多热源环状管网可及性分析判定方法及其改善方法

摘要

本发明公开了一种多热源环状管网可及性分析判定方法及其改善方法，这种分析判定方法建立在管网结构参数和运行工况确定的情况下，通过定量分析各热源所能提供的循环压头能否满足热网在该工况下实现预定的流量分配所需的资用压头，来判定管网在这种工况下的可及性；并依据可及性分析判定结果，通过对环状管网的结构参数包括管段管径、循环水泵扬程等，按一定顺序进行调整，使其可及性能够同时满足各种运行工况的要求。本发明利用建立的多热源环状管网的可及性分析方法可以直观地判断出管网的可及性及影响可及性的主要因素；经过最后的管径调整和循环水泵调整后，管网在各种工况下的可及性则均能满足要求。

主权项

1.一种多热源环状管网可及性分析判定方法，其特征在于，该分析方法是在计算机上实现的，详细步骤如下：第一步：确定需要进行可及性分析评价的工况，并将多热源环状管网分解为供水环网和回水环网，分别绘出该工况下供水环网和回水环网的网络计算图；选定设有定压装置的基本热源的供回水环网节点作为供水环网和回水环网的压力基准点，并分别对供水管网和回水管网的节点和管段进行相应编号，其中：供水环网的节点编号分别用G1,G2，...表示，回水环网的相应节点编号分别用H1,H2，...表示；供水环网的管段编号分别用1G,2G，...，回水环网的相应管段编号分别用1H,2H，...表示；编号时，压力基准点编号为最大编号；在此基础上，分别写出供水环网的连接矩阵A_G，转置连接矩阵A′_G、阻力数矩阵节点额定流量矩阵管网流通面积方阵F_G，以及回水环网的连接矩阵A_H、转置连接矩阵A′_H、阻力数矩阵节点额定流量矩阵管网流通面积方阵F_H；上述供水环网或回水环网的流量矩阵的各元素，流入为负值，流出为正值；上述供水环网的管网流通面积方阵F_G或回水环网的管网流通面积方阵F_H是由供水环网或回水环网各管段的流通面积构成的对称方阵，主对角线元素为各管段的流通面积式中d_i表示管段内径，非主对角线元素为零；第二步：建立多热源环状管网相对于基准点的节点压降求解模型；$Y·\bar{p}=\bar{q}$式中，Y——环状管网节点压降方程的系数矩阵，A——环状管网的连接矩阵；A′——环状管网连接矩阵A的转置矩阵；——环状管网管段阻耗方阵，——环状管网各管段阻力数构成的对称方阵，主对角线上元素分别为各管段阻力数，非主对角线元素为0；——环状管网各管段流量绝对值构成的对称方阵，主对角线上元素分别为各管段流量绝对值，非主对角线元素为0；——环状管网的节点压降矩阵；——环状管网各节点额定流量矩阵，第三步：求解供水环网的节点压降矩阵利用如下的迭代算法获得节点压降矩阵详细算法如下：第3.1步：任意设定管网的初始流速矩阵矩阵各元素代表各管段初始流速，根据求得管段的初始流量矩阵及相应的管段初始流量构成的对称方阵上述代表管网流量矩阵，元素为各管段流量；上述F代表管网流通面积方阵，供水环网为F_G，回水管网为F_H；上述代表管网流速矩阵，元素为各管段流速；第3.2步：根据公式$s_j=\frac{8({\lambda }_j\frac{l_j}{d_j}+\underset{i}{\Sigma }{\zeta }_j)}{{\pi }^2·{d_j}^4·g},{\lambda }_i=0.11{(\frac{K}{d_j}+\frac{68}{{\mathrm{Re}}_j})}^{0.25},{\mathrm{Re}}_j=\frac{v_j{d}_j}{\upsilon },$确定矩阵进而根据确定管网阻耗矩阵公式中s_j、l_j、d_j、λ_i、Re_j、v_j分别代表j管段的管段阻力数、管段长度、管段内径、管段总局部阻力系数、管段摩擦阻力系数、管段雷诺数和管段流速；K代表管道的绝对粗糙系数；υ代表流体的运动粘度；第3.3步：根据确定节点压降方程的系数矩阵Y₀；第3.4步：利用公式确定相对于压力基准点的节点压降矩阵第3.5步：利用公式确定管段压降矩阵第3.6步：利用公式确定管段流量矩阵第3.7步：根据确定管段流速矩阵第3.8步：比较检查其精度是否满足要求；预先设定精度要求如下：两矩阵的对应元素相减所得的差值矩阵中，如果绝对值最大的元素的绝对值小于或等于0.01，即认为精度满足要求；如精度满足要求，则迭代结束；如不满足，则将各元素值对应地替换各元素值，重复第3.1-3.7步过程，直至满足预先设定的精度要求为止；第3.9步：输出管段流速矩阵管段流量矩阵管段压降矩阵及节点压降矩阵上述迭代过程结束获得的节点压降矩阵即为供水环网的节点压降矩阵第四步：求解回水环网的节点压降矩阵采用与求解供水环网的节点压降矩阵相同的迭代方法，可获得回水环网的节点压降矩阵迭代过程中涉及的矩阵均采用回水管网的相应矩阵；第五步：确定多热源环状管网的最不利节点；根据多热源环状管网的供水环网节点压降矩阵及回水环网节点压降矩阵利用下式可判定出多热源环状管网的最不利节点J；p_JG-p_JH=max(p_iG-p_iH)i=1,2,…,n式中p_JG——最不利节点J的供水环网节点压降，mH₂O；p_JH——最不利节点J的回水环网节点压降，mH₂O；n——多热源环状管网的节点个数；第六步：确定多热源环状管网各热源所需提供的资用压头H_rk；由于多热源环状管网的可及性分析多以基本热源的供、回水环网节点作为基准点，因此，基准点对应的用户一定为基本热源，则基本热源所需提供的资用压头按下式确定：H_r1=Δp₀+(p_JG-p_JH)+H₀式中H_r1——基本热源所需提供的资用压头，mH₂O；Δp₀——最不利节点J的最低允许资用压头，mH₂O；H₀——在额定流量下热源内部的阻力损失，mH₂O；对于其它热源，其所需提供的资用压头可按下式确定：H_rk=Δp₀+(p_JG-p_JH)-(p_iG-p_iH)+H₀k=2,…,M式中H_rk——k热源需提供的资用压头，mH₂O；p_iG——k热源对应的供水环网节点的节点压降，mH₂O；p_iH——k热源对应的回水环网节点的节点压降，mH₂O；M——多热源环状管网运行热源的个数；第七步：判定供热管网的可及性；设多热源环状管网某热源能够提供的循环压头为H′_r1或H′_rk，其中前者代表基本热源能够提供的循环压头，后者代表其它热源能够提供的循环压头，根据第六步确定的该热源需要提供的资用压头H_r1或H_rk，若H′_r1≥H_r1或H′_rk≥H_rk，则该热源满足管网在该工况下的可及性；反之，该热源不满足管网在该工况下的可及性；由此判断出所有热源在该工况下是否满足管网的可及性。