【数学建模在储油罐变位识别与罐容表标定的应用】
数学建模是应用数学解决问题的一种方法,尤其在工程领域,如储油罐的管理与维护中发挥着重要作用。本文主要针对储油罐在使用过程中可能出现的变位问题,即纵向倾斜和横向偏转,以及如何通过数学建模来识别这些变位并重新标定罐容表。
储油罐的变位识别是确保精确测量储油量的关键。储油罐通常是圆柱体结构,两端带有球冠体,其体积计算基于几何形状。当罐体发生变位时,原有的罐容表不再准确,需要重新计算油位与储油量之间的关系。
论文通过简化模型,将两端球冠体视为平头的椭圆柱体,以此为基础建立模型一。利用积分学,可以得到椭圆柱体的体积公式,该公式与真实的油位高度相关。在模型一中,当罐体未发生变位时,可以直接应用该公式计算体积。
当罐体出现倾斜时,模型需要进行调整。模型二利用对称原理,通过对倾斜图形进行割补,将其转换回未倾斜状态,通过新的参数来计算体积。模型三至模型六则分别考虑了纵向倾斜、横向倾斜和两者同时发生的复杂情况,通过对体积分的分割和重组,推导出不同倾斜角度下的体积公式。
例如,模型四和模型五分别给出了纵向倾斜角θ和横向倾斜角β时的体积表达式,通过代入相应角度值,可以计算出变位后的罐体容积。模型六则结合了纵向和横向的倾斜,进一步完善了模型。
在实际应用中,储油罐的变位识别通常基于实验数据,如附件1所示的椭圆型储油罐实验。通过分析这些数据,可以建立数学模型来研究变位对罐容表的影响,并据此标定新的罐容表。对于图1所示的复杂储油罐,需要考虑球冠体的存在,这增加了模型的复杂性,但依然可以通过积分和几何变换来建立变位后罐容表的数学模型。
罐内储油量与油位高度、纵向倾斜角度α和横向偏转角度β之间的关系是模型的核心。通过实验数据和数学建模,可以得出罐体在各种变位状态下的储油量与油位高度的对应关系,从而更新罐容表,保证油位计量管理系统的准确性和可靠性。
这篇论文探讨了储油罐变位识别的数学建模方法,通过建立一系列模型,解决了储油罐在变位后的罐容表标定问题,这对于石油行业的安全管理具有重要意义。通过这种方法,可以及时检测和校正储油罐的变位,提高储油量测量的精度,减少因变位导致的计量误差,确保石油贸易的公平与安全。