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1.1 流体网络概述

流体网络的研究是关系到工业生产和居民生活的重要研究课题之一。无论是矿井通风系统(包括有风流流动的井巷通道、调节风量分配用的构筑物、作为通风动力的风机等),还是城市集中供热系统(包括输送管路、各种调节阀门、作为动力的泵站等)、城市煤气输送系统、自来水供应系统、集中空调系统(HVAC)、石油化工的压缩机管路及医学的血液循环系统等各种流体流动的管网系统,它们都有一共同的特点,那就是它们都是由输送流体的管网、各种调节设施及动力设施构成,流体管路连接在一起形成流体网络 [1~10]

流体网络分析主要应用于工业动力装置、控制测量装置和生物医学工程等各种流体管网系统中的传输过程,以及由于扰动引起的各种流体瞬变现象。目前对于流体网络的研究主要涉及两个学科:一是流体动力学,二是电路图论。

由于流体(气体和液体)是自然界中最基本和最常见的一种介质,各种利用流体作为动力或利用流体作为控制和测量手段的流体装置在各个生产领域中是很常见的。在这些流体网络系统中,各个元件之间的功率和信息都是通过管路来传递的。因而管内流体传输与瞬变的问题在许多生产领域中经常发生。例如,在天然气、石油和工业压缩机管路中流体流量的传输和控制;在机械工业部门中,为了使气动、液压和流控装置在动态情况下能稳定地工作,可以通过对流体在不同管路中传输特性的分析研究以获得流体管路和流体元件之间的合理布局及最佳阻抗匹配;在矿井通风系统中,通风控制和优化不但要确保安全的空气流量,克服瓦斯突现而造成的气流不稳定性,而且还要实现经济环保,这样才能在确保煤矿安全生产、防止矿难事故发生的同时,又提高经济效益;在生物动力学领域中,血液循环系统的血流量、血压及血管的阻力等相关指标的分析,通过心脏收缩产生的脉搏波在动脉管中的传播规律研究,对于分析心血管系统的某些生理病理特性,以及为利用浅表动脉处脉搏波对某些心血管疾病的无创伤诊断等都是很有用的。

对于上述这些流体管路系统的传输和瞬变问题,如果在流体动力学的基础上能将它们作为一个流体网络问题来处理,从整体上对其进行建模、分析和控制,可以得出在理论和工程上都很有实用价值的结果。因而,流体网络的控制与分析将会大大促进管内流体传输和瞬变问题的研究工作,对正确设计和合理使用一个流体动力和流体控制系统,无论在理论上还是实际应用上都是十分重要的。 gtQcyFvr07JSHy7KnELtFP60cZxjl3QOOPIOHfQbPQCshfvYA5h3EiNLNRVT67Bv

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