韓璞 商建東 薛飛 謝景明 王洪生 王海

摘 要：

為實(shí)現(xiàn)城市能源管網(wǎng)仿真軟件的自主可控，基于國(guó)產(chǎn)異構(gòu)高性能計(jì)算機(jī)“嵩山”超級(jí)計(jì)算平臺(tái)，提出一種通用的城市能源管網(wǎng)仿真計(jì)算模型。通過優(yōu)化管網(wǎng)中“非管”組件模型，提高了計(jì)算模型對(duì)國(guó)產(chǎn)異構(gòu)并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的適配性；將不同管網(wǎng)組件的計(jì)算過程進(jìn)行封裝，弱化了網(wǎng)絡(luò)組件在仿真計(jì)算過程的依賴性，提升模型在工程實(shí)現(xiàn)上的可并行性。供水、燃?xì)夂蜔崃θN場(chǎng)景的并行仿真實(shí)驗(yàn)，證明了計(jì)算模型在解決城市能源供給網(wǎng)絡(luò)的仿真計(jì)算上具有一定的普適性；通過管網(wǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與仿真模型中模擬數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果表明仿真管網(wǎng)壓力的誤差率在4%以下，其溫度的誤差率低于2%，同時(shí)也說明了提出的管網(wǎng)仿真計(jì)算模型在國(guó)產(chǎn)超算平臺(tái)上具有良好的計(jì)算通用性。

關(guān)鍵詞：異構(gòu)計(jì)算；能源管網(wǎng)；仿真模型；流體網(wǎng)絡(luò)；并行計(jì)算

中圖分類號(hào)：TP308?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A??? 文章編號(hào)：1001-3695（2024）03-033-0866-07

doi： 10.19734/j.issn.1001-3695.2023.06.0299

Universal computational model for energy supply network simulation

based on domestic supercomputer system

Han Pu1，2， Shang Jiandong1，3， Xue Fei4， Xie Jingming3， Wang Hongsheng3， Wang Hai5

（1.School of Computer & Artificial Intelligence， Zhengzhou University， Zhengzhou 450001， China; 2.School of Information Engineering， Nanyang Institute of Technology， Nanyang Henan 473004， China; 3.National Supercomputing Center in Zhengzhou， Zhengzhou 450001， China; 4.Henan Paifu Information Technology Co.， Ltd.， Zhengzhou 450001， China; 5.School of Mechanical Engineering， Tongji University， Shanghai 200092， China）

Abstract：

In order to realize the independent and controllable simulation software of urban energy pipeline network， this paper proposed a universal urban energy pipe network simulation calculation model based on the domestic heterogeneous high-performance computer “Songshan” supercomputing platform. It enhanced the adaptability to domestic heterogeneous parallel computer systems by optimizing the model of the non-pipe component and simplifying its input and output parameters. Then， it encapsulated the calculation process of different pipe network components， which could reduce the computational dependency of each connected component in the simulation calculation process and improve the parallelism of the engineering implementation of the calculation model. Finally， it also proposed a parallel system solution for energy pipe network simulation with this simulation calculation model. The generality of the suggested computational model had been proved by simulation tests of three separate real pipeline networks for urban water， gas， and heat. The simulated pressure has an error rate of less than 4% and its temperature has an error rate of less than 2%， according to comparisons between the actual network measurements and the simulated data in the network simulation model. These results also show that the proposed pipe network simulation model in the paper provides excellent computational versatility on domestic supercomputing platforms.

Key words：heterogeneous computing; energy supply network; simulation model; fluid network; parallel computing

0 引言

能源管道網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施中重要的組成部分，人們借助這種網(wǎng)絡(luò)獲取所需的水、燃?xì)獾饶茉次镔|(zhì)［1］，但隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)張，能源管網(wǎng)的規(guī)模和形式也愈發(fā)龐大和復(fù)雜，對(duì)這種隱匿于地下城市“動(dòng)脈”的管理和維護(hù)工作也變得相當(dāng)困難［2］。通過仿真技術(shù)構(gòu)建能源供給網(wǎng)絡(luò)數(shù)值模型，為能源供應(yīng)商們提供了一種高效的管網(wǎng)運(yùn)行與監(jiān)測(cè)手段［3～5］。目前較為流行的仿真工具多為一些國(guó)外商業(yè)軟件［6］，如Syner-GEE［7］、ATMOS SIM［8］等。這些軟件系統(tǒng)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)管道網(wǎng)絡(luò)的建模、仿真，但它們具有一定的商業(yè)壟斷性；另外，能源管網(wǎng)數(shù)據(jù)多數(shù)情況下屬于涉密信息，長(zhǎng)期將這些國(guó)外商業(yè)軟件應(yīng)用于國(guó)內(nèi)能源供應(yīng)領(lǐng)域，可能對(duì)國(guó)家能源安全產(chǎn)生一定的信息安全隱患，因此設(shè)計(jì)和完善具有自主產(chǎn)權(quán)的能源管網(wǎng)仿真工具為維護(hù)國(guó)家和能源行業(yè)信息安全具有十分重要的意義。

為了突破國(guó)外商業(yè)軟件的壟斷和維護(hù)國(guó)家能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)信息安全，國(guó)產(chǎn)化仿真系統(tǒng)軟件迎來了巨大的發(fā)展。例如，在油氣的長(zhǎng)線傳輸仿真領(lǐng)域，以RealPipe-Gas為代表的天然氣管網(wǎng)瞬態(tài)運(yùn)行的通用仿真軟件實(shí)現(xiàn)了天然氣管道仿真技術(shù)的自主可控［9］。然而，在能源管網(wǎng)仿真過程中，涉及大量的流體計(jì)算方程的求解［10，11］，這一過程需要耗費(fèi)大量的計(jì)算資源輔助完成，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件在此類計(jì)算密集型的系統(tǒng)軟件的性能提升方面存在很多限制［5，12］。但高性能計(jì)算機(jī)和并行軟件開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，為提升管網(wǎng)仿真計(jì)算性能奠定了基礎(chǔ)［13］。謝興勇等人［14］利用高性能計(jì)算中的異構(gòu)計(jì)算方法在“嵩山”超級(jí)計(jì)算平臺(tái)上證明了高性能計(jì)算機(jī)在管網(wǎng)仿真計(jì)算具有一定的優(yōu)勢(shì)。然而，文獻(xiàn)［14］在“嵩山”計(jì)算機(jī)上僅針對(duì)城市供水管道網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了管網(wǎng)的數(shù)值建模與仿真，其應(yīng)用場(chǎng)景具有一定的局限性；同時(shí)實(shí)驗(yàn)中使用了非實(shí)際的供水場(chǎng)景算例，只完成仿真系統(tǒng)的計(jì)算性能方面的驗(yàn)證，也沒有對(duì)仿真模型數(shù)值精度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

為了補(bǔ)足國(guó)產(chǎn)能源管網(wǎng)仿真軟件短板和解決城市能源供給復(fù)雜場(chǎng)景的仿真計(jì)算問題，本文調(diào)研了城市多種能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)仿真過程中的計(jì)算方法，結(jié)合國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算平臺(tái)這種異構(gòu)硬件架構(gòu)，在前期工作［14］的基礎(chǔ)上提出了一種適用于自來水、燃?xì)夂蜔崃θN能源供給網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景的通用能源管網(wǎng)仿真計(jì)算模型。該模型將網(wǎng)絡(luò)中流體方程的求解與管網(wǎng)仿真系統(tǒng)邏輯分離，提高了模型的可拓展性；在楊周凡等人［15］提出的基于“網(wǎng)絡(luò)元”的管網(wǎng)建模方法的基礎(chǔ)上，通過重構(gòu)管網(wǎng)組件類型，實(shí)現(xiàn)一種通用的管網(wǎng)仿真計(jì)算框架，增強(qiáng)了框架對(duì)異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)的適應(yīng)性。

在三種不同能源供給網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中，本文通過系統(tǒng)模擬的管網(wǎng)壓力、溫度數(shù)值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比結(jié)果表明：多數(shù)觀測(cè)點(diǎn)處的仿真與實(shí)際儀器測(cè)量數(shù)值誤差低于5%，證明了仿真計(jì)算模型具有良好的實(shí)用性。

1 “嵩山”計(jì)算平臺(tái)與異構(gòu)并行計(jì)算

“嵩山”超級(jí)計(jì)算機(jī)是國(guó)產(chǎn)新一代具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的異構(gòu)計(jì)算機(jī)集群，沿用當(dāng)前主流的高性能計(jì)算機(jī)“CPU+GPU”硬件架構(gòu)，對(duì)高計(jì)算密度的應(yīng)用程序的性能提升具有良好的輔助作用［16，17］。“嵩山”超級(jí)計(jì)算機(jī)部署于國(guó)家超級(jí)計(jì)算鄭州中心，其理論峰值計(jì)算能力100 PFlops，存儲(chǔ)容量100 PB［18］；單個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)采用“一拖四”（一顆CPU和四顆DCU）模式配備?！搬陨健背?jí)計(jì)算平臺(tái)在提供強(qiáng)大計(jì)算能力的同時(shí)，也為國(guó)家高性能信息計(jì)算發(fā)展和行業(yè)領(lǐng)域信息安全提供了有效的戰(zhàn)略保障。

DCU（deep compute unit）是海光信息技術(shù)股份有限公司自主研發(fā)的一款類GPU國(guó)產(chǎn)計(jì)算加速卡，與CPU共同構(gòu)建高性能計(jì)算機(jī)的硬件架構(gòu)，也是“嵩山”計(jì)算平臺(tái)中主要的加速設(shè)備。DCU具有獨(dú)立的硬件體系架構(gòu)，通過PCI-E總線與CPU相連，內(nèi)部有多個(gè)CU（compute unit）構(gòu)成計(jì)算單元陣列，接受CPU的調(diào)度，但程序在DCU上的運(yùn)行則是可以獨(dú)立運(yùn)行，這為應(yīng)用程序的并行計(jì)算提供了硬件支撐。圖1是“嵩山”超級(jí)計(jì)算平臺(tái)中單個(gè)節(jié)點(diǎn)的硬件架構(gòu)，整個(gè)硬件體系中包含四個(gè)DCU卡，每個(gè)DCU卡的計(jì)算單元陣列中包含60個(gè)CU，DCU上的指令處理器協(xié)調(diào)計(jì)算資源的調(diào)度和任務(wù)分配［19］。計(jì)算節(jié)點(diǎn)中的各計(jì)算組件通過PCI-E總線進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令傳輸，系統(tǒng)中的計(jì)算任務(wù)由CPU進(jìn)行控制。

為了充分利用圖1中計(jì)算資源，傳統(tǒng)編碼和程序運(yùn)行方式需要針對(duì)這種硬件架構(gòu)重新改寫。在“嵩山”計(jì)算機(jī)上，由于其硬件架構(gòu)的特殊性，需要使用HIP+MPI編程模式，其中HIP提供了與DCU交互的編程接口（如DCU內(nèi)存分配、數(shù)據(jù)傳輸以及核函數(shù)的啟動(dòng)等），MPI則是一種線程間的通信機(jī)制和接口函數(shù)庫(kù)，用于協(xié)調(diào)并發(fā)執(zhí)行的線程間的同步和數(shù)據(jù)共享。

與常規(guī)的CUDA編程模式［20］相似，CPU+DCU這種異構(gòu)平臺(tái)下的并行應(yīng)用程序中代碼被分成主機(jī)端代碼和設(shè)備端代碼兩部分。主機(jī)端的代碼由CPU執(zhí)行；而設(shè)備端代碼則是以核函數(shù)的形式由DCU獨(dú)立運(yùn)行。如圖2所示，左側(cè)主機(jī)端代碼中通過一系列HIP接口，調(diào)度和使用DCU上的計(jì)算資源，而右側(cè)DCU中各個(gè)線程的執(zhí)行，則是由預(yù)先設(shè)定的核函數(shù)負(fù)責(zé)。需要說明的是，圖2右側(cè)線程依據(jù)HIP編程模型的thread-block-grid組織結(jié)構(gòu)，可以被組織成一維、二維或三維的模式，從而使得線程能夠以類似空間結(jié)構(gòu)的邏輯形式映射至不同的CU中，這與通用GPU編程方式相似，可以高效管理DCU中并發(fā)執(zhí)行的線程。

2 管網(wǎng)模型與仿真系統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)

城市能源管網(wǎng)是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜連通網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)由大量的輸配管道、設(shè)備和連接件組成。因此，在構(gòu)建管網(wǎng)仿真系統(tǒng)的過程中，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的不同“組件”進(jìn)行數(shù)值建模，并使用以下三個(gè)控制方程進(jìn)行描述。

4 仿真結(jié)果與分析

本文實(shí)驗(yàn)在“嵩山”超級(jí)計(jì)算機(jī)上完成，其硬件配置在第1章中已經(jīng)進(jìn)行說明。所有仿真實(shí)驗(yàn)的編譯和測(cè)試等工作在CentOS 7.6上使用GCC 7.3.1和HIPCC 4.0.1進(jìn)行。

4.1 實(shí)驗(yàn)方案與數(shù)據(jù)來源

為了驗(yàn)證本文計(jì)算模型在城市能源管網(wǎng)仿真上正確性和可行性，選取三個(gè)實(shí)際能源供應(yīng)場(chǎng)景。在完成仿真模型的數(shù)值建模后，又在管網(wǎng)中加裝一定數(shù)量的溫度或壓力測(cè)量?jī)x器，通過對(duì)比模型中相應(yīng)觀測(cè)點(diǎn)上的仿真數(shù)據(jù)，驗(yàn)證本文模擬仿真計(jì)算模型的準(zhǔn)確性和通用性。

三種實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景分別來自于我國(guó)江西省某縣城的供水管網(wǎng)（water model）、浙江某地燃?xì)夤芫W(wǎng)（gas model）和我國(guó)西北地區(qū)某城市中一個(gè)行政區(qū)的熱力網(wǎng)絡(luò)（thermal model）。它們?cè)敿?xì)參數(shù)如表1所示。表1中管子數(shù)量和非管組件的數(shù)量之和代表管網(wǎng)的規(guī)模，它與仿真模型的計(jì)算量密切相關(guān)；觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)量是在實(shí)際場(chǎng)景下人為設(shè)置的物理測(cè)量?jī)x器的數(shù)量，這些觀測(cè)點(diǎn)用于核對(duì)管網(wǎng)模型的仿真精度。

4.2 仿真結(jié)果對(duì)比與分析

根據(jù)圖4、5中管網(wǎng)并行仿真計(jì)算方案和數(shù)據(jù)同步方法，將表1中的三個(gè)管網(wǎng)模型在CPU+DCU架構(gòu)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)上完成相應(yīng)的能源管網(wǎng)系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)。仿真過程中，不同的能源供需參數(shù)（壓力、流量等）作為管網(wǎng)模型邊界條件，隨機(jī)選取了某一時(shí)刻，將觀測(cè)點(diǎn)上仿真數(shù)值與實(shí)際儀器測(cè)量數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，并按照式（5）計(jì)算兩者的誤差率（deviation rate，DR）。

DR（t）=|Sim_Vkt－Mea_Vkt|Mea_Vkt×100%（5）

其中：DR（t）為時(shí)刻t第k個(gè)觀測(cè)點(diǎn)處的仿真數(shù)值誤差率；Sim_Vkt與 Mea_Vkt分別代表模型仿真數(shù)值和測(cè)量值。本節(jié)將從表1中三個(gè)場(chǎng)景中，隨機(jī)采集某個(gè)時(shí)間管網(wǎng)觀測(cè)點(diǎn)出的觀測(cè)數(shù)值，通過對(duì)比仿真結(jié)果，計(jì)算對(duì)應(yīng)的誤差率，評(píng)價(jià)本文方法在解決管網(wǎng)仿真計(jì)算中的有效性。

4.2.1 供水管網(wǎng)（water model）仿真結(jié)果對(duì)比

在供水管網(wǎng)的仿真實(shí)驗(yàn)中，本文選取了該網(wǎng)絡(luò)在2021年7月10日上午7∶30的工況水流壓力進(jìn)行對(duì)比。圖7是該時(shí)段115個(gè)水壓觀測(cè)點(diǎn)上實(shí)測(cè)水壓數(shù)值與仿真水壓，可以看出仿真壓力與實(shí)測(cè)壓力的數(shù)值變化趨勢(shì)基本一致，而各觀測(cè)點(diǎn)上的誤差率的變化如圖8所示。從圖8可以看出，仿真模型在多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)處的誤差率為4%左右。

4.2.2 燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)（gas model）仿真結(jié)果對(duì)比

燃?xì)夤芫W(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)中，將2022年9月26上午11∶30的管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。圖9是該時(shí)刻31個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的燃?xì)鈮毫?duì)比，從圖中可以看出，除少數(shù)觀測(cè)點(diǎn)以外，其他多數(shù)觀測(cè)點(diǎn)仿真數(shù)值與實(shí)際測(cè)量值基本一致，其誤差率如圖10所示。從圖10中誤差率的變化可以看出，多數(shù)燃?xì)夤芫W(wǎng)觀測(cè)點(diǎn)上仿真模型與實(shí)際測(cè)量數(shù)值相近，其誤差率均低于2%，說明本文提供的管網(wǎng)仿真計(jì)算模型具有較高的準(zhǔn)確性。

4.2.3 熱力管網(wǎng)（thermal model）仿真結(jié)果對(duì)比

相對(duì)前兩種能源供給輸配網(wǎng)絡(luò)，熱力管網(wǎng)模型相對(duì)較為復(fù)雜，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)有供水網(wǎng)絡(luò)和回水網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，同時(shí)本文不僅對(duì)供水管網(wǎng)和回水管網(wǎng)的壓力進(jìn)行比較，還對(duì)管網(wǎng)的溫度也進(jìn)行誤差對(duì)比。選用2022年2月23日21∶50的工況數(shù)據(jù)與仿真管網(wǎng)模型進(jìn)行對(duì)比。

圖11為熱力供水網(wǎng)上各觀測(cè)點(diǎn)仿真與實(shí)測(cè)水壓的對(duì)比情況，圖中仿真壓力的整體變化趨勢(shì)與實(shí)際測(cè)采集壓力的變化趨勢(shì)基本相符，而兩者的誤差率如圖12所示，觀測(cè)點(diǎn)上的誤差率均在5%以下。圖13為該熱力管網(wǎng)的供水網(wǎng)絡(luò)溫度對(duì)比情況，圖中可以看出，仿真溫度與實(shí)際測(cè)量溫度存在一定的差別，但由于圖中溫度計(jì)量單位為開爾文（K），從圖14中誤差率來看，其誤差僅為2%左右。

整體來看，熱力管網(wǎng)的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)值基本一致，僅在個(gè)別觀測(cè)點(diǎn)上存在誤差較大的情況。從它們對(duì)應(yīng)的誤差率可以看出，整個(gè)熱力管網(wǎng)的壓力只有一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)誤差率超過10%，其他多數(shù)觀測(cè)點(diǎn)的模擬數(shù)值誤差率在5%左右；而供水網(wǎng)絡(luò)和回水網(wǎng)絡(luò)中的溫度仿真誤差均在2%以下，基本上已經(jīng)達(dá)到實(shí)際工業(yè)場(chǎng)景下的誤差要求。

5 計(jì)算模型部署與應(yīng)用

第4章通過三種不同的能源管網(wǎng)模型的仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)際管網(wǎng)壓力、溫度等計(jì)量設(shè)備的測(cè)量數(shù)值的對(duì)比，可以證明本文方法在實(shí)際的工程應(yīng)用中具有一定的可行性。本章通過介紹部署在國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算平臺(tái)上對(duì)國(guó)內(nèi)某城市工業(yè)園區(qū)的燃?xì)夤芫W(wǎng)（CGN）的模擬仿真過程，進(jìn)一步證明本文管網(wǎng)仿真計(jì)算模型在解決實(shí)際行業(yè)需求方面的應(yīng)用價(jià)值。

整個(gè)仿真計(jì)算過程可以分成管網(wǎng)建模、仿真計(jì)算和可視化三個(gè)階段，其中本文計(jì)算方法主要應(yīng)用于第二階段的工作。數(shù)值仿真計(jì)算之前需要對(duì)整個(gè)管網(wǎng)拓?fù)溥M(jìn)行建模，模型中包含各類網(wǎng)絡(luò)組件的參數(shù)（如管道長(zhǎng)度、管徑、摩阻等）和管網(wǎng)邊界條件的設(shè)置；然后，將模型導(dǎo)入仿真系統(tǒng)以后，對(duì)象化后的網(wǎng)絡(luò)組件的計(jì)算被分派至不同的DCU上并發(fā)完成；當(dāng)計(jì)算結(jié)束后，仿真系統(tǒng)將仿真結(jié)果（管道壓力、流量）交由可視化系統(tǒng)予以呈現(xiàn)。

本章模擬的燃?xì)夤芫W(wǎng)涵蓋200多平方千米的城市行政區(qū)域，燃?xì)庥脩?0余萬(wàn)戶，管網(wǎng)總長(zhǎng)度在1 800 km以上。實(shí)驗(yàn)構(gòu)建一個(gè)由32 817個(gè)網(wǎng)絡(luò)組件的燃?xì)夤芫W(wǎng)模型，其中包括10個(gè)氣源（輸入）和1 444個(gè)用戶（輸出），模型的詳細(xì)信息如表2所示，而這些組件的拓?fù)潢P(guān)系如圖15所示，圖中區(qū)域按照燃?xì)夤?yīng)壓力分成了高、中、低三種區(qū)域，左邊青綠色區(qū)域?yàn)楦邏簠^(qū)域，其代表管網(wǎng)的骨干供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，中間和右下青色區(qū)域?yàn)橹袎簠^(qū)域，右上紫色區(qū)域?yàn)榈蛪簠^(qū)域，服務(wù)于燃?xì)獾慕K端用戶。

數(shù)值模型中定義了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的物理特性，而在仿真計(jì)算開始前，網(wǎng)絡(luò)模擬計(jì)算還需要設(shè)置管網(wǎng)模型的邊界條件：源和終端用戶上的壓力、流量和溫度等初始值。表3列出部分氣源和用戶的初始的壓力、溫度和流量值。

模擬仿真計(jì)算過程中，各實(shí)例化組件的水力求解任務(wù)被分配到不同的DCU并發(fā)執(zhí)行，并周期性地校驗(yàn)?zāi)Ｐ褪諗空`差，當(dāng)計(jì)算結(jié)果達(dá)到收斂標(biāo)準(zhǔn)后計(jì)算結(jié)束，并對(duì)仿真的結(jié)果進(jìn)行可視化處理。仿真計(jì)算的結(jié)果中包含所有組件的水力工況狀態(tài)，如管道的連接件的壓力、流量溫度，以及管道的壓力分布和流量分布等。表4包含管道組件的兩個(gè)端口的壓力、溫度和流量的仿真計(jì)算結(jié)果；而表5則是非管組件的仿真計(jì)算結(jié)果，它們按照端口的數(shù)量分別列出，其中三通只有3個(gè)端口，而二通和減壓閥等組件的端口數(shù)量是2。

上述表格中的數(shù)據(jù)可以使用通過可視化工具進(jìn)行表示，圖16為管網(wǎng)在當(dāng)前邊界條件下的穩(wěn)態(tài)壓力。從圖中可以看出，紅黃色左側(cè)網(wǎng)絡(luò)屬于高壓區(qū)域的壓力明顯高于中低壓區(qū)域；同時(shí)，越接近網(wǎng)絡(luò)的末端區(qū)域，其壓力也隨著減小。

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)城市能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，本文提出了一種并行的通用仿真計(jì)算模型。模型中將復(fù)雜管網(wǎng)流體計(jì)算過程進(jìn)行類型封裝，弱化了管網(wǎng)組件的仿真計(jì)算過程的依賴性，并結(jié)合“嵩山”超級(jí)計(jì)算機(jī)平臺(tái)，賦予模型良好的可并行性，提高了管網(wǎng)仿真系統(tǒng)在高性能計(jì)算平臺(tái)上的運(yùn)算性能。

三種能源輸配管網(wǎng)場(chǎng)景在“嵩山”超級(jí)計(jì)算平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)可以證明，本文模型在管網(wǎng)仿真應(yīng)用領(lǐng)域具有較強(qiáng)的通用性，為能源管網(wǎng)仿真軟件的“自主可控”奠定了基礎(chǔ)，也為國(guó)內(nèi)能源供應(yīng)企業(yè)提供了安全、可靠的仿真件計(jì)算工具和實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

盡管文中針對(duì)能源輸配管網(wǎng)提出的仿真模型和計(jì)算方法基本上可以為多數(shù)能源行業(yè)提供較高精度的網(wǎng)絡(luò)仿真工具，但為了充分發(fā)揮高性能計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算方面的優(yōu)勢(shì)，在提升和優(yōu)化模型計(jì)算性能等方面還有一定的研究空間。

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