基于MS Excel的环形水力分布网络建模与设计优化：开发开源X-WHAT模型

具有可接受压力性能的经济实用的水力分布网络（WDN）设计对于城市给水管理至关重要。本文提出了基于Microsoft Excel的工具，用于稳态不可压缩流动仿真下的环形管网建模、仿真与优化。通常，应用硬氏-克ross方法通过表格计算来估算流量。该方法需要质量守恒的初始估计，并需通过 successive 迭代以收敛。本文则发展了另一种方法，利用Excel内置的求解器功能，无需初始质量守恒估计，无需流量校正。本文的主要目标是开发一个开源可访问的工具，用于模拟水力网络，同时适用于教学和学习目的。对系统进行水力建模的控制方程和数学基础被描述，考虑网络拓扑、质量守恒、能量守恒、罐体材料成本、基础成本以及充填罐体的泵送能源成本。鼓励在本科生和研究生工程教育水平上使用该工具，因为它提供了机会通过无需编程专业知识的电子表格以全面方式处理复杂概念。用户可以调试所有单元格并理解用于水力模型的所有方程，同时可以对其进行修改。为演示该模型的功能，本文提出了三个实际案例，第一个案例逐步求解，结果与EPANET以及文献中报告的结果进行了比较。通过本文所述的优化方法，在一个供给44,416人口的网络上实现了成本降低151,790美元（占总成本的9.8%）。