專(zhuān)利名稱(chēng)：一種水力熱力耦合仿真模型的多氣源蒸汽管網(wǎng)計(jì)算系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源管網(wǎng)仿真計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種較為精確和快速的計(jì)算蒸汽 管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)溫度、壓力和流量等狀態(tài)量以及生成冷凝水量的計(jì)算系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用管網(wǎng)仿 真計(jì)算模塊解決了多氣源蒸汽管網(wǎng)的建模問(wèn)題，使模型更具普適性，并使用計(jì)算結(jié)果修正 子模塊提出的一種修正管網(wǎng)模型參數(shù)的方法對(duì)模型結(jié)果進(jìn)行修正，使模型具有自適應(yīng)性。
背景技術(shù)：
蒸汽作為生產(chǎn)過(guò)程中的主要攜能工質(zhì)和輔助工藝物流，被廣泛用于煉油、化工、鋼 鐵、輕工、熱電、區(qū)域集中供熱等各個(gè)領(lǐng)域。隨著生產(chǎn)規(guī)模的漸進(jìn)發(fā)展，蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)變得龐 大復(fù)雜，不僅難以管理調(diào)度，而且浪費(fèi)驚人。在管道輸送過(guò)程中隨著過(guò)熱或飽和蒸汽的流 動(dòng)，由于管壁散熱和摩擦等因素，溫度和壓力不斷降低，會(huì)造成密度、比熱和動(dòng)力黏度等狀 態(tài)參數(shù)的變化，增加了蒸汽管網(wǎng)計(jì)算分析的不確定性因素。同時(shí)在蒸汽流動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生相變， 產(chǎn)生冷凝水損失大量的熱量，并會(huì)使?fàn)顟B(tài)參數(shù)的變化更加劇烈。蒸汽管網(wǎng)凝水損失大、狀態(tài) 參數(shù)變化大決定了蒸汽管網(wǎng)的水力熱力計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，要比熱水管網(wǎng)或其他一些可壓縮流 體管網(wǎng)的難度大得多。之前蒸汽管網(wǎng)水力計(jì)算主要依靠人工查閱計(jì)算手冊(cè)或計(jì)算圖表完成的，效率低下 且誤差較大。目前國(guó)內(nèi)外已有一些蒸汽管網(wǎng)的計(jì)算方法，但大多只選擇水力工況的計(jì)算，而 忽略蒸汽水力工況與熱力工況之間的相互影響，對(duì)于狀態(tài)參數(shù)的計(jì)算往往只考慮壓力的變 化而忽略溫度的變化，使得水力計(jì)算結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)誤差較大，精度難以滿足工程需 要。目前對(duì)水力計(jì)算模型有三種解法一是解環(huán)方程法，二是解節(jié)點(diǎn)方程法，包括有限元節(jié) 點(diǎn)法和聯(lián)立節(jié)點(diǎn)法(也叫牛頓-拉普森法)，三是解管段方程法；而且多用圖論知識(shí)輸入管 網(wǎng)結(jié)構(gòu)，然后建立水力計(jì)算模型并根據(jù)實(shí)際情況選擇一定的解法解出結(jié)果。本發(fā)明將綜合考慮蒸汽的可壓縮性、狀態(tài)變化、摩擦和傳熱等多種因素的作用，建 立蒸汽流動(dòng)過(guò)程中的水力熱力耦合計(jì)算模型，并以此為計(jì)算依據(jù)構(gòu)建管網(wǎng)仿真計(jì)算系統(tǒng)， 通過(guò)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊準(zhǔn)確描述蒸汽輸送過(guò)程中溫度和壓力變化關(guān)系，從而解決目前水力 計(jì)算和熱力計(jì)算分別考慮所產(chǎn)生較大誤差的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的有四點(diǎn)一是提供一種耦合計(jì)算方法，在運(yùn)算時(shí)能綜合考慮到溫度 和壓力的變化，以便提高狀態(tài)參數(shù)的計(jì)算精度；二是提供一種多氣源的計(jì)算模型，能夠解決 在多氣源條件下的管網(wǎng)計(jì)算情況；三是提供一種管網(wǎng)模型修正自適應(yīng)的算法，使管網(wǎng)模型 能夠自動(dòng)調(diào)整參數(shù)來(lái)適應(yīng)管網(wǎng)環(huán)境的變化；四是提出一種管網(wǎng)耦合仿真的計(jì)算系統(tǒng)，使管 網(wǎng)計(jì)算的數(shù)據(jù)提取、分析和顯示三個(gè)模塊自治且相互聯(lián)系。本質(zhì)上前三點(diǎn)都是為了提高管 網(wǎng)模型的計(jì)算精確度，模型建立后計(jì)算得出的溫度、壓力和流量數(shù)據(jù)能有效指導(dǎo)調(diào)度人員 提高對(duì)蒸汽的優(yōu)化利用和管理水平，對(duì)蒸汽系統(tǒng)的技術(shù)改造提供數(shù)據(jù)支持，并可實(shí)現(xiàn)軟儀 表技術(shù)以及結(jié)合現(xiàn)有測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)偵破和數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)。
本發(fā)明的系統(tǒng)在硬件上包括客戶端PC、應(yīng)用服務(wù)器、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 庫(kù)服務(wù)器等。在應(yīng)用模塊上包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)構(gòu)成的數(shù)據(jù) 采集模塊、由數(shù)據(jù)錄入子模塊和計(jì)算結(jié)果顯示子模塊組成的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊以及由耦合 仿真計(jì)算子模塊和計(jì)算結(jié)果修正子模塊組成的管網(wǎng)仿真計(jì)算模塊。其中數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊 部署在客戶端，管網(wǎng)仿真計(jì)算模塊部署在應(yīng)用服務(wù)器，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)部署在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù) 器，數(shù)據(jù)采集模塊部署在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器；數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊和管網(wǎng)仿真計(jì)算模塊均與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)相互連接，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示 模塊與管網(wǎng)仿真計(jì)算模塊相互連接，管網(wǎng)仿真計(jì)算模塊與數(shù)據(jù)采集模塊相連接； 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)用戶錄入的信息，如管段、節(jié)點(diǎn)、管網(wǎng)、材料等信息。眷數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)組成；采集子系統(tǒng)由節(jié)點(diǎn)傳感器組 成，節(jié)點(diǎn)傳感器將采集數(shù)據(jù)傳入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并由數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)查詢條件向管網(wǎng)仿 真計(jì)算模塊提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊(1)數(shù)據(jù)錄入子模塊主要包括現(xiàn)有管網(wǎng)各種形式的原始數(shù)據(jù)、圖紙信息的錄入、 存儲(chǔ)、傳輸和組織，以便合理地利用現(xiàn)有的信息建立蒸汽管網(wǎng)的數(shù)字模型信息。錄入的信息 包括節(jié)點(diǎn)信息、管段信息以及環(huán)境信息。節(jié)點(diǎn)信息包括節(jié)點(diǎn)編號(hào)、節(jié)點(diǎn)的位置信息；管段信 息包括管段的起點(diǎn)和終點(diǎn)信息、管徑、管長(zhǎng)、管段材料和管段的保溫材料及其厚度等信息； 環(huán)境信息包括當(dāng)前的溫度、大氣壓強(qiáng)和風(fēng)速。(2)計(jì)算結(jié)果顯示子模塊實(shí)現(xiàn)以圖像化的方式對(duì)計(jì)算結(jié)果的顯示及數(shù)據(jù)錄入情 況的顯示，并能提供接口為外部系統(tǒng)如GIS系統(tǒng)調(diào)用并顯示。 管網(wǎng)仿真計(jì)算模塊(1)耦合仿真計(jì)算子模塊它包括多氣源管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的建立、管網(wǎng)耦合仿真模型的 建立、管網(wǎng)耦合仿真模型的解法、管網(wǎng)耦合仿真模型的多氣源解法等四部分。多氣源管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的建立把管網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)和管道抽象中圖論中的點(diǎn)和線，定向后 成為一個(gè)有向圖。其中節(jié)點(diǎn)分為兩部分參考節(jié)點(diǎn)和獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，其中參考節(jié)點(diǎn)是指流量已 知、溫度和壓力未知的節(jié)點(diǎn)，獨(dú)立節(jié)點(diǎn)是指流量未知、溫度和壓力已知的節(jié)點(diǎn)；對(duì)應(yīng)地將管 道根據(jù)圖論知識(shí)分為余樹(shù)和樹(shù)枝。當(dāng)有多個(gè)參考點(diǎn)時(shí)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)為一個(gè)多氣源問(wèn)題。對(duì) 節(jié)點(diǎn)和管道排序，保證獨(dú)立點(diǎn)在前參考點(diǎn)在后，樹(shù)枝在前余樹(shù)在后，寫(xiě)出有向圖的關(guān)聯(lián)矩陣
A，并確定好參考點(diǎn)、獨(dú)立節(jié)點(diǎn)、樹(shù)枝和余樹(shù)將A分塊為四部分，即Z 二
"4"Ai AiΛ.
'A1
=[A11 A12]，Ax = [A21 A22]，其中A11是獨(dú)立節(jié)點(diǎn)-樹(shù)枝關(guān)聯(lián)矩陣，A12是獨(dú)立節(jié)點(diǎn)-余樹(shù)關(guān) 聯(lián)矩陣，A21是參考節(jié)點(diǎn)-樹(shù)枝關(guān)聯(lián)矩陣，A22是參考節(jié)點(diǎn)-余樹(shù)關(guān)聯(lián)矩陣。。
管網(wǎng)耦合仿真模型的建立根據(jù)水力學(xué)和熱力學(xué)計(jì)算模型、IF97國(guó)際公式以及基 爾霍夫定理有ΔΡ = ATP, AT = AtT, AG = Q, AP = CpG2, AT = CT/G，聯(lián)立方程組可得到 耦合計(jì)算模型ACpAtP = Q。式中的P和T分別表示管段的壓力和溫度向量，ΔΡ表示管段 降的壓力差向量，ΔΤ表示管段的溫度差向量，G為各管段的平均流量向量，Q為各節(jié)點(diǎn)的 流量向量。Cp，Ct分別表示管段的阻尼系數(shù)和溫降系數(shù)，可根據(jù)流體力學(xué)中的質(zhì)量守恒和熱量守恒得出，即有丨,Ct - q^fl，其中β表示局部摩擦阻力的當(dāng)量
長(zhǎng)度系數(shù)，η為管道附件、閥門(mén)、補(bǔ)償器、支座等的散熱損失附加系數(shù)，它們都與管道的物理 特性和周?chē)h(huán)境相關(guān)，為常數(shù)；λ為摩擦系數(shù)；1表示管段的長(zhǎng)度；Cp為蒸汽定壓比熱容， 使用IF97國(guó)際公式可求出；d為管段的公稱(chēng)直徑；qi表示蒸汽管道單位長(zhǎng)度散熱量，可由
q - H_
1 1 lnDp ！ 1 求出，式中Ttl為管道或設(shè)備外表面溫度，取管道內(nèi)蒸汽溫度，Ta為環(huán) 2πω Di nD0aw
境溫度，D。為保溫層外徑,Di為保溫層內(nèi)徑，可取管道外徑，=11.6 + 7^，其中ν為保溫層 外表面附近空氣的流動(dòng)速度，ω為保溫材料及制品的導(dǎo)熱系數(shù)；P為該管段蒸汽的平均密
度，由IF97公式求出始末節(jié)點(diǎn)的密度再按比例平均，有廣=^^·，其中P1* P2分別
表示管段起始節(jié)點(diǎn)和末節(jié)點(diǎn)的密度；管網(wǎng)耦合仿真模型的解法首先假定一個(gè)初始流量，一般而言通過(guò)遍歷各節(jié)點(diǎn)的 最小的流量作為初始流量，計(jì)算導(dǎo)納矩陣，分別聯(lián)立水力學(xué)方程和熱力學(xué)方程得到流量、 壓力和溫度，比較所求流量是否與假設(shè)流量之間的相對(duì)誤差在允許范圍內(nèi)，若滿足則退出 輸出結(jié)果，否則則修正所求流量，用所求的溫度和壓力再次計(jì)算導(dǎo)納矩陣進(jìn)入下一輪迭代， 直至結(jié)果滿足收斂條件為止。具體步驟如下步驟一設(shè)定k的最大值為kmax ；步驟二確定一個(gè)初始流量向量(V第一次迭代設(shè)定獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的壓力和溫度為參 考點(diǎn)的壓力Pq和溫度T。，置k = 1 ；步驟三進(jìn)入第k次計(jì)算，由ACPATP = Q可求出各獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的壓力Pk ；由 G 二 A· AP 二 C;· ΔΡ，其中C；； = A，求出各節(jié)點(diǎn)的流量;再由Αττ = cT/G得到各節(jié)點(diǎn) 的溫度Tk ；步驟四比較(ik和G' η，兩者之間的誤差相對(duì)值滿足事前設(shè)定的要求則停止迭 代轉(zhuǎn)入步驟五；否則設(shè)k = k+Ι，如果k > kmax，則轉(zhuǎn)入步驟二，否則修正為G' k轉(zhuǎn)入到
步驟三；步驟五保存Pk，Gk, Tk，算法退出；具體如圖3。管網(wǎng)耦合仿真模型的多氣源解法當(dāng)氣源點(diǎn)為多個(gè)時(shí)，參考節(jié)點(diǎn)數(shù)目增加，為保證 方程有解，把A、G和Q等按照獨(dú)立節(jié)點(diǎn)在前、參考節(jié)點(diǎn)在后進(jìn)行分塊，如G = [G] G]]'，
Q = [Qj達(dá)]7'" A 二 A'，由G = ^rAF = G-AP把方程AG = Q分塊相乘，以便實(shí)現(xiàn)已
LAv」(I7)Cj
知量和所求量的分離，可以得到4<劣>,=Q1 -A1CtpArxPx，可證明該線性方程的解唯一。 使用高斯消去法解得獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的壓力后，其后的計(jì)算步驟采取和單氣源點(diǎn)同樣的方式。但 在計(jì)算溫度時(shí)AtT = CT/G中對(duì)關(guān)聯(lián)矩陣A分解為四部分，可有成7； =ΔΓ_4^，可以證明 A11是非奇異的，保證該線性方程有唯一解。(2)自適應(yīng)修正算法子模塊它包括誤差識(shí)別部分和自適應(yīng)修正部分。
誤差識(shí)別部分包括自動(dòng)方法和人工確認(rèn)方法。自動(dòng)方法是指管網(wǎng)耦合仿真模型 計(jì)算出結(jié)果后程序會(huì)自動(dòng)從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)的溫度7；、壓力藎和流量《，計(jì) 算實(shí)際值與計(jì)算值的誤差，即有八7；=7；-7；，間’=乃-<込( 二0,.-《，如果Δ Ti、八卩1或 AGi中的任何一個(gè)超過(guò)由操作人員提前根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定的范圍則被標(biāo)識(shí)為待修正采樣 點(diǎn)，這些數(shù)據(jù)將會(huì)傳遞到自適應(yīng)修正部分來(lái)完成修正。人工確認(rèn)方法是在管網(wǎng)耦合仿真模 型計(jì)算出的結(jié)果被展示后，由查看人員確認(rèn)該數(shù)據(jù)是否誤差較大，并給出經(jīng)驗(yàn)值以便傳回 自適應(yīng)修正部分來(lái)進(jìn)行迭代修正。自適應(yīng)修正部分在水力學(xué)模型中壓力降與流量的系數(shù)Q，
π d ρ
9/(1 + η)1
在熱力學(xué)模型中溫度降與流量的系數(shù)& 二 jOQOc ，其中β和η與管道的物理特性
和周?chē)h(huán)境相關(guān)，1表示管段的長(zhǎng)度，cp為蒸汽定壓比熱容，d為管段的公稱(chēng)直徑，P為 蒸汽的平均密度。當(dāng)管道環(huán)境改變時(shí)，使用最小二乘法對(duì)β和η進(jìn)行修正，即通過(guò)
min|](Cr/Gi-Δ7；)2和InintccpG12-間)2來(lái)回歸得到新的 β*和 η*。
i=\ /=1本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)的管網(wǎng)仿真計(jì)算模塊在管網(wǎng)建模時(shí)針對(duì)管段的已知量和 所求量進(jìn)行分類(lèi)，為多氣源計(jì)算提供了建模依據(jù)；使用IF97國(guó)際計(jì)算公式，并耦合了水力 學(xué)和熱力學(xué)計(jì)算模型，提高了狀態(tài)參數(shù)計(jì)算的精度，使計(jì)算結(jié)果更加精確；把管段中的已知 量和未知量分離，很好地解決了多氣源管網(wǎng)模型的計(jì)算問(wèn)題。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊則 提供了靈活的數(shù)據(jù)組織形式，把管網(wǎng)數(shù)據(jù)以C/S架構(gòu)的方式提取和存儲(chǔ)。系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果 修正子模塊則是使用最小二乘法對(duì)管網(wǎng)計(jì)算結(jié)果自動(dòng)識(shí)別誤差和自適應(yīng)修正，能在管網(wǎng)環(huán) 境改變時(shí)觸發(fā)結(jié)果修正。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)與模塊關(guān)系。圖2是本發(fā)明的管網(wǎng)仿真模型執(zhí)行過(guò)程流程圖。圖3是本發(fā)明的耦合計(jì)算迭代過(guò)程圖。
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)與模塊關(guān)系圖。由圖可以看出，本系統(tǒng)主要包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、 由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集模塊、由數(shù)據(jù)錄入子模塊和計(jì)算結(jié)果顯示 子模塊組成的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊以及由耦合仿真計(jì)算子模塊和計(jì)算結(jié)果修正子模塊組成 的管網(wǎng)仿真計(jì)算模塊。其中數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊部署在客戶端，管網(wǎng)仿真計(jì)算模塊部署在應(yīng) 用服務(wù)器，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)部署在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)采集模塊部署在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。圖2為管網(wǎng)仿真模型的執(zhí)行過(guò)程流程圖。若不是第一次執(zhí)行，則首先從數(shù)據(jù)源提 取基本的管網(wǎng)信息數(shù)據(jù)，包括管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)和管道信息，其中管道的信息包括公稱(chēng)直徑、長(zhǎng) 度、管道材料、敷設(shè)方式、保溫材料等，若是第一次執(zhí)行則提供一個(gè)數(shù)據(jù)畫(huà)面讓用戶輸入這 些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。管網(wǎng)的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)獲得后，開(kāi)始執(zhí)行耦合計(jì)算，迭代完成達(dá)到滿意精度。當(dāng) 有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或手動(dòng)確認(rèn)自動(dòng)修正時(shí)將觸發(fā)驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果，如果計(jì)算結(jié)果不正確會(huì)進(jìn)入到模型自適應(yīng)修正模塊執(zhí)行新的計(jì)算，該計(jì)算將會(huì)修正了模型的一些參數(shù)，并開(kāi)始新一輪的迭 代計(jì)算，直到結(jié)果滿意為止。 圖3為管網(wǎng)耦合計(jì)算迭代過(guò)程圖。首先從數(shù)據(jù)庫(kù)提取管網(wǎng)基本信息，然后對(duì)節(jié)點(diǎn) 和管段按照已知量和未知量進(jìn)行分類(lèi)，寫(xiě)出關(guān)聯(lián)矩陣并分塊，保證已知量和未知量的分離； 然后假定一個(gè)初始流量，一般而言通過(guò)遍歷各節(jié)點(diǎn)的最小的流量作為初始流量，計(jì)算導(dǎo)納 矩陣，分別聯(lián)立水力學(xué)方程和熱力學(xué)方程得到流量、壓力和溫度，比較所求流量是否與假設(shè) 流量之間的相對(duì)誤差在允許范圍內(nèi)，若滿足則退出輸出結(jié)果，否則則修正所求流量，用所求 的溫度和壓力再次計(jì)算導(dǎo)納矩陣進(jìn)入下一輪迭代，直至結(jié)果滿足收斂條件為止。
權(quán)利要求
1.一種水力熱力耦合仿真模型的多氣源蒸汽管網(wǎng)計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)包括關(guān) 系數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊以及管網(wǎng)仿真計(jì)算模塊；數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊和管網(wǎng)仿真計(jì)算模塊均與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)相互連接，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊 與管網(wǎng)仿真計(jì)算模塊相互連接，管網(wǎng)仿真計(jì)算模塊與數(shù)據(jù)采集模塊相連接；數(shù)據(jù)采集模塊由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)組成；采集子系統(tǒng)由節(jié)點(diǎn)傳感器組成， 節(jié)點(diǎn)傳感器將采集數(shù)據(jù)傳入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并由數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)查詢條件向管網(wǎng)仿真計(jì) 算模塊提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊由數(shù)據(jù)錄入子模塊和計(jì)算結(jié)果顯示子模塊組成；數(shù)據(jù)錄入子模塊實(shí) 現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)信息和管段信息的錄入和組織，以便合理地利用現(xiàn)有的信息建立蒸汽管 網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，同時(shí)把這些管網(wǎng)信息存儲(chǔ)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，并直接把錄入數(shù)據(jù)傳入管 網(wǎng)仿真計(jì)算模塊進(jìn)行計(jì)算；計(jì)算結(jié)果顯示子模塊實(shí)現(xiàn)以圖像化的方式對(duì)計(jì)算結(jié)果的顯示及 數(shù)據(jù)錄入情況的顯示；管網(wǎng)仿真計(jì)算模塊由耦合仿真計(jì)算子模塊和計(jì)算結(jié)果修正子模塊組成；耦合仿真計(jì)算 子模塊通過(guò)向數(shù)據(jù)采集模塊獲取實(shí)時(shí)的管段溫度和壓力信息，并根據(jù)數(shù)據(jù)錄入子模塊設(shè)置 的環(huán)境信息，結(jié)合關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的管網(wǎng)信息，通過(guò)節(jié)點(diǎn)和管段信息的迭代計(jì)算，得到各 節(jié)點(diǎn)的溫度、壓力以及各管段的平均流量和冷凝水產(chǎn)生量，最后把結(jié)果返回到計(jì)算結(jié)果顯 示子模塊并顯示出來(lái)；計(jì)算結(jié)果修正子模塊是根據(jù)用戶的設(shè)置，取耦合仿真計(jì)算子模塊得出的數(shù)據(jù)與從數(shù)據(jù) 采集模塊查詢來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差比較，當(dāng)誤差超過(guò)用戶設(shè)定的誤差范圍時(shí)對(duì)管網(wǎng)模型的阻 尼系數(shù)和溫降系數(shù)進(jìn)行修正并存儲(chǔ)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中；
2.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于所述的節(jié)點(diǎn)信息包括節(jié)點(diǎn)編號(hào)、節(jié)點(diǎn)的 位置信息；所述的管段信息包括管段的起點(diǎn)和終點(diǎn)信息、管徑、管長(zhǎng)、管段材料和管段的 保 溫材料及其厚度信息；
3.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于所述的管網(wǎng)仿真計(jì)算模塊包括多氣源 管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的建立、管網(wǎng)耦合仿真模型的建立、管網(wǎng)耦合仿真模型的解法和管網(wǎng)耦合仿真模 型的多氣源解法；所述的多氣源管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的建立是把管網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)和管道抽象為圖論中的點(diǎn)和線，定向 后成為一個(gè)有向圖，其中節(jié)點(diǎn)分為兩部分參考節(jié)點(diǎn)和獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，其中參考節(jié)點(diǎn)是指流量已 知、溫度和壓力未知的節(jié)點(diǎn)，獨(dú)立節(jié)點(diǎn)是指流量未知、溫度和壓力已知的節(jié)點(diǎn)；對(duì)應(yīng)地將管 道根據(jù)圖論知識(shí)分為余樹(shù)和樹(shù)枝；一次管網(wǎng)耦合仿真計(jì)算保證有一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)，當(dāng)有多個(gè) 參考節(jié)點(diǎn)時(shí)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)為一個(gè)多氣源問(wèn)題；對(duì)節(jié)點(diǎn)和管道排序，保證獨(dú)立節(jié)點(diǎn)在前參考 節(jié)點(diǎn)在后、樹(shù)枝在前余樹(shù)在后，寫(xiě)出有向圖的關(guān)聯(lián)矩陣A，并確定好參考節(jié)點(diǎn)、獨(dú)立節(jié)點(diǎn)、樹(shù)枝和余樹(shù)將A分塊為四部分^ = A1= [A11 A12LAX= [A21 A22],其中 A是獨(dú)立節(jié)點(diǎn)-樹(shù)枝關(guān)聯(lián)矩陣，A12是獨(dú)立節(jié)點(diǎn)-余樹(shù)關(guān)聯(lián)矩陣，A21是參考節(jié)點(diǎn)-樹(shù)枝關(guān)聯(lián)矩 陣，A22是參考節(jié)點(diǎn)-余樹(shù)關(guān)聯(lián)矩陣；所述的管網(wǎng)耦合仿真模型的建立是根據(jù)水力學(xué)和熱力學(xué)計(jì)算模型、IF97國(guó)際公式以及 基爾霍夫定理有ΔΡ = ATP, AT = AtTjAG = QjAP = CpG2, AT = CT/G，聯(lián)立方程組可得到 耦合計(jì)算模型ACpAtP = Q，式中的P和T分別表示管段的壓力和溫度向量，ΔΡ表示管段降的壓力差向量，ΔΤ表示管段的溫度差向量，G為各管段的平均流量向量，Q為各節(jié)點(diǎn)的流量 向量，CP、Ct分別表示管段的阻尼系數(shù)和溫降系數(shù)，管段的阻尼系數(shù)和溫降系數(shù)根據(jù)流體力學(xué)中的質(zhì)量守恒和熱量守恒得出，有
4.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于所述的計(jì)算結(jié)果修正子模塊包括誤差 識(shí)別部分和自適應(yīng)修正部分；誤差識(shí)別部分包括自動(dòng)方法和人工確認(rèn)方法；所述的自動(dòng)方法是指管網(wǎng)耦合仿真模型計(jì)算出結(jié)果后程序會(huì)自動(dòng)從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)的溫度廠、壓力Zf和流量，計(jì)算實(shí)際值與計(jì)算值的誤差，有Δ7. =7.-7；， ^Ρ； =Pi-P; AG = Gl-GtlM^八Ti、八卩1或AGi中的任何一個(gè)超過(guò)由操作人員提前根據(jù) 實(shí)際需要設(shè)定的允許范圍則被標(biāo)識(shí)為待修正采樣點(diǎn)，待修正采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)將會(huì)傳遞到自適應(yīng) 修正部分來(lái)完成修正；所述的人工確認(rèn)方法是在管網(wǎng)耦合仿真模型計(jì)算出的結(jié)果通過(guò)計(jì)算結(jié)果顯示子模塊 顯示后，由查看人員確認(rèn)該數(shù)據(jù)是否誤差較大，并給出經(jīng)驗(yàn)值以便傳回自適應(yīng)修正部分來(lái) 進(jìn)行迭代修正；自適應(yīng)修正部分在水力學(xué)模型中壓力降與流量的系數(shù)
全文摘要
一種水力熱力耦合仿真模型的多氣源蒸汽管網(wǎng)計(jì)算系統(tǒng)，屬于能源管網(wǎng)仿真計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的系統(tǒng)包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集模塊、由數(shù)據(jù)錄入子模塊和計(jì)算結(jié)果顯示子模塊組成的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊以及由耦合仿真計(jì)算子模塊和計(jì)算結(jié)果修正子模塊組成的管網(wǎng)仿真計(jì)算模塊；系統(tǒng)使用圖論方法描述管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為多氣源計(jì)算提供了建模依據(jù)；耦合了水力學(xué)和熱力學(xué)計(jì)算模型，使用有限元法解出模型，能在管網(wǎng)環(huán)境改變時(shí)觸發(fā)結(jié)果修正；數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊以可視化的方式顯示在管網(wǎng)視圖控件中。本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于提高狀態(tài)參數(shù)計(jì)算精度，解決多氣源管網(wǎng)模型的計(jì)算問(wèn)題。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102063566SQ20101060606
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者余志剛, 盧春苗, 徐化巖, 李勇, 王麗娜, 趙博 申請(qǐng)人:冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院