在Python中实现Hardy Cross方法,可以先定义一个函数。该函数接收输入变量,包括节点坐标,管道长度,管道直径和管道流量等信息,并输出管道阻力和流量。以下是一个示例代码:
def hardy_cross(node_coords, pipe_lengths, pipe_diameters, pipe_flows):
# 将节点坐标和管道长度、直径等数据转化为矩阵形式
node_coords = np.array(node_coords)
pipe_lengths = np.array(pipe_lengths)
pipe_diameters = np.array(pipe_diameters)
pipe_flows = np.array(pipe_flows)
# 管道数量
n_pipes = len(pipe_lengths)
# 设定初始的节点压力和流量
node_pressures = np.zeros_like(node_coords[:,0])
node_flows = np.zeros(n_pipes)
# 迭代次数
n_iter = 0
# 设置允许的最大误差
tolerance = 0.0001
# 迭代直到误差小于允许值
while True:
n_iter += 1
# 计算每条管道的流量和阻力
for i in range(n_pipes):
# 获取管道两端节点的编号和坐标
node_i, node_j = i, (i+1)%n_pipes
coord_i, coord_j = node_coords[node_i], node_coords[node_j]
# 计算两个节点之间的距离和高度差
delta_x, delta_y = coord_j - coord_i
pipe_len = math.sqrt(delta_x**2 + delta_y**2)
height_diff = delta_y
# 计算雷诺数和流速
velocity = 4 * pipe_flows[i] / (math.pi * pipe_diameters[i]**2)
reynolds_num = 3157 * pipe_diameters[i] * velocity / 1.002e-6
# 计算摩阻系数
if reynolds_num < 2300:
friction_factor = 64 / reynolds_num
else:
epsilon = 0.0000015 if pipe_diameters[i] <= 0.1 else 0.0000025
friction_factor = 0.25 / math.log10(epsilon/3.7 + 5.74/((reynolds_num**0.