崔凡

（西安市熱力總公司，陜西 西安 710016）

摘要：通過(guò)對(duì)當(dāng)前集中供熱管網(wǎng)的簡(jiǎn)化性模擬，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行劃分，分解成為管道、換熱站以及管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)三個(gè)重要組成部分，通過(guò)模型平臺(tái)的簡(jiǎn)化模擬構(gòu)建，確保供熱管網(wǎng)的熱力工況測(cè)試更具便捷性，進(jìn)而更好地對(duì)供熱管網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)作進(jìn)行掌控。

關(guān)鍵詞：集中供熱管網(wǎng)；工況研究；模型構(gòu)建

引言：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)的意識(shí)不斷增強(qiáng)，由于集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)所具備的節(jié)能、保護(hù)環(huán)境的能力，在國(guó)內(nèi)北方地區(qū)得到了很好的發(fā)展。但因?yàn)楫?dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)于控制算法及調(diào)節(jié)方式的研究仍存在一定程度的缺陷，因此導(dǎo)致當(dāng)前集中供熱系統(tǒng)無(wú)法將自身優(yōu)勢(shì)完全發(fā)揮出來(lái)。為此集中供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與自身熱力工況具備極大的研究意義。為此本次研究選擇了管網(wǎng)仿真試驗(yàn)臺(tái)，有針對(duì)性地將其劃分成管道、水利工況計(jì)算以及換熱器三個(gè)內(nèi)容，進(jìn)而以上面三個(gè)內(nèi)容構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，依照模型的連接構(gòu)建仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并基于這一試驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)集中供熱系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性研究，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)熱力工況的分析。

1.集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀研究

在當(dāng)前對(duì)集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)所有研究行為中，對(duì)于系統(tǒng)熱力工況的研究是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的一個(gè)重要手段，但隨著系統(tǒng)構(gòu)成部分具備多樣化及復(fù)雜性，導(dǎo)致在實(shí)際研究過(guò)程中存在較大的難度。以宏觀視角來(lái)觀察所有研究方式，如對(duì)系統(tǒng)管網(wǎng)的測(cè)試研究，結(jié)合數(shù)據(jù)辨識(shí)等多樣化發(fā)展，以數(shù)學(xué)建模為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的仿真研究。著名德國(guó)學(xué)者Glueck·Bemd針對(duì)集中供熱管網(wǎng)中水蓄熱方式得到對(duì)應(yīng)的供熱系統(tǒng)建模，基于此模型可以獲取下述設(shè)想，基于特定的條件之下，了解仿真模型中換熱站的熱負(fù)荷，假設(shè)管道熱損失不存在，同時(shí)將整個(gè)設(shè)備中的供水籠統(tǒng)的涵蓋系統(tǒng)所有管道中的水，而該部分水所提供的熱容則定義為回水管網(wǎng)總熱容。結(jié)合簡(jiǎn)化基礎(chǔ)下的理論模型，獲取最大使用情況下的蓄熱容量，進(jìn)而得到熱源減少的最佳設(shè)計(jì)方式就是結(jié)合熱網(wǎng)蓄熱行為實(shí)現(xiàn)的。

2.有關(guān)集中供熱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立

集中供熱系統(tǒng)作為當(dāng)前極為重要的一種流體性供熱網(wǎng)絡(luò)，其與電網(wǎng)絡(luò)存在一定程度的相似性，兩者均是以基爾霍夫定律為基礎(chǔ)原則，結(jié)合流體網(wǎng)絡(luò)支流等相關(guān)的支路電流，共同構(gòu)成有針對(duì)性三個(gè)熱用戶供熱系統(tǒng)模型。文章以當(dāng)前市面是極為普通的供熱管網(wǎng)為研究者，基于三個(gè)熱用戶管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)熱力工況分析，整個(gè)研究過(guò)程借我符合邏輯思維及思路退證方式，進(jìn)而得到與之對(duì)應(yīng)的運(yùn)作公式。

在對(duì)供熱系統(tǒng)熱力工況進(jìn)行分析的過(guò)程中，針對(duì)系統(tǒng)中存在的管網(wǎng)供水管段的節(jié)點(diǎn)，其自身流入溫度是與流出節(jié)點(diǎn)流體溫度相同的，此外針對(duì)回水管段上存在的節(jié)點(diǎn)而言，其與流水管道上的溫度存在一定的差距，因此在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中可能存在接觸換熱的問(wèn)題。因此在該種節(jié)點(diǎn)攝像情況下，有針對(duì)性地分析當(dāng)前供熱管道所具備的特征，得出基于流量不確定情況下的傳輸水溫測(cè)量方式，這一方式又稱分段積分法，從中可以獲取不同小段管之間管道水量自身的溫度情況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)流速的實(shí)時(shí)分析，最終通過(guò)有關(guān)數(shù)據(jù)獲取整個(gè)管道節(jié)段的溫度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)供回水溫度的傳送行為。此外文章基于集中供熱管網(wǎng)的仿真模型實(shí)現(xiàn)了管道流體基礎(chǔ)下的正弦、斜坡仿真性分析，獲取大量的分段數(shù)據(jù)，在這一基礎(chǔ)下，曲線吻合程度及延遲時(shí)間均與實(shí)際相符，不過(guò)因?yàn)榛谙到y(tǒng)仿真情況下，其計(jì)算時(shí)間存在顯著性的降低，因此需要根據(jù)仿真需求明確一個(gè)仿真合理數(shù)字化。

3.集中供熱管道仿真模型下的熱力工況分析

在進(jìn)行本次研究過(guò)程中，存在一個(gè)重要的限制因素就在于無(wú)法避免自然等多樣化因素對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果的影響，最終得到的研究成果并非真正意義上的理想結(jié)果，因此由于無(wú)法完全避免客觀因素作用下產(chǎn)生的結(jié)果誤差，需要合理應(yīng)用數(shù)值解法盡可能讓試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際接近。數(shù)值計(jì)算方法是當(dāng)前一種極為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)邏輯算法，結(jié)合數(shù)值有效地替代客觀現(xiàn)象以獲取真實(shí)、準(zhǔn)確的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)仿真模型研究。

在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，首先進(jìn)行以下假設(shè)，當(dāng)管網(wǎng)啟動(dòng)之后自身熱遠(yuǎn)處所提供的熱量存在缺陷，此時(shí)啟動(dòng)過(guò)程中不同節(jié)點(diǎn)的流量進(jìn)行針對(duì)性的控制，而此時(shí)其所體現(xiàn)的溫度分為為40、45、55攝氏度。隨后進(jìn)行第一次網(wǎng)流量擾動(dòng)，結(jié)合三個(gè)換熱站的側(cè)面水溫變化，因?yàn)榭傉九c各個(gè)換熱站在距離上存在的差異，導(dǎo)致其在溫度傳輸過(guò)程中存在不同程度的延遲?；趽Q熱站二次出口溫度變化情況，當(dāng)管網(wǎng)流量發(fā)生改變后，其中的一個(gè)換熱站會(huì)隨之產(chǎn)生溫度變化；此外總站隨著總流量降低導(dǎo)致?lián)Q熱站的改變引起溫度的提升。結(jié)合上述內(nèi)容，可以顯著的看出，其中有兩個(gè)換熱站自身流量的改變極為不明顯，一直保持在一個(gè)非常穩(wěn)定的時(shí)間段之中，在此過(guò)程中，需要其溫度一直保持提升的狀態(tài)，進(jìn)而通過(guò)時(shí)間延遲得出溫度在開始時(shí)出現(xiàn)一個(gè)溫度下降的趨勢(shì)。

在出現(xiàn)以此網(wǎng)流量擾動(dòng)之后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)二次網(wǎng)回水溫度的擾動(dòng)，這與上一個(gè)擾動(dòng)極為相符，在影響熱側(cè)出水溫度的同時(shí)，在回水管道的作用下將其傳輸?shù)娇傉荆⑼ㄟ^(guò)總站將這一影響轉(zhuǎn)換成溫度變化體現(xiàn)在熱力站上，進(jìn)而得到不同管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的溫度變化，并傳送到每個(gè)用戶家中，將其轉(zhuǎn)換成為各個(gè)房間的室溫。在整個(gè)過(guò)程中，相較于一次網(wǎng)流量擾動(dòng)而言，其所產(chǎn)生的最大影響差距就在于換熱器及擾動(dòng)因素兩個(gè)方面存在的差異性，直接導(dǎo)致慣性及延遲環(huán)節(jié)出現(xiàn)差別，因此就管網(wǎng)而言，該兩個(gè)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的影響可以完全忽略。對(duì)于整個(gè)供熱系統(tǒng)而言，隨著管道輸送過(guò)程中自身具備的延遲性質(zhì)而言，導(dǎo)致供熱系統(tǒng)時(shí)滯極為研究，使室溫隨著換熱器發(fā)生改變。

結(jié)束語(yǔ)：本文的首要任務(wù)就是對(duì)集中供熱管網(wǎng)熱力工況實(shí)施研究，因此在研究過(guò)程中，通過(guò)構(gòu)建供熱系統(tǒng)仿真模型實(shí)現(xiàn)有關(guān)研究，在這種仿真模型之下，可以結(jié)合多樣化的控制手法實(shí)現(xiàn)有關(guān)數(shù)據(jù)或結(jié)果的驗(yàn)證，從而確保系統(tǒng)能夠得到合理的優(yōu)化與控制。通過(guò)本次研究能夠從一定程度上了解并掌握當(dāng)前供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的熱力工況。

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