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水塔流量估计
1问题提出
某居民区有一供居民用水的圆柱形水塔,一般可以通过测量其水位来估计水的流量。面临的困难是,当水塔水位下降到设定的最底水位时,水泵自动启动向水塔供水,到设定的最高水位的时候停止供水,这段时间无法测量水塔的水位和水泵的供水量。通常水泵每天供水一两次,每次约2h.
水塔是一个高为12.2m,直径为17.4m的正圆柱。按照设计。水塔水位降至约8.2m时,水泵自动启动,水位升至约10.8m时水泵停止工作。
下表是某一天的水位测量记录(符号“//”表示水泵启动),试估计任何时刻(包括水泵正供水时)从水塔流出的水流量,及一天的总用水量。
2问题分析
流量是单位时间流出水的体积。由于水塔为正圆柱形,横截面积是常数,在水泵不工作的时段,流量很容易从水位对时间的变化率算出,问题是如何估计水泵供水时的流量。 水泵供水时段的流量只能靠供水时段前后的流量拟合得到。作为用于拟合的原始数据,希望水泵不工作时段的流量越准确越好。大体有两种计算方法:一是直接对表:1中的水位用数值微分计算出个时刻的流量,用它们拟合其他时刻或连续时间的流量;二是先用表中的数据拟合水位—时间函数,求导数可的连续时间的流量。一般来说数值为份的净度不高,何况测量记录不等距,结束值微分计算麻烦。因此选用中二种方法进行处理。
有了任何时刻的流量,就可以酸楚一天的总水量。其实,水泵不工作时段的用水量可根据记录直接得出,有表:1可知t=0到t=8.97 h,水位下降了968~822cm,乘以水塔的截面积即得该时段的用水量。该数值可用来检验拟合的结果。
3模型假设
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