94) 其中，Re是Reynolds數(shù)；Pr是Prandtl數(shù)。把方程(91)-(94)代到方程(90)中并且考慮穩(wěn)態(tài)流，從而可以得到弛豫長(zhǎng)度L，即足以使得氣體與管道壁的溫度相等的距離 弛豫長(zhǎng)度與流速度的比值是時(shí)間值，在該時(shí)間值內(nèi)，液體粒子溫度與管道壁溫度相等 τ＝L/v(Eq.96) 干管道消防系統(tǒng)的典型尺寸如下 -頭開(kāi)口(噴灑頭)直徑0.25..2.5cm； -分支線直徑5..8cm； -分支線長(zhǎng)度20..45m； -交叉總管直徑10..16cm； -交叉總管長(zhǎng)度15..90m； -立管短管(riser nipple)直徑5..8cm； -立管短管長(zhǎng)度0..1.2m； -供水總管直徑10..25cm； -供水總管長(zhǎng)度5..50m； -滴管/小支管直徑1.2..3.8cm； -滴管長(zhǎng)度30..60cm； -水壓高達(dá)11atm； -初始?xì)鈮?.7..4atm； -DPV解扣壓力1.35..3.1atm。
表2A包含在三種不同直徑的管道中以不同速度流動(dòng)的氣體的時(shí)間和弛豫長(zhǎng)度的計(jì)算結(jié)果，所述三種不同直徑對(duì)于分支線、交叉總管和供水總管而言是典型的。
表2A
從表2A可以看出，以大約幾十m/s的速度沿著分支線移動(dòng)的氣體可能具有與管道壁溫度接近的溫度，這是因?yàn)榇蠹s10米(10m.)的弛豫長(zhǎng)度小于分支線長(zhǎng)度。這一點(diǎn)對(duì)于足夠長(zhǎng)的交叉總管也成立。然而，滯留在關(guān)閉的分支線內(nèi)的氣體可能無(wú)法在解扣時(shí)間和運(yùn)送時(shí)間的時(shí)間段內(nèi)達(dá)到管道壁溫度，這是因?yàn)樗鰰r(shí)間段可能與弛豫時(shí)間(32s)相當(dāng)。供水總管中的弛豫長(zhǎng)度與其幾何長(zhǎng)度相當(dāng)，因此其中的內(nèi)部過(guò)程既不是等溫的也不是等熵的。
相應(yīng)地，考慮多方過(guò)程，以便根據(jù)所述測(cè)試數(shù)據(jù)促進(jìn)更好的解扣時(shí)間匹配或精度。多方過(guò)程可以被簡(jiǎn)化成等熵過(guò)程和等溫過(guò)程這兩種特殊情況。
如果假設(shè)所滯留的氣體的壓縮過(guò)程是等溫或等熵的，則可以從狀態(tài)方程中排除溫度，并且可以避免熱學(xué)問(wèn)題。在等溫情況下(即無(wú)限緩慢的氣體壓縮過(guò)程)，所述溫度等于環(huán)境溫度。等熵過(guò)程表示非?？焖俚貕嚎s氣體的另一種極端情況，其中與環(huán)境的熱交換無(wú)關(guān)緊要。下面估計(jì)在我們的系統(tǒng)中存在一種或另一種情況的可能性。
第一熱力學(xué)定律 ΔU＝Q-A， 其中，ΔU是內(nèi)能的變化，Q是提供給氣體的熱量，并且A是氣體所做的功。
如果熱量與功的比值接近1，則有可能說(shuō)過(guò)程接近等溫過(guò)程 在相反的極端情況下， 則可以把所述氣體壓縮過(guò)程視為等熵過(guò)程。
首先，應(yīng)當(dāng)假設(shè)所述過(guò)程是根據(jù)等熵定律實(shí)現(xiàn)的。在這種情況下，針對(duì)恒定氣體質(zhì)量的狀態(tài)方程為 Pρ-γ＝const (Eq.99) 其中，對(duì)于空氣有γ＝Cp/CV≈1.41。理想氣體狀態(tài)方程可以被寫(xiě)成 其中，T是單位為Kelvin度的絕對(duì)溫度。去除方程(99)和(100)中的壓力，我們得到 ρ1-γT＝const(Eq.101) 對(duì)方程(101)進(jìn)行微分并且用最終增量替代微分可以得到下式 (1-γ)ρ-γΔρT+ρ1-γΔT＝0 (Eq.102) 從上式可以得到 可以把氣體溫度在所述過(guò)程中的平均改變估計(jì)為假設(shè)在初始時(shí)刻氣體溫度等于環(huán)境溫度，則如下得到對(duì)于超出環(huán)境溫度的平均氣溫超出量的估計(jì) 對(duì)于恒定氣體質(zhì)量，由于氣體所占據(jù)的體積的改變而發(fā)生密度改變，即 估計(jì)ΔL＝vΔt，其中，v是液體-氣體界面的移動(dòng)速度，并且Δt是該移動(dòng)的特征時(shí)間，從而可以獲得 把方程(105)代換到方程(103)中可以得到 可以選擇環(huán)境溫度T∞＝300K以進(jìn)行估計(jì)。于是有 為了估計(jì)熱量Q的值，假設(shè)通過(guò)圓柱管的側(cè)面?zhèn)鳠?，其面積是 S＝LπD(Eq.108) 有可能通過(guò)下式來(lái)估計(jì)傳熱系數(shù)值，其表征來(lái)自在空氣環(huán)境中被加熱的水平圓柱的自由對(duì)流 α＝5(Eq.109) 利用公式(105)-(107)，得到下式 現(xiàn)在估計(jì)在氣體壓縮時(shí)所做的功 現(xiàn)在可以形成所述比值

并且利用方程(109)來(lái)計(jì)算該比值 假設(shè)Δt～1秒，可以獲得估計(jì)從另一側(cè)考慮并且假設(shè)L～1、v～1，可以得到相同的估計(jì)。該估計(jì)表明，等熵氣體壓縮的情況接近于真實(shí)情況。
由于無(wú)限快的等熵過(guò)程(方程99)和無(wú)限慢的等溫過(guò)程 pρ-1＝const(Eq.113) 這兩種極端過(guò)程由類似的表達(dá)式表示，僅ρ的指數(shù)不同，因此有可能通過(guò)做出以下假設(shè)來(lái)構(gòu)造針對(duì)一般多方過(guò)程的公式 pρ-(ε+(1-ε)γ)＝const， (Eq，114) 其中，ε＝|Q|/|A|是熱量與功的比值，其是在公式(114)的基礎(chǔ)上來(lái)估計(jì)的。很容易看出，表達(dá)式(28)在ε＝0時(shí)變?yōu)榈褥剡^(guò)程，并且在ε＝1時(shí)變?yōu)榈葴剡^(guò)程。
不使用關(guān)于填充有氣體的管道內(nèi)的氣壓恒定的假設(shè)。相反，針對(duì)所有管道求解以下方程 其中 如果要這樣做則必須知道有效密度ρ∑。為此，需要知道每一時(shí)刻以及所有管道的Li和ρg的值。從狀態(tài)方程(114)確定氣體密度ρg 其中，在第k個(gè)隔離體積產(chǎn)生的時(shí)刻寄存P0和ρg0的值。在該時(shí)刻，把所述給定管道所屬的先前存在的氣體體積一分為二。為了確定ρg0，必須與各新的氣體體積(源于把所述體積一分為二)成比例地細(xì)分現(xiàn)有氣體體積中的當(dāng)前氣體質(zhì)量。隨后，在所產(chǎn)生的體積的演變過(guò)程中，根據(jù)公式(117)在管道中的給定平均壓力下評(píng)估屬于該新體積的每條管道的當(dāng)前氣體密度ρg。
可以按照等熵、等溫或多方途徑寫(xiě)出滯留空氣的體積的狀態(tài)方程。認(rèn)為一種常見(jiàn)方法在于使用理想氣體方程，這當(dāng)然以足夠精度適用于空氣。所述理想氣體方程包含溫度，從而在整個(gè)系統(tǒng)中都需要溫度域的計(jì)算。因此，該方法需要諸如環(huán)境條件和其他溫度條件之類的附加信息。如果假設(shè)滯留氣體壓縮過(guò)程可以按照等溫或等熵方式發(fā)生，則不把溫度包括到狀態(tài)方程中，并且所述熱學(xué)問(wèn)題可能并不是可求解的。
在等溫過(guò)程中(即無(wú)限緩慢的氣體壓縮過(guò)程)，溫度是恒定的并且等于環(huán)境溫度。等熵過(guò)程表示非?？焖俚臍怏w壓縮的另一種極端情況，在等熵情況下，與環(huán)境的熱交換無(wú)關(guān)緊要。不管所述過(guò)程涉及到等熵還是等溫過(guò)程，在所述分析中都將考慮這種過(guò)程。同樣地，可以由下面的方程表示第一熱力學(xué)定律 ΔU＝Q-A 如果熱量與功的關(guān)系如下，則有可能說(shuō)過(guò)程接近等溫 在相反的情況下，可以把氣體壓縮過(guò)程視為等熵過(guò)程 假設(shè)該過(guò)程是等熵的。在這種情況下，狀態(tài)方程為 Pρ-γ＝const(Eq.120) 其中，對(duì)于空氣有γ＝Cp/CV≈1.41。
理想氣體狀態(tài)方程可以被寫(xiě)成 其中，T是以Kelvin度測(cè)量的絕對(duì)溫度。去除方程(119)和(120)中的壓力，可以得到下面的方程 ρ1-γT＝const (Eq.122) 對(duì)方程(15)進(jìn)行微分并且用最終增量替代微分可以得到下面的方程 (1-γ)ρ-γΔρT+ρ1-γΔT＝0(Eq.123) 隨后可以得到 可以把氣體溫度在某一過(guò)程中的平均改變估計(jì)為 假設(shè)在初始時(shí)刻的氣體溫度等于環(huán)境溫度，則可以如下給出超出環(huán)境溫度的平均氣體溫度的估計(jì) 由于體積的改變，密度也會(huì)發(fā)生改變，這意味著在管道的該部分的長(zhǎng)度內(nèi)存在氣體，即 假設(shè)ΔL＝vΔt，其中，v是液體-氣體界面的移動(dòng)速度，并且Δt是移動(dòng)時(shí)間，從而可以獲得下面的方程 把方程(127)代到方程(125)中可以得到 把環(huán)境溫度T∞＝300K假設(shè)為包括在所述估計(jì)中的溫度。于是方程(128)變?yōu)? 為了估計(jì)熱量Q的值，假設(shè)通過(guò)圓柱管道的側(cè)面?zhèn)鳠幔涿娣eS由下式給出 S＝LπD(Eq.130) 有可能使表征來(lái)自在空氣環(huán)境中被加熱的水平圓柱的自由對(duì)流的值，作為通過(guò)圓柱管道的側(cè)面的傳熱系數(shù)α α＝5 (Eq.131) 利用方程(129)-(131)得到 通過(guò)下面的方程示出在壓縮氣體時(shí)所做的功的估計(jì) 可以形成比值

并且進(jìn)一步提供 假設(shè)Δt～1秒，則比值

的估計(jì)為0.12?；蛘?，假設(shè)L～1、v～1，從而可以得到相同的估計(jì)。該估計(jì)表明，等溫氣體壓縮的情況實(shí)際上是基本情況。與此同時(shí)，有可能在方程(132)中獲得這樣的參數(shù)值，在所述參數(shù)值下，上述估計(jì)變得有爭(zhēng)議。由于無(wú)限快的等熵情況pρ-γ＝常數(shù)和無(wú)限慢的等溫情況pρ-1＝常數(shù)由類似的表達(dá)式表示，僅ρ的指數(shù)不同，因此在所述程序中有可能通過(guò)做出以下假設(shè)來(lái)產(chǎn)生針對(duì)一般過(guò)程的公式 pρ-(ε+(1-ε)γ)＝const， (Eq.135) 其中，ε＝|Q|/|A|是熱量與功的比值，其是在公式(132)的基礎(chǔ)上估計(jì)的。
表達(dá)式(135)在ε＝0時(shí)變?yōu)閷?duì)應(yīng)于等熵過(guò)程的公式，并且在ε＝1時(shí)變?yōu)閷?duì)應(yīng)于等溫過(guò)程的公式。因此應(yīng)當(dāng)做出相應(yīng)的改變來(lái)描述兩相流。假設(shè)密度為ρ的液體沿著管道的一部分L流動(dòng)，并且平均密度為ρg的氣體沿著相同管道的另一部分Lg＝hi-L流動(dòng)?？梢匀缦聦?dǎo)出對(duì)于部分地填充了液體的該管道，流體的運(yùn)動(dòng)方程。
以表面σ為邊界的體積V的常見(jiàn)的積分運(yùn)動(dòng)方程如下 其中，F(xiàn)是由外力導(dǎo)致的加速度的矢量； Pn是由于在邊界σ處的表面力的作用而導(dǎo)致的應(yīng)力的矢量。
對(duì)于我們的情況，方程(136)變?yōu)? 其中，iL(i)是位于節(jié)點(diǎn)i的左側(cè)的節(jié)點(diǎn)的索引，是所述管道處的總密度。
根據(jù)編號(hào)方案，管道i的索引與位于所述節(jié)點(diǎn)的右側(cè)的節(jié)點(diǎn)的索引一致，考慮到下式 方程(137)變?yōu)? 這意味著具有移動(dòng)的液體-氣體邊界的管道的方程看起來(lái)與針對(duì)液體的相應(yīng)方程(77)相同，僅有的不同之處在于，液體密度被平均總密度ρ∑所替代。
對(duì)于沿著整條管道流動(dòng)的氣體，其運(yùn)動(dòng)方程略微不同于流體的運(yùn)動(dòng)方程，其不同之處在于，在方程(139)的右側(cè)存在附加項(xiàng)
存在兩種制定對(duì)應(yīng)于氣體的方程的方式。首先，一種更加簡(jiǎn)單的方法使用這樣的假設(shè)沿著填充了氣體的總管的所有部件都沒(méi)有壓降。這是氣體密度與水的密度相比相當(dāng)?shù)偷慕Y(jié)果?？梢酝ㄟ^(guò)假設(shè)ρg＝0而從方程(138)、(139)得到這種情況。方程(139)中的最后一項(xiàng)應(yīng)當(dāng)被忽略，這是因?yàn)檠刂畛淞藲怏w的管道僅有較小的壓力變化。該項(xiàng)對(duì)于非常快的過(guò)程(比如聲速流、沖擊波等等)變得無(wú)關(guān)緊要。在hiρ∑≈Lρ的情況下，對(duì)應(yīng)于部分填充了液體的管道的運(yùn)動(dòng)方程(138)如下 其中，考慮到僅僅所述管道的一部分填充了液體這一事實(shí)，hi*也應(yīng)當(dāng)被修改。
特別地，如果在方程(140)中L＝0，則該方程變?yōu)? 方程(141)意味著在滯留的液體體積內(nèi)的任何位置處壓力都是均勻的。應(yīng)當(dāng)注意到，在可能更加精確并且更加復(fù)雜的第二種方法中不使用關(guān)于均勻氣壓的提議，這是由于對(duì)于每一條管道寫(xiě)出下面的方程(142)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，所求解的方程的結(jié)構(gòu)保持相同，也就是說(shuō)，對(duì)于速度所求解的微分方程的數(shù)目以及對(duì)于壓力所求解的代數(shù)方程的數(shù)目保持恒定。否則，所求解的微分和代數(shù)方程的數(shù)目不斷地改變。例如，微分方程(140)變換成代數(shù)方程(141)。
必須按照這樣的方式來(lái)選取求解微分方程的過(guò)程中的時(shí)間步長(zhǎng)滯留氣體的新體積的形成將與下一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的起始重合。這樣能夠確定初始?xì)怏w質(zhì)量及其初始?jí)毫兔芏?，它們是根?jù)狀態(tài)方程在后面考慮氣體壓縮時(shí)所需要的。因此，在新的滯留氣體體積形成并且阻滯新管道的時(shí)刻，需要調(diào)節(jié)計(jì)算常微分方程的解的精度。在每一個(gè)新的時(shí)間步長(zhǎng)，有可能重定義所求解的方程的結(jié)構(gòu)，從而除了增大所述程序的復(fù)雜度之外不會(huì)產(chǎn)生特定問(wèn)題。
對(duì)于具有打開(kāi)的噴灑器的氣體體積，在該體積內(nèi)的氣壓值通過(guò)公式(80)-(81)與大氣壓P∞相關(guān)。在任何情況下，對(duì)于具有或者不具有打開(kāi)的噴灑器的氣體體積，所述壓力都由該體積內(nèi)的氣體質(zhì)量的瞬時(shí)值和狀態(tài)方程決定。通過(guò)如下微分方程給出具有索引k的特定氣體體積的氣體質(zhì)量平衡 初始條件為 其中，∑mα是由公式(80)-(81)針對(duì)屬于第k個(gè)隔離氣體體積的所有打開(kāi)的噴灑器所確定的所有質(zhì)量流率的總和，Mk0是在第k個(gè)體積產(chǎn)生的時(shí)刻(即在系統(tǒng)的該部分變?yōu)榕c包含在該系統(tǒng)中的其他氣體隔離的時(shí)刻)的該體積中的初始?xì)怏w質(zhì)量。
在計(jì)算開(kāi)始的時(shí)刻，僅僅有一個(gè)上述氣體體積。其是整個(gè)系統(tǒng)的容積。該體積開(kāi)始被分成各單獨(dú)的隔離部分，對(duì)于其中的每一個(gè)部分生成方程(143)和(144)?？梢愿鶕?jù)第k個(gè)隔離體積中的氣體質(zhì)量Mk的當(dāng)前值及其密度在任意后續(xù)時(shí)刻找到所述流體-氣體邊界的位置，所述位置在新的隔離體積形成的初始時(shí)刻是已知的，其中所述密度可以根據(jù)所述初始?jí)毫兔芏纫约爱?dāng)前壓力而找到。每一個(gè)新的隔離體積形成的時(shí)刻在計(jì)算中應(yīng)當(dāng)是固定的，隨后重復(fù)上面描述的進(jìn)程。
可以根據(jù)介質(zhì)的兩相性質(zhì)來(lái)修改節(jié)點(diǎn)中的質(zhì)量流率平衡要求以及質(zhì)量流率的微分方程(方程84)。在一種更為簡(jiǎn)單的方法中(其中被氣體占據(jù)的特定隔離體積中的壓力被視為恒定的)，不必為連接完全填充了氣體的三條或兩條管道的節(jié)點(diǎn)生成或產(chǎn)生方程(84)。這種節(jié)點(diǎn)填充了氣體，并且在該方法中對(duì)于“氣體”節(jié)點(diǎn)不使用連續(xù)性方程。只有在通過(guò)該節(jié)點(diǎn)連接的兩條或三條軌道填充有流體的情況下才生成方程(84)。在這種情況下，該節(jié)點(diǎn)本身就填充有流體，并且如上面所描述的那樣針對(duì)流體的質(zhì)量平衡生成方程(84)和(86)。
可以針對(duì)填充有液體的節(jié)點(diǎn)更新方程(87)。在這種情況下，僅僅關(guān)于液體生成質(zhì)量平衡條件。具有方程(78)的形式的方程(142)變?yōu)? 其中，mi＝ρviAi。
忽略氣體密度，可以導(dǎo)出下式 ρ∑hi≈ρL (Eq.146) 從而使得方程(142)中的比值

近似地等于
考慮方程(146)，對(duì)應(yīng)于部分地填充有液體的管道的方程(145)變?yōu)? 因此，方程(87)在更為一般的情況下變?yōu)? 其中，不用字母i1、i2、i3對(duì)管道做符號(hào)標(biāo)記，相對(duì)于節(jié)點(diǎn)替換為單一索引的相應(yīng)值i、iR(i)、iU。
根據(jù)所開(kāi)發(fā)的編號(hào)方案，節(jié)點(diǎn)的索引與位于該節(jié)點(diǎn)的左側(cè)的管道的索引一致。因此，不是使用方程(145)中的L、C、R、U的節(jié)點(diǎn)符號(hào)標(biāo)記，而是使用上標(biāo)iL(i)、i、iR(i)、iU(i)。方程(148)的RHS中的函數(shù)為 對(duì)滯留氣體體積的未知變量的數(shù)目以及用于確定它們的方程的數(shù)目的結(jié)算，應(yīng)當(dāng)表明它們是相等的。特別地，所述未知變量是體積中的氣體質(zhì)量Mk、氣體壓力Pg、氣體密度ρg以及界面位置L。
為了確定所述變量，涉及到下面的方程(a)微分方程(143)，其初始條件為方程(144)；(b)方程(150)中的通過(guò)體積表示的氣體質(zhì)量Mk；(c)狀態(tài)方程(133)，其初始數(shù)據(jù)為和其中時(shí)刻t0是第k個(gè)隔離體積的形成時(shí)刻；以及方程或者如下的方程(151)的積分形式 Li＝vi(t-t0)(Eq.151) 上面4個(gè)方程可以解決確定滯留氣體體積中的未知變量的問(wèn)題。此外，還有代數(shù)方程(148)，其把氣體壓力PR＝PC＝PU＝Pg與前一節(jié)點(diǎn)中的壓力PL相關(guān)聯(lián)。該方程對(duì)于確定第i條管道的動(dòng)量方程(140)中的PL來(lái)說(shuō)是必要的。
根據(jù)上面寫(xiě)出的方程，每一個(gè)滯留氣體體積被視為與其他此類體積隔離。如果在該體積中有打開(kāi)的噴灑器，則所述氣體通過(guò)所述噴灑器排放到大氣中。然而，有必要強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)對(duì)于所述問(wèn)題所給出的聲明，并沒(méi)有提供流經(jīng)所述液體-氣體邊界的封閉氣體的流量。相反，認(rèn)為所述系統(tǒng)具有這樣的配置沒(méi)有氣泡從滯留氣體體積中流出及其隨后沿著所述系統(tǒng)的行進(jìn)。據(jù)信，預(yù)測(cè)氣泡在浮力作用下從位于傾斜管道內(nèi)的封閉氣體體積中浮出以及其沿著一般管線系統(tǒng)的后續(xù)行進(jìn)，是極為困難的。也就是說(shuō)，據(jù)信可以基于精確的假設(shè)以及對(duì)于管線系統(tǒng)的具體配置或者一系列類似配置所獲得的數(shù)據(jù)，來(lái)解決對(duì)上述流模式的預(yù)測(cè)。
在一種替換方法中，對(duì)于其中存在氣體的管道不使用氣壓恒定的假設(shè)。相反，對(duì)于所有管道求解方程(142)。在這樣做的過(guò)程中，必須知道有效密度ρ∑。為此，必須對(duì)于每一時(shí)刻并且對(duì)于所有管道依次確定Li和ρg的值。從下面的狀態(tài)方程確定氣體密度ρg 其中，在第k個(gè)隔離體積產(chǎn)生的時(shí)刻寄存P0和ρg0的值。在該時(shí)刻，把所述給定管道所屬的隔離氣體體積的存在一分為二。為了確定ρg0，必須從把該體積一分為二開(kāi)始，與各新的氣體體積成比例地細(xì)分現(xiàn)有氣體體積中的當(dāng)前氣體質(zhì)量。隨后，在所產(chǎn)生的體積的演變過(guò)程中，根據(jù)方程(152)基于所述管道中的給定平均壓力評(píng)估屬于該新體積的每條管道的當(dāng)前氣體密度ρg。
與第一種方法類似，對(duì)常微分方程組的求解被構(gòu)造成使得在新的滯留氣體體積產(chǎn)生的時(shí)刻會(huì)停止計(jì)算。這在液體前沿到達(dá)所述系統(tǒng)中的新的分支節(jié)點(diǎn)時(shí)發(fā)生。根據(jù)所述系統(tǒng)的拓?fù)?，連接到該節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)新體積的起始管道是已知的。這些管道是在恢復(fù)所述計(jì)算之后所述液體-氣體邊界將處于其中的管道。這種管道可以被登記為具有兩相流的管道。這種管道的數(shù)目將隨著時(shí)間不斷改變。在按照所述方式被登記的管道中，根據(jù)下面的公式計(jì)算Li的值 其中，t0是給定隔離體積的產(chǎn)生時(shí)間。
可以利用更為常見(jiàn)的節(jié)點(diǎn)中的體積流率平衡要求來(lái)替代質(zhì)量流率平衡要求 對(duì)于填充有液體的節(jié)點(diǎn)，把關(guān)系式(154)乘以液體密度，從而將給出液體的質(zhì)量流率平衡條件。對(duì)于氣體節(jié)點(diǎn)，所給出的條件等效于氣體質(zhì)量平衡要求。
對(duì)于通過(guò)節(jié)點(diǎn)i連接的三條管道，運(yùn)動(dòng)方程如下 把運(yùn)動(dòng)方程(155)代到所述體積流率平衡方程(143)中，從而類似于4點(diǎn)方程(149)得到下面的方程 為了令所求解的微分方程的數(shù)目保持恒定，利用其積分形式來(lái)替換對(duì)應(yīng)于每一個(gè)隔離體積中的當(dāng)前氣體質(zhì)量的方程(143)。通過(guò)下面的積分方程來(lái)計(jì)算所述體積內(nèi)的當(dāng)前氣體質(zhì)量 可以從下面的方程中獲得所述系統(tǒng)中的當(dāng)前液體體積 其中，t1等于解扣時(shí)刻。相應(yīng)地，提供了一種用于對(duì)干式噴灑器系統(tǒng)進(jìn)行建模的優(yōu)選方法，并且開(kāi)發(fā)了一個(gè)方程組，可以從該方程組導(dǎo)出和/或確定一個(gè)或多個(gè)基于時(shí)間的參數(shù)，以便至少求解所述解扣時(shí)間、運(yùn)送時(shí)間和操作時(shí)間。更具體來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)所述微分方程組，確定所述系統(tǒng)的氣體壓力等于所述DPV的解扣壓力的時(shí)間，從而定義解扣時(shí)間?？梢愿鶕?jù)所述微分方程組，計(jì)算移動(dòng)的流體前沿與打開(kāi)的噴嘴、噴灑頭或者其他打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備之間的距離減小到零的時(shí)間，從而確定所述運(yùn)送時(shí)間。可以根據(jù)所述解扣時(shí)間和運(yùn)送時(shí)間計(jì)算出輸水時(shí)間。此外，通過(guò)確定充當(dāng)一個(gè)起點(diǎn)的時(shí)刻，可以確定所述操作時(shí)間，其中，從該起點(diǎn)開(kāi)始，在打開(kāi)的噴嘴、噴灑頭或者其他打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備處的流體壓力在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)不小于所指定的壓力值。
已經(jīng)驗(yàn)證了用于分析樹(shù)類型管線配置的所述優(yōu)選計(jì)算引擎24的精度。為了確定樹(shù)類型配置的實(shí)際系統(tǒng)與所建模的系統(tǒng)之間的相關(guān)性，在由美國(guó)工廠相互研究協(xié)會(huì)(FMRC)構(gòu)造了所述管道系統(tǒng)之后，至少仿真8個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，以便針對(duì)如在FMRC技術(shù)報(bào)告“Water-Delay-TimeMeasurements for Selected Gridded Dry Pipe Sprinkler Systems(對(duì)于所選擇的網(wǎng)狀干管道噴灑器系統(tǒng)的水延遲時(shí)間測(cè)量)”(FMRC J.I.0Z2R5.RS，1999年9月為Central Sprinkler Co.準(zhǔn)備，其在下文中被稱作“FMRC報(bào)告”)中描述的多種管道拓?fù)渖山饪蹠r(shí)間和運(yùn)送時(shí)間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。每一個(gè)所述系統(tǒng)被配置成具有干管道閥門以及11到12個(gè)噴灑頭，其中具有通過(guò)兩個(gè)交叉總管連接的12條分支線，所述兩個(gè)交叉總管由兩條連接管道連接。在所述FMRC報(bào)告中提供了關(guān)于在FMRC實(shí)驗(yàn)中定義的配置、方法和參數(shù)的細(xì)節(jié)。對(duì)于運(yùn)送時(shí)間驗(yàn)證，在表4中描述了被標(biāo)識(shí)為測(cè)試案例A4、B4、C4和附加測(cè)試案例D4的4個(gè)測(cè)試案例。雖然利用4英寸和8英寸立管測(cè)試了8個(gè)參考系統(tǒng)(A4、B4、C4、D4以及A8、B8、C8和D8)，但是為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)僅僅描述了4個(gè)(A4、B4、C4、D4)。
特別地，實(shí)際的測(cè)試系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于從網(wǎng)格類型的系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備(即連接多條分支管道的交叉總管)構(gòu)造的樹(shù)類型系統(tǒng)(即具有通過(guò)單一供水總管連接的分支線的系統(tǒng))的上述系統(tǒng)布局的4種不同配置的4英寸立管(此后稱作參考測(cè)試案例A4、B4、C4、D4，以便標(biāo)識(shí)所述系統(tǒng)中的4英寸立管)，其在這里分別被顯示為圖7A、圖13、圖13B和圖13C。所述實(shí)際測(cè)試系統(tǒng)都是根據(jù)“基本”樹(shù)類型系統(tǒng)構(gòu)造的，所述“基本”樹(shù)類型系統(tǒng)具有12個(gè)1-1/4英寸分支管道(b1，b2，b3，b4，…b12)和兩個(gè)4英寸交叉總管(CM1和CM2)。所述基本系統(tǒng)具有一個(gè)12條通常平行的分支管道(b1，b2，b3，b4，…b12)的陣列，所述分支管道一般被設(shè)置在第一水平面上，該第一水平面近似位于地面上方14英尺4英寸處。第一分支線的位置與所述陣列的第一端鄰近，第十二分支線的位置與該陣列的第二端鄰近。每一條所述分支管道定義這樣一條管道其內(nèi)直徑近似為1.25英寸，并且具有近似位于每條分支線的中點(diǎn)處的球閥。所述球閥的內(nèi)直徑近似為1.25英寸，其流量系數(shù)近似為120gpm/psig1/2。各分支管道在管道中心線之間間隔8英尺9英寸，并且位于所述交叉總管CM1和CM2上方28英寸處，這是從分支線和交叉總管中心線測(cè)量的。通過(guò)關(guān)閉位于分支線立管上的球閥以及位于交叉總管上的蝶形閥，實(shí)現(xiàn)從所述測(cè)試設(shè)備的一般的網(wǎng)格類型系統(tǒng)到用于運(yùn)行所述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的所述樹(shù)類型系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。大約具有1-1/4英寸直徑的球閥BV被安裝在每個(gè)分支線立管上。所述閥門的K因數(shù)值是120加侖每分鐘除以磅每平方英寸的平方根(gpm/psig1/2)。所述球閥BV位于交叉總管CM1的頂部上方14英寸處。還鄰近各單獨(dú)分支管道的中點(diǎn)安裝相同類型和尺寸的球閥。
所述第一和第二交叉總管CM1和CM2與所述平面間隔開(kāi)，并且在通常與所述分支管道正交的方向上延伸。所述第一和第二交叉總管被布置成在與所述第一平面近似間隔開(kāi)28英寸的第二平面上鄰近所述陣列的第一和第二端中的相應(yīng)端。每一個(gè)所述交叉總管具有大約4英寸的內(nèi)直徑，并且通過(guò)鄰近所述陣列的第一端的第一連接管道和鄰近所述陣列的第二端的第二連接管道彼此相連。所述第一和第二連接管道具有近似為4英寸的內(nèi)直徑并且被提高到所述交叉總管上方，在每一條所述交叉總管的中心線與每一條所述連接管道的中心線之間近似有10英寸。每一條所述連接管道在所述連接管道連接到所述交叉總管的每一個(gè)位置處具有蝶形閥，所述蝶形閥具有近似為630gpm/psig1/2的的流量系數(shù)。所述蝶形閥允許流體流經(jīng)所述連接管道。所述第一和第二交叉總管當(dāng)中的每一條在該交叉總管的下表面處與第一、第二和第三排水管道連接，所述排水管道的直徑近似為2英寸，并且通常被布置成與地面垂直。所述排水管道具有對(duì)應(yīng)的第一到第三球閥bv1和bv2，其中的每一個(gè)的內(nèi)直徑近似為2英寸，并且具有近似為120gpm/psig1/2的流量系數(shù)。每一個(gè)所述球閥在最接近地面的位置處連接到所述排水管道。出于排水的目的，所有所述分支管道的中點(diǎn)都被制成比所述立管高4英寸。所述兩條交叉總管與兩條環(huán)路總管相連，所述環(huán)路總管具有與所述交叉總管相同的直徑。環(huán)路總管管道連接到近總管和遠(yuǎn)總管，其中系統(tǒng)立管連接到該近總管，該遠(yuǎn)總管在分支管道的另一側(cè)與近總管平行延伸。環(huán)路總管被提高到所述交叉總管的上方10英寸處，這是從環(huán)路總管管道中心線到交叉總管管道中心線測(cè)量的。蝶形閥被安裝在所述環(huán)路總管的每一端處。所述蝶形閥BV的K因數(shù)是630gpm/psig1/2。從所述交叉總管的底部到靠近西北角的排水管的球閥的中心的管道長(zhǎng)度是10英寸，所有其他管道長(zhǎng)度是大約8英尺。緊接在每一條排水管上方，與所述交叉總管的上表面垂直地焊接一段1英尺6英寸長(zhǎng)的2英寸管道。另一段11英寸長(zhǎng)的2英寸管道通過(guò)2英寸球閥BV從上方連接到該1英尺6英寸長(zhǎng)的管道。雖然所述布局提供了連接到每一條所述11英寸長(zhǎng)的管道的頂部的排風(fēng)機(jī)，但是所述優(yōu)選實(shí)施例沒(méi)有對(duì)所述排風(fēng)機(jī)進(jìn)行建模。否則，所述1英尺6英寸長(zhǎng)的管道上方的球閥被關(guān)閉。所述系統(tǒng)立管R被定位在西側(cè)交叉總管的中點(diǎn)附近。4英寸調(diào)度管道10被用作所述系統(tǒng)立管。
多條分支線立管把第一交叉總管CM1和第二交叉總管CM2連接到每一條所述分支管道。所述多條分支線立管當(dāng)中的每一條在比每一條所述分支管道的中點(diǎn)低大約4英寸的位置處被連接到所述分支線，并且所述多條分支線立管當(dāng)中的每一條都包括球閥，該球閥的內(nèi)直徑近似為1.25英寸并且具有近似為120gpm/psig1/2的流量系數(shù)，所述球閥位于每一個(gè)所述交叉總管CM1和CM2的上表面上方的大約14英寸處。
多個(gè)豎立式

GB 1/2英寸噴灑頭被連接到所述多條分支管道當(dāng)中的每一條，其中所述噴灑頭具有5.6gpm/psig1/2的K因數(shù)。所述噴灑頭彼此間隔開(kāi)，所述噴灑頭的中心到中心距離大約是9英尺4.5英寸。側(cè)壁類型噴灑頭充當(dāng)“測(cè)試”噴灑頭。側(cè)壁類型噴灑頭具有5.6gpm/psig1/2的K因數(shù)，并且可以被放置在所述系統(tǒng)中的最遠(yuǎn)液壓位置處。
所述測(cè)試噴灑頭連接到1.25英寸x0.5英寸x0.5英寸的異徑三通(reduction tee)，其長(zhǎng)度為2.7英寸。該三通的一端連接到Setra型號(hào)205-2計(jì)量器，并且其第二端連接到長(zhǎng)度為2.2英寸的1.25英寸短管Schedule40。該1.25英寸短管連接到1.25英寸

電磁閥，該電磁閥在水平面上的長(zhǎng)度為3.8英寸。該電磁閥連接到1.25英寸適配器短管Schedule40，其水平長(zhǎng)度為3.7英寸。該適配器短管連接到第一1.25英寸

型號(hào)77接頭。該型號(hào)77接頭連接到

No.10九十度彎頭。所述彎頭連接到第二1.25英寸

型號(hào)77接頭，并且與第一1.25英寸接頭水平間隔大約2.8英寸。該第二1.25英寸接頭連接到第一分支線。
所述流體源包括泵，其根據(jù)至少三條壓力對(duì)流率曲線(“壓力-流量曲線”)A、B和C的其中之一來(lái)提供多種不同的水流率(以加侖每分鐘或“gpm”為單位)。第一壓力-流量曲線A可以被定義為連接曲線圖上的9個(gè)點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)曲線圖。第一點(diǎn)的值近似為107psig比200gpm；第二點(diǎn)近似為99psig比400pgm；第三點(diǎn)近似為92psig比600gpm；第四點(diǎn)近似為82psig比800gpm；第五點(diǎn)近似為72psig比1000gpm；第六點(diǎn)近似為63psig比1200gpm；第七點(diǎn)近似為48psig比1400gpm；第八點(diǎn)近似為28psig比1600gpm；第九點(diǎn)近似為6psig比1730gpm。第二壓力-流率曲線B可以被定義為連接曲線圖上的7個(gè)點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)曲線圖，其中包括近似為87psig比200gpm的第一點(diǎn)，近似為63psig比400gpm的第二點(diǎn)，近似為58psig比600gpm的第三點(diǎn)，近似為50psig比800gpm的第四點(diǎn)；近似為40psig比1000gpm第五點(diǎn)；近似為26psig比1200gpm的第六點(diǎn)，近似為8psig比1400gpm的第七點(diǎn)。第三壓力-流率曲線C可以被定義為連接5個(gè)點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)曲線圖，其中包括近似為41psig比200gpm的第一點(diǎn)，近似為37psig比400gpm的第二點(diǎn)，近似為32psig比600gpm的第三點(diǎn)，近似為24psig比800gpm的第四點(diǎn)；近似為13psig比1000gpm第五點(diǎn)。
所述基本系統(tǒng)包括第一和第二立管R1和R2。每一個(gè)所述立管R1、R2包括8英寸三通No.20

其通過(guò)

型號(hào)778英寸接頭連接到8英寸直徑的調(diào)度10管道，該管道的取向通常與地面垂直。該8英寸管道通過(guò)

型號(hào)778英寸接頭和

型號(hào)776英寸接頭連接到8”×6”同心異徑管

No.50。該同心異徑管連接到6英寸止回閥

型號(hào)90。該止回閥通過(guò)兩個(gè)6英寸接頭

型號(hào)77連接到6英寸溝槽式蝶形閥Mech-

該蝶形閥通過(guò)兩個(gè)6英寸接頭

型號(hào)77連接到6英寸三通

No.20。該6英寸三通經(jīng)由6英寸接頭

型號(hào)77連接到第二6英寸三通

No.20。該6英寸三通還經(jīng)由6英寸接頭

型號(hào)77和4英寸接頭

型號(hào)77連接到6”到4”同心異徑管

No.50。該第二6英寸三通連接到供應(yīng)管道，并且從該供應(yīng)管道的中心線到所述8英寸三通的中心線間隔近似126英寸的距離。所述異徑管首先連接到4英寸三通

No.20，其次連接到一個(gè)Setra/計(jì)量器組件。該4英寸三通經(jīng)由兩個(gè)4英寸接頭

型號(hào)77連接到4英寸溝槽式蝶形閥Mech-

該4英寸蝶形閥連接到4英寸止回閥

型號(hào)90。該4英寸止回閥連接到一個(gè)4英寸調(diào)度10管道，其長(zhǎng)度近似為97.1英寸并且其指向通常與地面垂直。
具有5.5的壓差的干管道閥門被布置成與所述流體源交流流體，并且連接到所述第一和第二立管的至少其中之一。該干管道閥門可以被配置在關(guān)閉位置處以防止水源與所述立管之間的流體交流，并且其可以被配置在打開(kāi)位置(即“解扣”位置)處以允許水源與所述立管之間的流體交流。最后，在所述干管道閥門被解扣之前，每一個(gè)所述測(cè)試系統(tǒng)都填充有加壓氣體。
參照?qǐng)D7A，其中示出了第一參考樹(shù)系統(tǒng)的配置的線框等距表示，該系統(tǒng)使用4英寸立管與基本樹(shù)類型系統(tǒng)相組合(此后記作“樹(shù)A4”)。在樹(shù)A4中，測(cè)試噴灑頭SH位于分支線b6上。
參照?qǐng)D13，其中示出了第二參考樹(shù)系統(tǒng)的配置的線框等距表示，該系統(tǒng)使用4英寸立管與基本樹(shù)類型系統(tǒng)相組合(此后記作“樹(shù)B4”)。在樹(shù)B4中，分支管道b1-b6中一半沒(méi)有連接到交叉總管CM1，并且所述測(cè)試噴灑頭SH位于分支線b1上。
參照?qǐng)D13A，其中示出了第三參考樹(shù)系統(tǒng)的配置的線框等距表示，該系統(tǒng)使用4英寸立管與基本樹(shù)類型系統(tǒng)相組合(此后記作“樹(shù)C4”)。在樹(shù)C4中，所有分支管道b1-b12都連接到交叉總管CM1和CM2，同時(shí)所述測(cè)試噴灑頭位于分支線b1上。蝶形閥bv1被關(guān)閉，同時(shí)蝶形閥bv2被打開(kāi)。
參照?qǐng)D13B，其中示出了第四參考樹(shù)系統(tǒng)的配置的線框等距表示，該系統(tǒng)使用4英寸立管與基本樹(shù)類型系統(tǒng)相組合(此后記作“樹(shù)D4”)。在樹(shù)C4中，所有分支管道b1-b12都連接到交叉總管CM1和CM2，同時(shí)所述測(cè)試噴灑頭位于分支線b1上。兩個(gè)蝶形閥bv1和bv2都被關(guān)閉。
表3和表4分別比較所述干管道閥門解扣時(shí)間和運(yùn)送時(shí)間或流體延遲時(shí)間的預(yù)測(cè)值與測(cè)試值。所述運(yùn)送時(shí)間被定義為所述干管道閥門解扣時(shí)間與瞬態(tài)時(shí)間的總和。所述測(cè)試數(shù)據(jù)包括上面描述的測(cè)試案例的記錄運(yùn)送時(shí)間和干管道閥門解扣時(shí)間，其中通常針對(duì)三個(gè)初始系統(tǒng)壓力和相關(guān)聯(lián)的解扣壓力來(lái)記錄所述運(yùn)送時(shí)間和干管道閥門解扣時(shí)間(附錄D)。參照表3，針對(duì)A4、B4和C4測(cè)試案例示出了針對(duì)從10到35psig的初始?jí)毫Ψ秶哪Ｐ透晒艿篱y門解扣時(shí)間與測(cè)試干管道閥門解扣時(shí)間。
表3、模型的干管道閥門解扣時(shí)間對(duì)所測(cè)量的數(shù)據(jù) 表4、模型的運(yùn)送時(shí)間對(duì)所測(cè)量的數(shù)據(jù) 因此所述優(yōu)選實(shí)施例允許用戶以高相關(guān)度(例如小于±20％)預(yù)測(cè)樹(shù)類型管線系統(tǒng)拓?fù)涞娜我庠O(shè)計(jì)(例如原型或現(xiàn)有設(shè)計(jì))的模型的解扣時(shí)間參數(shù)和液體輸送時(shí)間參數(shù)，這是基于上面在所測(cè)試的干管道系統(tǒng)(例如系統(tǒng)A、B、C和D)與由所述系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例預(yù)測(cè)的參數(shù)之間的比較而實(shí)現(xiàn)的。
此外，所述優(yōu)選實(shí)施例可以被用來(lái)(a)設(shè)計(jì)容量大于500加侖的干管道系統(tǒng)，其中沒(méi)有快速的開(kāi)口設(shè)備并且不需要實(shí)際測(cè)試這種干管道系統(tǒng)來(lái)確定所述系統(tǒng)是否將遵照實(shí)際規(guī)則要求向噴灑器輸送水；(b)在考慮到局部流條件并且消除了對(duì)快速打開(kāi)的設(shè)備的使用的情況下，驗(yàn)證在501到750加侖之間的現(xiàn)有干管道系統(tǒng)是否將在所期望的持續(xù)時(shí)間內(nèi)輸送流體；以及(c)修改現(xiàn)有系統(tǒng)以便基于對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)計(jì)的修改來(lái)通過(guò)所述測(cè)試，而無(wú)需利用所述修改來(lái)實(shí)際測(cè)試所述系統(tǒng)。這些措施帶來(lái)了非常有競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)勢(shì)用于精確的而且可驗(yàn)證的計(jì)算機(jī)建模的支出成本將低于物理測(cè)試的成本。
所述方法包括干管道消防噴灑器系統(tǒng)設(shè)計(jì)(其具有適當(dāng)尺寸的立管，比如4英寸或8英寸)的任意設(shè)計(jì)，其具有大于500加侖的設(shè)計(jì)系統(tǒng)容量，并且不依賴于快速打開(kāi)的設(shè)備。通過(guò)所述計(jì)算機(jī)程序的至少其中一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例把所述設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)模型。該計(jì)算機(jī)程序?qū)㈩A(yù)測(cè)干管道閥門的致動(dòng)與在噴灑頭處輸送流體之間的液體輸送時(shí)間(即解扣時(shí)間和運(yùn)送時(shí)間)。也就是說(shuō)，所述計(jì)算機(jī)程序可以把所述管道設(shè)計(jì)的物理屬性建模為一組節(jié)點(diǎn)和管道，其中所述節(jié)點(diǎn)的屬性至少表示以下內(nèi)容從一種管道尺寸到另一種的過(guò)渡點(diǎn)，彎頭或彎管，用于重定向、分流或者混合流的三通和斜三通，出口或噴嘴，噴灑頭，以及排風(fēng)機(jī)。所述管道的屬性至少表示以下內(nèi)容管道的類型、尺寸、材料、C因數(shù)、絕對(duì)粗糙度，或者壓力損失(閥門和閥門組件)，或者增壓(泵)參數(shù)。此外，所述計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行以下操作當(dāng)氣體被允許通過(guò)所述網(wǎng)絡(luò)中的打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)從該網(wǎng)絡(luò)中逸出時(shí)，估計(jì)令該網(wǎng)絡(luò)中的氣壓下降到低于閾值壓力所需的持續(xù)時(shí)間；近似流體前沿從所述網(wǎng)絡(luò)中的初始位置行進(jìn)到所述打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)所需的持續(xù)時(shí)間；以及隨著所述流體前沿從所述初始位置行進(jìn)到所述打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)，確定隨時(shí)間的所述流體壓力的近似。如果所述設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)運(yùn)送時(shí)間少于60秒或者任何所期望的閾值，則所述計(jì)算機(jī)程序可以被用戶使用來(lái)調(diào)節(jié)所述設(shè)計(jì)的物理屬性，從而使得所預(yù)測(cè)的運(yùn)送持續(xù)時(shí)間符合所期望的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)所預(yù)測(cè)的運(yùn)送時(shí)間處在所期望的持續(xù)時(shí)間(例如是60、50、45、40或15秒，這取決于在NFPA 13(2002)下分類的危險(xiǎn)類型)之內(nèi)并且處在可以接受的誤差率之內(nèi)時(shí)，則將通過(guò)實(shí)際構(gòu)造基于所述設(shè)計(jì)的干管道消防噴灑器系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)所述設(shè)計(jì)，而無(wú)需實(shí)際的測(cè)試證明。
所述處理還適于改進(jìn)現(xiàn)有的干管道噴灑器系統(tǒng)，以便例如考慮局部操作參數(shù)(例如壓力、流量)、消防泵或者去除某些組件。例如，將在沒(méi)有加速器的情況下對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行建模，以便確定所建模的系統(tǒng)是否能夠在以適當(dāng)?shù)拈撝蛋蚜黧w輸送到最小數(shù)目的液壓距離較遠(yuǎn)的(多個(gè))噴灑器，所述閾值例如是針對(duì)住宅應(yīng)用的一個(gè)打開(kāi)的噴灑器是15秒或更少；針對(duì)高堆放儲(chǔ)存應(yīng)用的4個(gè)打開(kāi)的噴灑器是40秒或更少；針對(duì)特別危害的4個(gè)打開(kāi)的噴灑器是45秒或更少；針對(duì)普通儲(chǔ)存的兩個(gè)打開(kāi)的噴灑器是50秒或更少；以及針對(duì)輕度危險(xiǎn)應(yīng)用的一個(gè)打開(kāi)的噴灑器是60秒或更少。
如果現(xiàn)有系統(tǒng)的模型通過(guò)所述程序表明該現(xiàn)有系統(tǒng)將不能通過(guò)所述測(cè)試，則用戶將有機(jī)會(huì)通過(guò)考慮局部條件(比如增大的壓力和流率)來(lái)修改該模型，或者用戶可以修改所述系統(tǒng)的其他參數(shù)，以便允許所述模型符合所述測(cè)試。此外，通過(guò)使用所述程序的優(yōu)選實(shí)施例，個(gè)體將能夠以合理的確信度來(lái)確定現(xiàn)有系統(tǒng)是否將通過(guò)所述運(yùn)送時(shí)間測(cè)試。
所述優(yōu)選實(shí)施例有許多優(yōu)點(diǎn)。采用干管道噴灑器系統(tǒng)的個(gè)體現(xiàn)在能夠基于可用水源以及將要保護(hù)的建筑物的幾何結(jié)構(gòu)而把系統(tǒng)尺寸最大化。所述優(yōu)選實(shí)施例將允許個(gè)體檢查各種選項(xiàng)，以便在確立最終設(shè)計(jì)并且獲取用于所述項(xiàng)目的組件之前符合安裝要求(例如NFPA 13(2002版))。此外，最終的計(jì)算將證實(shí)所述系統(tǒng)在適當(dāng)時(shí)間內(nèi)把水提供到所述噴灑器系統(tǒng)的最遠(yuǎn)部分的能力。這樣將排除了實(shí)際測(cè)試的時(shí)間、開(kāi)銷和弊端 雖然參照某些實(shí)施例公開(kāi)了本發(fā)明，但是在不脫離如權(quán)利要求書(shū)中限定的本發(fā)明的領(lǐng)域和范圍的情況下可以對(duì)所描述的實(shí)施例做出許多修改、變更及改變。相應(yīng)地，本發(fā)明不應(yīng)限于所描述的實(shí)施例，而是具有通過(guò)所附權(quán)利要求書(shū)的語(yǔ)言及其等效表述所限定的完全范圍。
權(quán)利要求
1、一種分析干管道系統(tǒng)的方法，該方法包括
配置至少一個(gè)參考干管道系統(tǒng)的模型，其具有包括液體源的濕部分以及定義一定氣體體積的干部分；以及
計(jì)算從所述濕部分到所述干部分的流體流量，其中包括計(jì)算從所述濕部分到所述干部分的流動(dòng)時(shí)間，所述計(jì)算優(yōu)選地在所述至少一個(gè)參考干管道系統(tǒng)中的實(shí)際液體的20％之內(nèi)提供對(duì)所述模型中的流體流動(dòng)時(shí)間的驗(yàn)證。
2、權(quán)利要求1的方法，其中，配置所述模型包括互連多個(gè)節(jié)點(diǎn)以便定義所述濕部分和所述干部分，所述各節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于管道連接器，并且所述各節(jié)點(diǎn)之間的互連對(duì)應(yīng)于管道設(shè)備，所述配置還包括配置所述干部分中的至少一部分節(jié)點(diǎn)以便定義至少一個(gè)噴灑器設(shè)備。
3、權(quán)利要求2的方法，其中，計(jì)算流體流量包括確定至少一對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的氣體和液體流特性，其中包括針對(duì)至少一個(gè)液體前沿確定氣體壓力和氣體體積，以便定義部分地填充了液體的管道設(shè)備。
4、在前權(quán)利要求2-3當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，計(jì)算流體流量包括確定所述干部分中的第一液體前沿和第二液體前沿，以便定義至少一個(gè)部分地填充了包括氣泡的液體的管道設(shè)備。
5、在前權(quán)利要求2-4當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，配置所述模型包括把所述干部分中的至少一對(duì)節(jié)點(diǎn)配置成包括作為管道的封閉端的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且其中計(jì)算流體流量包括計(jì)算氣體流特性，所述特性當(dāng)中包括氣體體積。
6、在前權(quán)利要求4-5當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，配置所述模型包括把所述干部分中的至少一對(duì)節(jié)點(diǎn)配置成包括向環(huán)境打開(kāi)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且其中計(jì)算流體流量包括計(jì)算氣體流特性，所述特性當(dāng)中包括氣體體積，所述氣體體積是相對(duì)于所述至少一個(gè)液體前沿被動(dòng)態(tài)地確定的。
7、在前權(quán)利要求2-5當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，配置所述模型包括互連所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)以便定義至少一個(gè)環(huán)路。
8、權(quán)利要求7的方法，其中，計(jì)算所述流體流量包括確定所述系統(tǒng)的包括所述至少一個(gè)環(huán)路的該部分的氣體和液體特性。
9、在前權(quán)利要求2-8當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，配置所述模型包括通過(guò)等效管道長(zhǎng)度或者點(diǎn)陣列的其中之一把所述多個(gè)管道設(shè)備的至少其中之一配置成干管道閥門，其中所述點(diǎn)陣列定義對(duì)應(yīng)于所述閥門的壓力損失與流量的關(guān)系函數(shù)。
10、權(quán)利要求9的方法，其中，配置所述模型包括定義所述干管道閥門，所述干管道閥門包括微分解扣比。
11、權(quán)利要求9-10當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，配置所述模型包括配置耦合到加速器的所述干管道閥門，所述加速器具有加速器壓力微分和加速器固定時(shí)間的至少其中之一。
12、權(quán)利要求2-11當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，配置所述模型包括配置所述干部分的至少一部分節(jié)點(diǎn)，以便對(duì)具有開(kāi)口尺寸、解扣壓力微分和關(guān)閉時(shí)間的排風(fēng)機(jī)進(jìn)行建模。
13、權(quán)利要求2-11當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，配置所述模型包括把所述濕部分配置成包括對(duì)流體供應(yīng)進(jìn)行建模的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且進(jìn)一步通過(guò)壓力與流量的關(guān)系函數(shù)來(lái)定義所述流體供應(yīng)。
14、權(quán)利要求13的方法，其中，通過(guò)壓力與流量的關(guān)系函數(shù)來(lái)定義所述流體供應(yīng)，從而使得所述函數(shù)是流率的1.85次乘方的多項(xiàng)式。
15、權(quán)利要求2-14當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，配置所述模型包括把所述濕部分配置成包括消防泵，并且進(jìn)一步通過(guò)壓力與流量的關(guān)系函數(shù)來(lái)定義所述消防泵。
16、權(quán)利要求14的方法，其中，通過(guò)壓力與流量的關(guān)系函數(shù)來(lái)定義所述消防泵，從而使得所述函數(shù)是流率的1.85次乘方的多項(xiàng)式。
17、權(quán)利要求2-16當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，配置所述模型包括配置所述濕部分的至少一個(gè)互連，以便對(duì)回流防止器進(jìn)行建模。
18、權(quán)利要求2-17當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，配置所述模型包括仿真一個(gè)事件序列，所述事件序列包括對(duì)打開(kāi)多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定序，以便仿真對(duì)所述干部分中的各噴灑器的順序打開(kāi)。
19、權(quán)利要求2-18當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，配置所述模型包括把所述系統(tǒng)建模為單互鎖預(yù)作用系統(tǒng)、雙互鎖預(yù)作用系統(tǒng)或者非互鎖預(yù)作用系統(tǒng)的其中之一。
20、權(quán)利要求1-19當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，配置所述模型包括在用戶接口中輸入所述干管道系統(tǒng)的特性，所述用戶接口包括至少一個(gè)數(shù)據(jù)輸入域，以便把實(shí)體表征為管道、打開(kāi)設(shè)備、管道配件、閥門或泵的其中之一。
21、權(quán)利要求1-20當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，還包括把流經(jīng)所述模型的液體和氣體流顯示為圖形顯示，所述圖形顯示包括實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)仿真。
22、權(quán)利要求21的方法，其中，所述顯示包括在具有三條正交軸的參考框架中顯示所述模型
23、權(quán)利要求22的方法，其中，所述顯示包括圍繞所述三條軸當(dāng)中的任一項(xiàng)來(lái)旋轉(zhuǎn)所述模型。
24、權(quán)利要求2-23當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，計(jì)算流體流量包括生成一個(gè)方程組，該方程組描述所述流體流在所述濕部分和干部分內(nèi)隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)；以及根據(jù)是否為所述系統(tǒng)提供了在該系統(tǒng)的任一項(xiàng)管道中與至少一個(gè)液體前沿相互作用的氣體而改變所述方程組。
25、權(quán)利要求2-24當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，計(jì)算所述流體流量包括當(dāng)允許所述氣體從至少一個(gè)向周圍環(huán)境打開(kāi)的噴灑器設(shè)備排出時(shí)，估計(jì)所述氣體的壓力處于閾值壓力以下的持續(xù)時(shí)間。
26、權(quán)利要求1-25當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，配置所述至少一個(gè)參考干管道系統(tǒng)的模型包括把該參考干管道系統(tǒng)建模為包括至少395加侖的系統(tǒng)容積，所述干管道噴灑器系統(tǒng)初始地填充了加壓氣體，該干管道系統(tǒng)包括
由第一到第十二條通常平行的分支管道構(gòu)成的陣列，其通常被設(shè)置在第一水平面上并且通常在地面上方與地面平行，每一條所述分支管道具有位于每一條分支線的中點(diǎn)附近的球閥；
第一和第二交叉總管，其被布置在地面與第一平面之間并且通常與所述分支管道正交地延伸，所述交叉總管通過(guò)第一連接管道和第二連接管道彼此相連，所述第一和第二連接管道被提高到所述交叉總管上方，每一條所述連接管道在所述連接管道連接到所述交叉總管的每一個(gè)位置處具有蝶形閥，所述第一和第二交叉總管當(dāng)中的每一條在該交叉總管的下表面處與第一、第二和第三排水管道連接，所述排水管道具有對(duì)應(yīng)的第一到第三球閥，每一個(gè)所述球閥連接到排水道；
把第一交叉總管和第二交叉總管連接到每一條所述分支管道的多個(gè)分支線立管，所述多個(gè)分支線立管當(dāng)中的每一個(gè)在低于每一條所述分支管道的中點(diǎn)的位置處連接到對(duì)應(yīng)的分支線，所述多個(gè)分支線立管當(dāng)中的每一個(gè)包括位于每一個(gè)所述交叉總管的上表面上方的球閥；
連接到所述多條分支管道當(dāng)中的每一條的多個(gè)噴灑頭，所述多個(gè)噴灑頭彼此間隔開(kāi)；
液體源，其液體流率對(duì)應(yīng)于多條壓力對(duì)流率曲線的其中之一；以及
干管道閥門，其與所述液體源相聯(lián)系并且連接到所述第一和第二立管的至少其中之一，其具有所述液體源中的液體壓力與所述立管中的氣體壓力之間的壓力微分。
27、權(quán)利要求26的方法，其中，配置所述至少一個(gè)參考干管道系統(tǒng)的模型包括對(duì)該參考干管道系統(tǒng)進(jìn)行建模，所述參考干管道系統(tǒng)包括在干管道閥門與噴灑器之間的近似為58秒的實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)間，該參考干管道系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上包括
(a)包括位于地面上方近似14英尺4英寸處的12條通常平行的分支管道的陣列，第一分支線鄰近該陣列的第一端，第十二分支線鄰近該陣列的第二端，每一條所述分支管道定義內(nèi)直徑近似為1.25英寸的管道，所述球閥的內(nèi)直徑近似為1.25英寸并且其流量系數(shù)近似為120gpm/psig1/2；
(b)與所述第一平面近似間隔開(kāi)28英寸的第一和第二交叉總管，每一條所述交叉總管的內(nèi)直徑近似為4英寸，所述第一和第二連接管道的內(nèi)直徑近似為4英寸并且被提高到所述交叉總管上方，其中在每一條所述交叉總管的中心線與每一條所述連接管道的中心線之間近似有10英寸，每一條所述連接管道的蝶形閥在所述連接管道連接到所述交叉總管的位置處具有近似為630gpm/psig1/2的的流量系數(shù)，所述蝶形閥被配置在完全流量位置處，所述第一和第二交叉總管當(dāng)中的每一條在該交叉總管的下表面處與第一、第二和第三排水管道連接，所述排水管道的直徑近似為2英寸并且通常被布置成與地面垂直，所述排水管道具有對(duì)應(yīng)的第一到第三球閥，每一個(gè)所述球閥具有近似2英寸的內(nèi)直徑，并且每一個(gè)所述球閥在最靠近地面的位置處連接到所述排水管道；
(c)所述多個(gè)分支線立管當(dāng)中的每一個(gè)在比每一條所述分支管道的中點(diǎn)低近似4英寸的位置處連接到對(duì)應(yīng)的分支線，所述多個(gè)分支線立管當(dāng)中的每一個(gè)包括球閥，所述球閥具有近似為1.25英寸的內(nèi)直徑以及近似為120gpm/psig1/2的流量系數(shù)，并且位于每一個(gè)所述交叉總管的上表面上方的近似14英寸處；
(d)多個(gè)噴灑器，其包括被連接到所述多條分支管道當(dāng)中的每一條的多個(gè)豎立式Central GB 1/2英寸噴灑頭，所述噴灑頭具有5.6gpm/psig1/2的K因數(shù)，所述多個(gè)噴灑頭彼此間隔開(kāi)，其中所述噴灑頭的中心到中心距離近似為9英尺4.5英寸，每一個(gè)所述立管包括8英寸三通
No.20，該8英寸三通經(jīng)由8英寸接頭
型號(hào)77連接到8英寸直徑的調(diào)度10管道，該管道的指向通常與地面垂直，該8英寸管道通過(guò)8英寸接頭
型號(hào)77和6英寸接頭
型號(hào)77連接到8”X6”同心異徑管
No.50，該同心異徑管連接到6英寸止回閥
型號(hào)90，該止回閥通過(guò)兩個(gè)6英寸接頭
型號(hào)77連接到6英寸溝槽式蝶形閥
該蝶形閥通過(guò)兩個(gè)6英寸接頭
型號(hào)77連接到6英寸三通
No.20，該6英寸三通經(jīng)由6英寸接頭
型號(hào)77連接到第二6英寸三通
No.20，該6英寸三通還經(jīng)由6英寸接頭
型號(hào)77和4英寸接頭
型號(hào)77連接到6”到4”同心異徑管
No.50，該第二6英寸三通連接到供應(yīng)管道，其中從該供應(yīng)管道的中心線到所述8英寸三通的中心線間隔近似126英寸的距離，所述異徑管首先連接到4英寸三通
No.20，其次連接到Setra/計(jì)量器組件，該4英寸三通經(jīng)由兩個(gè)4英寸接頭
型號(hào)77連接到4英寸溝槽式蝶形閥
該4英寸蝶形閥連接到4英寸止回閥
型號(hào)90，該4英寸止回閥連接到4英寸調(diào)度10管道，該管道的長(zhǎng)度近似為97.1英寸并且其指向通常與地面垂直；
(e)液體源，其具有對(duì)應(yīng)于壓力對(duì)流率曲線的以加侖每分鐘計(jì)的水流率，所述壓力對(duì)流率曲線被定義為連接曲線圖上的5個(gè)點(diǎn)的笛卡爾曲線圖，其中包括近似為41psig比200gpm的第一點(diǎn)，近似為37psig比400gpm的第二點(diǎn)，近似為32psig比600gpm的第三點(diǎn)，近似為24psig比800gpm的第四點(diǎn)，近似為13psig比1000gpm的第五點(diǎn)；
(f)所述干管道閥門被配置成在30psig下打開(kāi)，其中在所述壓力對(duì)流率曲線上，初始系統(tǒng)氣體壓力為35psig并且液體供應(yīng)壓力為45psig；
(g)所述側(cè)壁類型測(cè)試噴灑頭具有5.6gpm/psig1/2的K因數(shù)，其連接到長(zhǎng)度為2.7英寸的1.25英寸x0.5英寸x0.5英寸的異徑三通，該三通的一端連接到Setra型號(hào)205-2計(jì)量器，并且其第二端連接到長(zhǎng)度為2.2英寸的1.25英寸短管調(diào)度40，該1.25英寸短管連接到長(zhǎng)度為3.8英寸的1.25英寸
電磁閥，該電磁閥連接到長(zhǎng)度為3.7英寸的1.25英寸適配器短管調(diào)度40，該適配器短管連接到第一1.25英寸
型號(hào)77接頭，該型號(hào)77接頭連接到
No.10九十度彎頭，所述彎頭連接到第二1.25英寸
型號(hào)77接頭，并且通常在與地面平行的方向上與第一1.25英寸接頭間隔大約2.8英寸，該第二1.25英寸接頭連接到第一分支線。
28、權(quán)利要求1-25當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，計(jì)算流體流量包括驗(yàn)證所述參考干管道系統(tǒng)的所述模型的液體輸送時(shí)間在對(duì)應(yīng)于該參考干管道系統(tǒng)的實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)間的10％之內(nèi)。
29、一種用于分析干管道系統(tǒng)的模型的計(jì)算機(jī)程序，其包括
用戶接口；
與該用戶接口通信的模型發(fā)生器，該模型發(fā)生器被配置成定義至少一個(gè)參考干管道系統(tǒng)的模型，所述模型包括多個(gè)互連的節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于管道連接器，所述節(jié)點(diǎn)之間的互連對(duì)應(yīng)于管道設(shè)備，所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)定義干部分和濕部分，其中所述濕部分包括液體源，所述干部分包括多條互連的管道以便定義氣體體積，所述干部分中的至少一部分節(jié)點(diǎn)定義至少一個(gè)噴灑器設(shè)備；以及
計(jì)算引擎，其被配置成對(duì)從所述濕部分流到所述干部分的液體進(jìn)行仿真，以便確定流經(jīng)各管道的氣體和液體的氣體和液體流特性，從而至少確定從所述濕部分到所述至少一個(gè)噴灑器設(shè)備的液體流動(dòng)時(shí)間，其中所述計(jì)算引擎在所述至少一個(gè)參考干管道系統(tǒng)中的實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)間的20％之內(nèi)提供對(duì)所述模型中的所述液體流動(dòng)時(shí)間的驗(yàn)證。
30、權(quán)利要求29的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述計(jì)算引擎被配置成確定至少一對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的氣體和液體流特性，以便定義部分地填充了液體的管道，其中所述特性包括關(guān)于至少一個(gè)液體前沿的氣體壓力和氣體體積。
31、權(quán)利要求30的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述至少一個(gè)液體前沿包括第一液體前沿和第二液體前沿，從而所述部分地填充了液體的管道包括氣泡。
32、權(quán)利要求30-31當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述至少一對(duì)節(jié)點(diǎn)包括作為管道的封閉端的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且所述氣體流特性還包括隨著所述液體從所述濕部分流到所述干部分而作為時(shí)間的函數(shù)的氣體體積。
33、權(quán)利要求31-32當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述至少一對(duì)節(jié)點(diǎn)包括向環(huán)境打開(kāi)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所述氣體流特性包括氣體體積，所述氣體體積是相對(duì)于所述至少一個(gè)液體流前沿被動(dòng)態(tài)地確定的。
34、權(quán)利要求29-33當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述多條互連的管道定義至少一個(gè)環(huán)路。
35、權(quán)利要求34的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述計(jì)算引擎被配置成確定所述系統(tǒng)的包括所述至少一個(gè)環(huán)路的一部分中的氣體和液體特性。
36、權(quán)利要求29-35當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述多條管道的至少其中之一通過(guò)等效管道長(zhǎng)度或者點(diǎn)陣列的其中之一來(lái)對(duì)干管道閥門進(jìn)行建模，其中所述點(diǎn)陣列定義對(duì)應(yīng)于所述閥門的壓力損失與流量的關(guān)系函數(shù)。
37、權(quán)利要求36的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述干管道閥門包括微分解扣比。
38、權(quán)利要求36-37當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述干管道閥門包括加速器，所述加速器具有加速器壓力微分和加速器固定時(shí)間的至少其中之一。
39、權(quán)利要求29-38當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述干部分的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)具有開(kāi)口尺寸、解扣壓力和關(guān)閉時(shí)間的排風(fēng)機(jī)進(jìn)行建模。
40、權(quán)利要求29-39當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，對(duì)所述液體供應(yīng)進(jìn)行建模的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)壓力與流量的關(guān)系函數(shù)來(lái)定義所述液體供應(yīng)。
41、權(quán)利要求29-41當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述函數(shù)是所述流率的1.85次乘方的多項(xiàng)式。
42、權(quán)利要求29-41當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述濕部分包括至少一個(gè)互連，其被配置成通過(guò)壓力與流量的關(guān)系函數(shù)來(lái)對(duì)消防泵進(jìn)行建模。
43、權(quán)利要求42的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述函數(shù)是所述流率的1.85次乘方的多項(xiàng)式。
44、權(quán)利要求29-43當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述濕部分包括至少一個(gè)互連，以便對(duì)回流防止器進(jìn)行建模。
45、權(quán)利要求29-44當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述計(jì)算引擎包括用來(lái)仿真事件序列的定序器，所述事件序列包括對(duì)打開(kāi)多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定序，以便仿真對(duì)所述干管道系統(tǒng)中的各節(jié)點(diǎn)設(shè)備的順序打開(kāi)。
46、權(quán)利要求29-45當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述計(jì)算引擎被配置成對(duì)單互鎖預(yù)作用系統(tǒng)、雙互鎖預(yù)作用系統(tǒng)或者非互鎖預(yù)作用系統(tǒng)進(jìn)行建模。
47、權(quán)利要求29-46當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述用戶接口被配置成用于輸入所述干管道系統(tǒng)的特性，所述用戶接口包括至少一個(gè)數(shù)據(jù)輸入域，以便把實(shí)體表征為管道、打開(kāi)設(shè)備、管道配件、閥門或泵的其中之一。
48、權(quán)利要求29-47當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，還包括耦合到所述計(jì)算引擎和所述模型發(fā)生器的顯示設(shè)備，該顯示設(shè)備被配置成生成流經(jīng)所述模型干管道系統(tǒng)的液體和氣體流的圖形顯示，其中所述圖形顯示是實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)仿真。
49、權(quán)利要求48的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述顯示設(shè)備被配置成在具有三條正交軸的參考框架中顯示所述模型。
50、權(quán)利要求49的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述顯示設(shè)備可以圍繞所述三條軸當(dāng)中的任一項(xiàng)來(lái)旋轉(zhuǎn)所述模型。
51、權(quán)利要求29-50當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，為所述計(jì)算引擎提供一個(gè)方程組，該方程組描述所述液體前沿在所述濕部分和干部分的至少其中之一內(nèi)隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)，并且所述計(jì)算引擎被配置成根據(jù)是否為所述系統(tǒng)提供了在該系統(tǒng)的任一項(xiàng)管道中與所述液體前沿相互作用的氣體而改變所述方程組，從而當(dāng)在計(jì)算機(jī)中具體實(shí)現(xiàn)所述計(jì)算引擎時(shí)，該引擎進(jìn)行以下操作提供對(duì)應(yīng)于液體流經(jīng)所述系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間的圖形顯示的數(shù)據(jù)；以及提供對(duì)于在允許所述氣體通過(guò)所述網(wǎng)絡(luò)中的打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)從該網(wǎng)絡(luò)中排出時(shí)該網(wǎng)絡(luò)中的氣體壓力下降到低于閾值壓力所需的持續(xù)時(shí)間的估計(jì)，其中所述閾值壓力被定義為所述液體壓力與所述氣體壓力的預(yù)設(shè)比值。
52、權(quán)利要求29-51當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述氣體流特性包括對(duì)于在允許所述氣體從向環(huán)境打開(kāi)的該組節(jié)點(diǎn)設(shè)備排出時(shí)所述氣體壓力減小到閾值壓力所需的持續(xù)時(shí)間的估計(jì)。
53、權(quán)利要求29-52當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述參考干管道系統(tǒng)包括干管道噴灑器系統(tǒng)，該噴灑器系統(tǒng)具有至少395加侖的系統(tǒng)容積，所述干管道噴灑器系統(tǒng)初始地填充了加壓氣體，該干管道系統(tǒng)包括
由第一到第十二條通常平行的分支管道構(gòu)成的陣列，其通常被設(shè)置在第一水平面上并且通常在地面上方與地面平行，每一條所述分支管道具有位于每一條分支線的中點(diǎn)附近的球閥；
第一和第二交叉總管，其被布置在地面與第一平面之間并且通常與所述分支管道正交地延伸，所述交叉總管通過(guò)第一連接管道和第二連接管道彼此相連，所述第一和第二連接管道被提高到所述交叉總管上方，每一條所述連接管道在所述連接管道連接到所述交叉總管的每一個(gè)位置處具有蝶形閥，所述第一和第二交叉總管當(dāng)中的每一條在該交叉總管的下表面處與第一、第二和第三排水管道連接，所述排水管道具有對(duì)應(yīng)的第一到第三球閥，每一個(gè)所述球閥連接到排水道；
把第一交叉總管和第二交叉總管連接到每一條所述分支管道的多個(gè)分支線立管，所述多個(gè)分支線立管當(dāng)中的每一個(gè)在低于每一條所述分支管道的中點(diǎn)的位置處連接到對(duì)應(yīng)的分支線，所述多個(gè)分支線立管當(dāng)中的每一個(gè)包括位于每一個(gè)所述交叉總管的上表面上方的球閥；
連接到所述多條分支管道當(dāng)中的每一條的多個(gè)噴灑頭，所述多個(gè)噴灑頭彼此間隔開(kāi)；
液體源，其液體流率對(duì)應(yīng)于多條壓力對(duì)流率曲線的其中之一；以及
干管道閥門，其與所述液體源相聯(lián)系并且連接到所述第一和第二立管的至少其中之一，其具有所述液體源中的液體壓力與所述立管中的氣體壓力之間的壓力微分。
54、權(quán)利要求29-53當(dāng)中的任一項(xiàng)的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述參考樹(shù)類型干管道系統(tǒng)包括在干管道閥門與噴灑器之間的近似為58秒的實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)間，該參考干管道系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上包括
(a)包括位于地面上方近似14英尺4英寸處的12條通常平行的分支管道的陣列，第一分支線鄰近該陣列的第一端，第十二分支線鄰近該陣列的第二端，每一條所述分支管道定義內(nèi)直徑近似為1.25英寸的管道，所述球閥的內(nèi)直徑近似為1.25英寸并且其流量系數(shù)近似為120gpm/psig1/2；
(b)與所述第一平面近似間隔開(kāi)28英寸的第一和第二交叉總管，每一條所述交叉總管的內(nèi)直徑近似為4英寸，所述第一和第二連接管道的內(nèi)直徑近似為4英寸并且被提高到所述交叉總管上方，其中在每一條所述交叉總管的中心線與每一條所述連接管道的中心線之間近似有10英寸，每一條所述連接管道的蝶形閥在所述連接管道連接到所述交叉總管的位置處具有近似為630gpm/psig1/2的的流量系數(shù)，所述蝶形閥被配置在完全流量位置處，所述第一和第二交叉總管當(dāng)中的每一條在該交叉總管的下表面處與第一、第二和第三排水管道連接，所述排水管道的直徑近似為2英寸并且通常被布置成與地面垂直，所述排水管道具有對(duì)應(yīng)的第一到第三球閥，每一個(gè)所述球閥具有近似2英寸的內(nèi)直徑，并且每一個(gè)所述球閥在最靠近地面的位置處連接到所述排水管道；
(c)所述多個(gè)分支線立管當(dāng)中的每一個(gè)在比每一條所述分支管道的中點(diǎn)低近似4英寸的位置處連接到對(duì)應(yīng)的分支線，所述多個(gè)分支線立管當(dāng)中的每一個(gè)包括球閥，所述球閥具有近似為1.25英寸的內(nèi)直徑以及近似為120gpm/psig1/2的流量系數(shù)，并且位于每一個(gè)所述交叉總管的上表面上方的近似14英寸處；
(d)多個(gè)噴灑器，其包括被連接到所述多條分支管道當(dāng)中的每一條的多個(gè)豎立式Central GB 1/2英寸噴灑頭，所述噴灑頭具有5.6gpm/psig1/2的K因數(shù)，所述多個(gè)噴灑頭彼此間隔開(kāi)，其中所述噴灑頭的中心到中心距離近似為9英尺4.5英寸，每一個(gè)所述立管包括8英寸三通
No.20，該8英寸三通經(jīng)由8英寸接頭
型號(hào)77連接到8英寸直徑的調(diào)度10管道，該管道的指向通常與地面垂直，該8英寸管道通過(guò)8英寸接頭
型號(hào)77和6英寸接頭
型號(hào)77連接到8”X6”同心異徑管
No.50，該同心異徑管連接到6英寸止回閥
型號(hào)90，該止回閥通過(guò)兩個(gè)6英寸接頭
型號(hào)77連接到6英寸溝槽式蝶形閥
，該蝶形閥通過(guò)兩個(gè)6英寸接頭
型號(hào)77連接到6英寸三通
No.20，該6英寸三通經(jīng)由6英寸接頭
型號(hào)77連接到第二6英寸三通
No.20，該6英寸三通還經(jīng)由6英寸接頭
型號(hào)77和4英寸接頭
型號(hào)77連接到6”到4”同心異徑管
No.50，該第二6英寸三通連接到供應(yīng)管道，其中從該供應(yīng)管道的中心線到所述8英寸三通的中心線間隔近似126英寸的距離，所述異徑管首先連接到4英寸三通
No.20，其次連接到Setra/計(jì)量器組件，該4英寸三通經(jīng)由兩個(gè)4英寸接頭
型號(hào)77連接到4英寸溝槽式蝶形閥
該4英寸蝶形閥連接到4英寸止回閥
型號(hào)90，該4英寸止回閥連接到4英寸調(diào)度10管道，該管道的長(zhǎng)度近似為97.1英寸并且其指向通常與地面垂直；
(e)液體源，其具有對(duì)應(yīng)于壓力對(duì)流率曲線的以加侖每分鐘計(jì)的水流率，所述壓力對(duì)流率曲線被定義為連接曲線圖上的5個(gè)點(diǎn)的笛卡爾曲線圖，其中包括近似為41psig比200gpm的第一點(diǎn)，近似為37psig比400gpm的第二點(diǎn)，近似為32psig比600gpm的第三點(diǎn)，近似為24psig比800gpm的第四點(diǎn)，近似為13psig比1000gpm的第五點(diǎn)；
(f)所述干管道閥門被配置成在30psig下打開(kāi)，其中在所述壓力對(duì)流率曲線上，初始系統(tǒng)氣體壓力為35psig并且液體供應(yīng)壓力為45psig；
(g)所述側(cè)壁類型測(cè)試噴灑頭具有5.6gpm/psig1/2的K因數(shù)，其連接到長(zhǎng)度為2.7英寸的1.25英寸x0.5英寸x0.5英寸的異徑三通，該三通的一端連接到Setra型號(hào)205-2計(jì)量器，并且其第二端連接到長(zhǎng)度為2.2英寸的1.25英寸短管調(diào)度40，該1.25英寸短管連接到長(zhǎng)度為3.8英寸的1.25英寸
電磁閥，該電磁閥連接到長(zhǎng)度為3.7英寸的1.25英寸適配器短管調(diào)度40，該適配器短管連接到第一1.25英寸
型號(hào)77接頭，該型號(hào)77接頭連接到
No.10九十度彎頭，所述彎頭連接到第二1.25英寸
型號(hào)77接頭，并且通常在與地面平行的方向上與第一1.25英寸接頭間隔大約2.8英寸，該第二1.25英寸接頭連接到第一分支線。
55、權(quán)利要求54的計(jì)算機(jī)程序，其中，對(duì)所述參考干管道系統(tǒng)的所述模型的液體輸送時(shí)間的驗(yàn)證是在對(duì)應(yīng)于該參考干管道系統(tǒng)的實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)間的10％之內(nèi)進(jìn)行的。
56、一種用于設(shè)計(jì)具有濕部分和干部分的管線系統(tǒng)的方法，該方法包括
生成流經(jīng)所述管線系統(tǒng)的液體和氣體流的至少基于時(shí)間的特性，其中所述液體從所述濕部分流向所述干部分，所述基于時(shí)間的特性包括運(yùn)送時(shí)間，所述運(yùn)送時(shí)間的值基于計(jì)算處理，所述計(jì)算處理評(píng)估所述管線系統(tǒng)的每一條管道中的液體流和氣體流的至少其中之一的物理過(guò)程。
57、權(quán)利要求56的方法，其中，所述液體包括丙醇，所述氣體包括氮?dú)狻?br> 58、權(quán)利要求56的方法，其中，所述液體包括乙二醇，所述氣體包括氮?dú)狻?br> 59、權(quán)利要求56的方法，其中，所述液體包括水，所述氣體包括氮?dú)狻?br> 60、權(quán)利要求56-59當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述生成包括求解能量方程組，該方程組描述具有液體的管道和節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中的液體流前沿，其考慮了所述液體前沿上的氣體流和壓力相互作用。
61、權(quán)利要求56-60當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述生成包括在整個(gè)液體傳輸流時(shí)間段內(nèi)求解作為節(jié)點(diǎn)和管道的網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)管線系統(tǒng)中的液體、氣體或液體-氣體混合物的流的動(dòng)量平衡方程組。
62、權(quán)利要求56-61當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述生成包括確定所述網(wǎng)絡(luò)中的液體或氣體流是等熵還是等溫過(guò)程。
63、權(quán)利要求56-61當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述生成包括確定所述網(wǎng)絡(luò)中的液體或氣體流是否是多方過(guò)程。
64、權(quán)利要求56-63當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述生成包括
把所述管線系統(tǒng)的物理屬性建模為節(jié)點(diǎn)和管道的閉端網(wǎng)絡(luò)；以及
通過(guò)所述網(wǎng)絡(luò)中的液體和氣體的運(yùn)動(dòng)的能量方程來(lái)預(yù)測(cè)流經(jīng)所述管線系統(tǒng)的液體和氣體流的至少其中之一的所述至少基于時(shí)間的特性，其中所述能量方程包括沖量平衡方程。
65、權(quán)利要求64的方法，其中，所述建模包括提供所述節(jié)點(diǎn)和管道的物理屬性，所述節(jié)點(diǎn)的屬性表示從一種管道尺寸到另一種的過(guò)渡點(diǎn)、彎頭或彎管、用于分流或者混流的三通和斜三通、排風(fēng)機(jī)以及出口設(shè)備或者噴嘴或噴灑頭，所述管道和管線設(shè)備的屬性表示包括閥門、回流防止器或泵浦。
66、權(quán)利要求64-65當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述預(yù)測(cè)包括
在允許所述氣體通過(guò)所述網(wǎng)絡(luò)中的打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)從該網(wǎng)絡(luò)中選出時(shí)，估計(jì)用于該網(wǎng)絡(luò)中的氣體壓力下降到低于閾值壓力的持續(xù)時(shí)間；
隨著所述液體和氣體行經(jīng)所述網(wǎng)絡(luò)，近似用于液體前沿從所述網(wǎng)絡(luò)中的初始位置行進(jìn)到所述打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)的持續(xù)時(shí)間并且考慮損失；以及
隨著所述液體前沿從所述初始位置行進(jìn)到所述打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)，確定隨時(shí)間的所述液體的壓力的近似。
67、權(quán)利要求66的方法，其中，所述近似步驟包括
為以下各項(xiàng)確定對(duì)應(yīng)的近似值在第一點(diǎn)處所述液體的至少一部分的速度和壓力，在第二點(diǎn)處所述液體的所述至少一部分的壓力，以及所述液體的所述至少一部分在沒(méi)有任何分支的第一點(diǎn)與第二點(diǎn)之間的管道分段中的長(zhǎng)度。
68、權(quán)利要求66的方法，其中，所述近似包括
為以下各項(xiàng)確定對(duì)應(yīng)的近似值在一節(jié)點(diǎn)處的液體的速度，該節(jié)點(diǎn)具有兩個(gè)分支以供液體在第一點(diǎn)到該節(jié)點(diǎn)之間流動(dòng)；以及流到所述兩個(gè)分支的其中之一的液體的速度。
69、根據(jù)權(quán)利要求66的方法，其中，所述近似包括
確定流經(jīng)在其一端具有節(jié)點(diǎn)的管道分段的液體的對(duì)應(yīng)的近似速度，其中該節(jié)點(diǎn)具有第一、第二和第三分支，其中利用從該節(jié)點(diǎn)去向所述第一、第二和第三分支的相應(yīng)速度的估計(jì)值來(lái)確定液體的相應(yīng)的近似速度。
70、根據(jù)權(quán)利要求66-69當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述近似包括確定在所述網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間移動(dòng)的液體的壓力損失。
71、根據(jù)權(quán)利要求70的方法，其中，所述確定損失包括確定相應(yīng)設(shè)備處的配件和閥門損失，其中確定所述壓力損失還包括確定所述網(wǎng)絡(luò)中的任何泵的增壓。
72、根據(jù)權(quán)利要求70-71當(dāng)中的的方法，其中，所述確定損失包括把總壓力損失確定為沿著所述管道的摩擦壓力損失與所述配件和閥門中的壓力損失的總和。
73、根據(jù)權(quán)利要求66-72當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述確定近似速度包括確定所述網(wǎng)絡(luò)中的垂直、水平和傾斜管道內(nèi)的氣泡速度。
74、根據(jù)權(quán)利要求56-73當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述生成包括把所述系統(tǒng)建模為干管道系統(tǒng)。
75、權(quán)利要求74的方法，其中，對(duì)所述干管道系統(tǒng)的建模包括對(duì)以下進(jìn)行建模
由第一到第十二條通常平行的分支管道構(gòu)成的陣列，所述分支管道通常被設(shè)置在通常在地面上方與地面平行的第一水平面上，每一條所述分支管道具有近似位于每一條分支線的中點(diǎn)的球閥；
第一和第二交叉總管，其被布置在地面與第一平面之間并且通常與所述分支管道正交地延伸，所述交叉總管通過(guò)第一連接管道和第二連接管道彼此相連，所述第一和第二連接管道被提高到所述交叉總管上方，每一條所述連接管道在所述連接管道連接到所述交叉總管的每一個(gè)位置處具有蝶形閥，所述第一和第二交叉總管當(dāng)中的每一條在該交叉總管的下表面處與第一、第二和第三排水管道連接，所述排水管道具有相應(yīng)的第一到第三球閥，每一個(gè)所述球閥連接到排水道；
把第一交叉總管和第二交叉總管連接到每一條所述分支管道的多個(gè)分支線立管，所述多個(gè)分支線立管當(dāng)中的每一個(gè)在低于每一條所述分支管道的中點(diǎn)的位置處連接到對(duì)應(yīng)的分支線，所述多個(gè)分支線立管當(dāng)中的每一個(gè)包括位于每一個(gè)所述交叉總管的上表面上方的球閥；
連接到所述多條分支管道當(dāng)中的每一條的多個(gè)噴灑頭，所述多個(gè)噴灑頭彼此間隔開(kāi)；
源，其液體流率對(duì)應(yīng)于多條壓力對(duì)流率曲線中的一條；
干管道閥門，其與所述液體源液體相通并且連接到所述第一和第二立管中的至少一個(gè)，具有所述源中的液體壓力與所述立管中的氣體壓力之間的壓差。
76、權(quán)利要求74的方法，其中，所述生成步驟包括利用所述參考干管道系統(tǒng)的模型來(lái)驗(yàn)證液體流的運(yùn)送時(shí)間，其中該參考干管道系統(tǒng)在干管道閥門與噴灑器之間具有近似為58秒的實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)間，并且所述生成步驟還包括在所述實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)間的10％之內(nèi)生成驗(yàn)證，該參考干管道系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上包括
(a)包括位于地面上方近似14英尺4英寸處的12條通常平行的分支管道的陣列，第一分支線鄰近該陣列的第一端，第十二分支線鄰近該陣列的第二端，每一條所述分支管道定義內(nèi)直徑近似為1.25英寸的管道，所述球閥的內(nèi)直徑近似為1.25英寸并且其流量系數(shù)近似為120gpm/psig1/2；
(b)與所述第一平面近似間隔開(kāi)28英寸的第一和第二交叉總管，每一條所述交叉總管的內(nèi)直徑近似為4英寸，所述第一和第二連接管道的內(nèi)直徑近似為4英寸并且被提高到所述交叉總管上方，其中在每一條所述交叉總管的中心線與每一條所述連接管道的中心線之間近似有10英寸，每一條所述連接管道的蝶形閥在所述連接管道連接到所述交叉總管的位置處具有近似為630gpm/psig1/2的的流量系數(shù)，所述蝶形閥被配置在完全流量位置處，所述第一和第二交叉總管當(dāng)中的每一條在該交叉總管的下表面處與第一、第二和第三排水管道連接，所述排水管道的直徑近似為2英寸并且通常被布置成與地面垂直，所述排水管道具有對(duì)應(yīng)的第一到第三球閥，每一個(gè)所述球閥具有近似2英寸的內(nèi)直徑，并且每一個(gè)所述球閥在最靠近地面的位置處連接到所述排水管道；
(c)所述多個(gè)分支線立管當(dāng)中的每一個(gè)在比每一條所述分支管道的中點(diǎn)低近似4英寸的位置處連接到對(duì)應(yīng)的分支線，所述多個(gè)分支線立管當(dāng)中的每一個(gè)包括球閥，所述球閥具有近似為1.25英寸的內(nèi)直徑以及近似為120gpm/psig1/2的流量系數(shù)，并且位于每一個(gè)所述交叉總管的上表面上方的近似14英寸處；
(d)多個(gè)噴灑器，其包括被連接到所述多條分支管道當(dāng)中的每一條的多個(gè)豎立式Central GB 1/2英寸噴灑頭，所述噴灑頭具有5.6gpm/psig1/2的K因數(shù)，所述多個(gè)噴灑頭彼此間隔開(kāi)，其中所述噴灑頭的中心到中心距離近似為9英尺4.5英寸，每一個(gè)所述立管包括8英寸三通
No.20，該8英寸三通經(jīng)由8英寸接頭
型號(hào)77連接到8英寸直徑的調(diào)度10管道，該管道的指向通常與地面垂直，該8英寸管道通過(guò)8英寸接頭
型號(hào)77和6英寸接頭
型號(hào)77連接到8”X6”同心異徑管
No.50，該同心異徑管連接到6英寸止回閥
型號(hào)90，該止回閥通過(guò)兩個(gè)6英寸接頭
型號(hào)77連接到6英寸溝槽式蝶形閥
該蝶形閥通過(guò)兩個(gè)6英寸接頭
型號(hào)77連接到6英寸三通
No.20，該6英寸三通經(jīng)由6英寸接頭
型號(hào)77連接到第二6英寸三通
No.20，該6英寸三通還經(jīng)由6英寸接頭
型號(hào)77和4英寸接頭
型號(hào)77連接到6”到4”同心異徑管
No.50，該第二6英寸三通連接到供應(yīng)管道，其中從該供應(yīng)管道的中心線到所述8英寸三通的中心線間隔近似126英寸的距離，所述異徑管首先連接到4英寸三通
No.20，其次連接到Setra/計(jì)量器組件，該4英寸三通經(jīng)由兩個(gè)4英寸接頭
型號(hào)77連接到4英寸溝槽式蝶形閥
該4英寸蝶形閥連接到4英寸止回閥
型號(hào)90，該4英寸止回閥連接到4英寸調(diào)度10管道，該管道的長(zhǎng)度近似為97.1英寸并且其指向通常與地面垂直；
(e)液體源，其具有對(duì)應(yīng)于壓力對(duì)流率曲線的以加侖每分鐘計(jì)的水流率，所述壓力對(duì)流率曲線被定義為連接曲線圖上的5個(gè)點(diǎn)的笛卡爾曲線圖，其中包括近似為41psig比200gpm的第一點(diǎn)，近似為37psig比400gpm的第二點(diǎn)，近似為32psig比600gpm的第三點(diǎn)，近似為24psig比800gpm的第四點(diǎn)，近似為13psig比1000gpm的第五點(diǎn)；
(f)所述干管道閥門被配置成在30psig下打開(kāi)，其中在所述壓力對(duì)流率曲線上，初始系統(tǒng)氣體壓力為35psig并且液體供應(yīng)壓力為45psig；
(g)所述側(cè)壁類型測(cè)試噴灑頭具有5.6gpm/psig1/2的K因數(shù)，其連接到長(zhǎng)度為2.7英寸的1.25英寸x0.5英寸x0.5英寸的異徑三通，該三通的一端連接到Setra型號(hào)205-2計(jì)量器，并且其第二端連接到長(zhǎng)度為2.2英寸的1.25英寸短管調(diào)度40，該1.25英寸短管連接到長(zhǎng)度為3.8英寸的1.25英寸
電磁閥，該電磁閥連接到長(zhǎng)度為3.7英寸的1.25英寸適配器短管調(diào)度40，該適配器短管連接到第一1.25英寸
型號(hào)77接頭，該型號(hào)77接頭連接到
No.10九十度彎頭，所述彎頭連接到第二1.25英寸
型號(hào)77接頭，并且通常在與地面平行的方向上與第一1.25英寸接頭間隔大約2.8英寸，該第二1.25英寸接頭連接到第一分支線。
77、一種安裝干管道系統(tǒng)的方法，包括
把所述干管道系統(tǒng)的模型生成為多個(gè)互連的節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于管道連接器，所述節(jié)點(diǎn)之間的互連對(duì)應(yīng)于管道設(shè)備，所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)定義干部分和濕部分，其中所述濕部分包括液體源，所述干部分包括多條互連的管道以便定義氣體體積，所述干部分中的至少一部分節(jié)點(diǎn)定義一組噴灑器設(shè)備；
確定在所述干管道噴灑器系統(tǒng)的所述模型中在致動(dòng)干管道閥門與在噴灑器處輸送液體之間的運(yùn)送時(shí)間；
在無(wú)需對(duì)所預(yù)測(cè)的運(yùn)送時(shí)間進(jìn)行物理驗(yàn)證的情況下，基于所述干管道系統(tǒng)的所述模型來(lái)構(gòu)造干管道噴灑器系統(tǒng)。
78、權(quán)利要求77的方法，其中，所述確定還包括生成具有大于750加侖的液體的容量以及小于大約60秒的預(yù)定運(yùn)送時(shí)間的干管道噴灑器系統(tǒng)。
79、權(quán)利要求78的方法，其中，所述生成包括根據(jù)危險(xiǎn)類型來(lái)定義所述預(yù)定運(yùn)送時(shí)間。
80、權(quán)利要求78-79當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述生成包括把所述預(yù)定值定義為從包括以下項(xiàng)的組中進(jìn)行選擇15秒，60秒，50秒，45秒，以及40秒。
81、權(quán)利要求78-80當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述確定包括把所述運(yùn)送時(shí)間確定為具有與所述預(yù)定值相比偏差小于20％的值。
82、權(quán)利要求78-81當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述確定包括把所述運(yùn)送時(shí)間確定為具有與所述預(yù)定值相比偏差小于10％的值。
83、權(quán)利要求78-82當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述確定步驟還包括
改進(jìn)其容量大于500加侖并且小于750加侖的現(xiàn)有干管道噴灑器系統(tǒng)中的干管道閥門，以便去除干管道閥門加速器；以及
調(diào)節(jié)所述現(xiàn)有系統(tǒng)的參數(shù)，使得在無(wú)需對(duì)所預(yù)測(cè)的運(yùn)送時(shí)間進(jìn)行物理驗(yàn)證的情況下所預(yù)測(cè)的運(yùn)送時(shí)間小于60秒。
84、權(quán)利要求77-83當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述構(gòu)造包括在所述干管道消防噴灑器系統(tǒng)中安裝4英寸立管或8英寸立管的至少其中之一。
85、權(quán)利要求77-84當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述生成模型包括對(duì)所述節(jié)點(diǎn)及其間的連接的屬性進(jìn)行建模，所述節(jié)點(diǎn)的屬性至少表示從一種管道尺寸到另一種的過(guò)渡點(diǎn)、彎頭或彎管、用于分流或者混合流的三通和斜三通以及出口、噴灑頭或噴嘴，并且作為管道的所述節(jié)點(diǎn)之間的互連的屬性至少具有類型、尺寸、材料、C因數(shù)和絕對(duì)粗糙度。
86、權(quán)利要求77-85當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述確定包括隨著所述液體從所述初始位置移動(dòng)到以下各分段的至少其中之一而考慮所述液體前沿的速度沒(méi)有分支的網(wǎng)絡(luò)分段，到具有兩個(gè)分支的節(jié)點(diǎn)的分段，以及到所述網(wǎng)絡(luò)中的具有三個(gè)分支的節(jié)點(diǎn)的分段。
87、權(quán)利要求77-86當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述確定還包括隨著液體和氣體行經(jīng)所述網(wǎng)絡(luò)而考慮氣泡的速度。
88、權(quán)利要求77-87當(dāng)中的任一項(xiàng)的處理，其中，所述確定步驟在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)所述計(jì)算機(jī)建模程序以便對(duì)物理干管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括
輸入單元，其允許把所述干管道設(shè)計(jì)的物理屬性轉(zhuǎn)換成表示所述設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型的計(jì)算機(jī)可讀格式；
與該輸入單元通信的圖形顯示單元，該圖形顯示單元提供圖形輸出；以及
與所述輸入單元和顯示單元通信的中央處理單元，該中央處理單元被編程為基于所述管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)仿真與物理管道系統(tǒng)的近似實(shí)際響應(yīng)特性相關(guān)的數(shù)據(jù)模型的至少基于時(shí)間的特性，從而使得當(dāng)為該中央處理單元提供至少一種參考管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模型時(shí)，干管道閥門與噴灑器之間的預(yù)測(cè)液體流動(dòng)時(shí)間與所述參考干管道噴灑器系統(tǒng)的實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)間的誤差小于10％，所述參考干管道系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上包括
(a)包括位于地面上方近似14英尺4英寸處的12條通常平行的分支管道的陣列，第一分支線鄰近該陣列的第一端，第十二分支線鄰近該陣列的第二端，每一條所述分支管道定義內(nèi)直徑近似為1.25英寸的管道，所述球閥的內(nèi)直徑近似為1.25英寸并且其流量系數(shù)近似為120gpm/psig1/2；
(b)與所述第一平面近似間隔開(kāi)28英寸的第一和第二交叉總管，每一條所述交叉總管的內(nèi)直徑近似為4英寸，所述第一和第二連接管道的內(nèi)直徑近似為4英寸并且被提高到所述交叉總管上方，其中在每一條所述交叉總管的中心線與每一條所述連接管道的中心線之間近似有10英寸，每一條所述連接管道的蝶形閥在所述連接管道連接到所述交叉總管的位置處具有近似為630gpm/psig1/2的的流量系數(shù)，所述蝶形閥被配置在完全流量位置處，所述第一和第二交叉總管當(dāng)中的每一條在該交叉總管的下表面處與第一、第二和第三排水管道連接，所述排水管道的直徑近似為2英寸并且通常被布置成與地面垂直，所述排水管道具有對(duì)應(yīng)的第一到第三球閥，每一個(gè)所述球閥具有近似2英寸的內(nèi)直徑，并且每一個(gè)所述球閥在最靠近地面的位置處連接到所述排水管道；
(c)所述多個(gè)分支線立管當(dāng)中的每一個(gè)在比每一條所述分支管道的中點(diǎn)低近似4英寸的位置處連接到對(duì)應(yīng)的分支線，所述多個(gè)分支線立管當(dāng)中的每一個(gè)包括球閥，所述球閥具有近似為1.25英寸的內(nèi)直徑以及近似為120gpm/psig1/2的流量系數(shù)，并且位于每一個(gè)所述交叉總管的上表面上方的近似14英寸處；
(d)多個(gè)噴灑器，其包括被連接到所述多條分支管道當(dāng)中的每一條的多個(gè)豎立式Central GB 1/2英寸噴灑頭，所述噴灑頭具有5.6gpm/psig1/2的K因數(shù)，所述多個(gè)噴灑頭彼此間隔開(kāi)，其中所述噴灑頭的中心到中心距離近似為9英尺4.5英寸，每一個(gè)所述立管包括8英寸三通
No.20，該8英寸三通經(jīng)由8英寸接頭
型號(hào)77連接到8英寸直徑的調(diào)度10管道，該管道的指向通常與地面垂直，該8英寸管道通過(guò)8英寸接頭
型號(hào)77和6英寸接頭
型號(hào)77連接到8”X6”同心異徑管
No.50，該同心異徑管連接到6英寸止回閥
型號(hào)90，該止回閥通過(guò)兩個(gè)6英寸接頭
型號(hào)77連接到6英寸溝槽式蝶形閥
該蝶形閥通過(guò)兩個(gè)6英寸接頭
型號(hào)77連接到6英寸三通
No.20，該6英寸三通經(jīng)由6英寸接頭
型號(hào)77連接到第二6英寸三通
No.20，該6英寸三通還經(jīng)由6英寸接頭
型號(hào)77和4英寸接頭
型號(hào)77連接到6”到4”同心異徑管
No.50，該第二6英寸三通連接到供應(yīng)管道，其中從該供應(yīng)管道的中心線到所述8英寸三通的中心線間隔近似126英寸的距離，所述異徑管首先連接到4英寸三通
No.20，其次連接到Setra/計(jì)量器組件，該4英寸三通經(jīng)由兩個(gè)4英寸接頭
型號(hào)77連接到4英寸溝槽式蝶形閥
該4英寸蝶形閥連接到4英寸止回閥
型號(hào)90，該4英寸止回閥連接到4英寸調(diào)度10管道，該管道的長(zhǎng)度近似為97.1英寸并且其指向通常與地面垂直；
(e)液體源，其具有對(duì)應(yīng)于壓力對(duì)流率曲線的以加侖每分鐘計(jì)的水流率，所述壓力對(duì)流率曲線被定義為連接曲線圖上的5個(gè)點(diǎn)的笛卡爾曲線圖，其中包括近似為41psig比200gpm的第一點(diǎn)，近似為37psig比400gpm的第二點(diǎn)，近似為32psig比600gpm的第三點(diǎn)，近似為24psig比800gpm的第四點(diǎn)，近似為13psig比1000gpm的第五點(diǎn)；
(f)所述干管道閥門被配置成在30psig下打開(kāi)，其中在所述壓力對(duì)流率曲線上，初始系統(tǒng)氣體壓力為35psig并且液體供應(yīng)壓力為45psig；
(g)所述側(cè)壁類型測(cè)試噴灑頭具有5.6gpm/psig1/2的K因數(shù)，其連接到長(zhǎng)度為2.7英寸的1.25英寸x0.5英寸x0.5英寸的異徑三通，該三通的一端連接到Setra型號(hào)205-2計(jì)量器，并且其第二端連接到長(zhǎng)度為2.2英寸的1.25英寸短管調(diào)度40，該1.25英寸短管連接到長(zhǎng)度為3.8英寸的1.25英寸
電磁閥，該電磁閥連接到長(zhǎng)度為3.7英寸的1.25英寸適配器短管調(diào)度40，該適配器短管連接到第一1.25英寸
型號(hào)77接頭，該型號(hào)77接頭連接到
No.10九十度彎頭，所述彎頭連接到第二1.25英寸
型號(hào)77接頭，并且通常在與地面平行的方向上與第一1.25英寸接頭間隔大約2.8英寸，該第二1.25英寸接頭連接到第一分支線。
89、一種用于設(shè)計(jì)具有濕部分和干部分的管線系統(tǒng)的方法，該方法包括
對(duì)所述管線系統(tǒng)進(jìn)行建模，包括針對(duì)位于所述干部分中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備定義激活時(shí)間序列；以及
基于所述時(shí)間序列生成流經(jīng)所述管線系統(tǒng)的液體和氣體流的至少其中之一的至少基于時(shí)間的特性，所述液體從所述濕部分流向所述多個(gè)激活的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。
90、權(quán)利要求89的方法，其中，針對(duì)多個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備當(dāng)中的每一個(gè)定義所述時(shí)間序列包括定義第一節(jié)點(diǎn)設(shè)備打開(kāi)時(shí)的第一時(shí)刻以及第二節(jié)點(diǎn)設(shè)備打開(kāi)時(shí)的至少第二時(shí)刻，該第二時(shí)刻相對(duì)于該第一時(shí)刻有時(shí)間延遲。
91、權(quán)利要求89-90當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述建模包括定義干管道閥門被激活的時(shí)刻，以及進(jìn)一步相對(duì)于該干管道閥門被激活的時(shí)刻定義所述時(shí)間序列。
92、權(quán)利要求89-91當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述建模包括把所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備定義為包括多個(gè)噴灑頭。
93、權(quán)利要求89-92當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述建模包括把所述管線系統(tǒng)定義成使得該管線系統(tǒng)包括多條管線總管、多個(gè)管線分支、多條支管、多條滴管及其任意組合的至少其中之一，從而使得所述管線系統(tǒng)包括至少2000條管道。
94、權(quán)利要求32-35當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述建模包括定義所述管線系統(tǒng)使得所述管線系統(tǒng)定義以下各項(xiàng)的至少其中之一從大約0.25cm到大約2.5cm的打開(kāi)設(shè)備直徑；從大約5cm到大約8cm的分支線直徑；從大約20m到大約45m的分支線長(zhǎng)度；從大約10cm到大約16cm的交叉總管直徑；從大約15m到大約90m的交叉總管長(zhǎng)度；從大約5cm到大約8cm的立管短管直徑；高達(dá)大約1.2m的立管短管長(zhǎng)度；從大約10cm到大約25cm的供水總管長(zhǎng)度；從大約5m到50m的供水總管長(zhǎng)度；從大約1.2cm到大約3.8cm的滴管/支管直徑；從大約30cm到大約60cm的滴管長(zhǎng)度；高達(dá)大約11atm的水壓；從大約1.7atm到大約4atm的初始?xì)怏w壓力；以及從大約1.35atm到大約3.1atm的DPV解扣壓力。
95、權(quán)利要求77-88當(dāng)中的任一項(xiàng)的處理，其中，所述生成模型的步驟包括把所述多條管道定義成包括多條管線總管、多個(gè)管線分支、多條支管、多條滴管及其任意組合的至少其中之一，從而使得所述管線系統(tǒng)包括至少2000條管道。
96、權(quán)利要求77-88當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述生成包括定義所述管線系統(tǒng)使其具有以下各項(xiàng)的至少其中之一從大約0.25cm到大約2.5cm的打開(kāi)設(shè)備直徑；從大約5cm到大約8cm的分支線直徑；從大約20m到大約45m的分支線長(zhǎng)度；從大約10cm到大約16cm的交叉總管直徑；從大約15m到大約90m的交叉總管長(zhǎng)度；從大約5cm到大約8cm的立管短管直徑；高達(dá)大約1.2m的立管短管長(zhǎng)度；從大約10cm到大約25cm的供水總管長(zhǎng)度；從大約5m到50m的供水總管長(zhǎng)度；從大約1.2cm到大約3.8cm的滴管/支管直徑；從大約30cm到大約60cm的滴管長(zhǎng)度；高達(dá)大約11atm的水壓；從大約1.7atm到大約4atm的初始?xì)怏w壓力；以及從大約1.35atm到大約3.1atm的DPV解扣壓力。
97、權(quán)利要求56-76當(dāng)中的任一項(xiàng)的處理，其中，所述生成步驟包括把所述系統(tǒng)定義成包括多條管線總管、多個(gè)管線分支、多條支管、多條滴管及其任意組合的至少其中之一，從而使得所述管線系統(tǒng)包括至少2000條管道。
98、權(quán)利要求56-76當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述生成包括對(duì)所述管線系統(tǒng)進(jìn)行建模，以便定義以下各項(xiàng)的至少其中之一從大約0.25cm到大約2.5cm的打開(kāi)設(shè)備直徑；從大約5cm到大約8cm的分支線直徑；從大約20m到大約45m的分支線長(zhǎng)度；從大約10cm到大約16cm的交叉總管直徑；從大約15m到大約90m的交叉總管長(zhǎng)度；從大約5cm到大約8cm的立管短管直徑；高達(dá)大約1.2m的立管短管長(zhǎng)度；從大約10cm到大約25cm的供水總管長(zhǎng)度；從大約5m到50m的供水總管長(zhǎng)度；從大約1.2cm到大約3.8cm的滴管/支管直徑；從大約30cm到大約60cm的滴管長(zhǎng)度；高達(dá)大約11atm的水壓；從大約1.7atm到大約4atm的初始?xì)怏w壓力；以及從大約1.35atm到大約3.1atm的DPV解扣壓力。
99、權(quán)利要求1-29當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，配置所述模型的步驟包括把所述系統(tǒng)配置成包括多條管線總管、多個(gè)管線分支、多條支管、多條滴管及其任意組合的至少其中之一，從而使得所述管線系統(tǒng)包括至少2000條管道。
100、權(quán)利要求1-29當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，配置所述模型的步驟包括把所述系統(tǒng)定義成具有以下各項(xiàng)的至少其中之一從大約0.25cm到大約2.5cm的范圍內(nèi)的打開(kāi)設(shè)備直徑；從大約5cm到大約8cm的范圍內(nèi)的分支線直徑；從大約20m到大約45m的范圍內(nèi)的分支線長(zhǎng)度；從大約10cm到大約16cm的范圍內(nèi)的交叉總管直徑；從大約15m到大約90m的范圍內(nèi)的交叉總管長(zhǎng)度；從大約5cm到大約8cm的范圍內(nèi)的立管短管直徑；上達(dá)大約1.2m的立管短管長(zhǎng)度；從大約10cm到大約25cm的范圍內(nèi)的供水總管直徑；從大約5m到50m的范圍內(nèi)的供水總管長(zhǎng)度；從大約1.2cm到大約3.8cm的范圍內(nèi)的滴管/支管直徑；從大約30cm到大約60cm的范圍內(nèi)的滴管長(zhǎng)度；上達(dá)大約11atm的水壓；從大約1.7atm到大約4atm的范圍內(nèi)的初始?xì)怏w壓力；以及從大約1.35atm到大約3.1atm的范圍內(nèi)的DPV解扣壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于分析干管道系統(tǒng)的方法和計(jì)算機(jī)程序。所述計(jì)算機(jī)程序包括用戶接口以及與該用戶接口通信的模型發(fā)生器。所述方法和計(jì)算機(jī)程序把參考干管道系統(tǒng)建模為多個(gè)互連的節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于管道連接器，所述節(jié)點(diǎn)之間的互連對(duì)應(yīng)于管道設(shè)備。所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)可以定義干部分和濕部分，其中所述濕部分包括液體源，所述干部分包括多條互連的管道以便定義氣體體積。所述干部分中的節(jié)點(diǎn)可以定義一組向環(huán)境打開(kāi)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。所述方法和計(jì)算機(jī)程序可以計(jì)算基于流動(dòng)時(shí)間的參數(shù)以便仿真來(lái)自所述濕部分的液體流，從而至少確定從所述濕部分到所述打開(kāi)的設(shè)備的液體流動(dòng)時(shí)間。所述方法和計(jì)算機(jī)程序可以在所述參考干管道系統(tǒng)中的實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)間的20％之內(nèi)驗(yàn)證所述模型中的液體流動(dòng)時(shí)間。
文檔編號(hào)G06F7/48GK101322100SQ200680045470
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2006年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月3日
發(fā)明者J·E·戈林沃, V·卡巴什尼科夫, M·馬霍梅特, V·穆拉奇科, L·尼科萊奇克, A·尼科拉耶夫, T·普里馬克, V·波波夫, A·布里爾, V·巴本科 申請(qǐng)人:中央灑水裝置公司