集中供熱系統(tǒng)中熱力工況模型的建立

由于熱水系統(tǒng)的經常出現故障和熱量控制系統(tǒng)，因此存在問題。解決故障問題的最佳途徑是建立熱網的熱網疲勞模型和熱網的熱網，并在計算機上模擬和計算熱網的力和熱態(tài)，以解決故障問題。1模型的構建利用傳熱學的方法,從含有熱源或冷源(換熱器)的管段引起的溫度變化和沿程溫度損失引起的溫度變化兩部分考慮,從而求得熱力工況模型.1.1管段的出口溫度模型含有熱源或冷源管段的溫度變化主要反應在該管段的出口溫度和入口溫度的關系上,所以,我們建立模型的目的也就是能夠列出管段的出口溫度和入口溫度的關系式.1.1.1換熱器流體溫度式中:Kj為j支路中的換熱器的傳熱系數,kJ/(m2·h·°C);Fj為j支路中的換熱器的面積,m2;tpj為j支路中加熱流體的平均溫度,℃;trj、tcj為j支路中被加熱流體的進、出口溫度,℃;Δtj為換熱器流體之間的對數平均溫差,℃.又因式中:Gj為j管段內的熱媒流量,m3/h;C為熱媒的比熱,kJ/(kg·℃).令Dj=KjFj,則有進而但是用式(2)求解具有一定的局限性,因為在非設計工況下,加熱流體和被加熱流體的出口溫度一般是未知的,而且因為式(2)的關系式中含有eDj/CGj,而eDj/CGj中又是trj和tcj的關系式,所以式(2)用簡單的方法不能求解,在實際應用中很不方便,因此另尋方法.1.1.2換熱器熱媒流量計算平均溫差法在實際應用中有一定的局限性,而索柯洛夫提出采用有效系數,并將Δt用線性關系近似描述的方法來避開計算Δttd、Δttx的方法就很適合于實際應用,這樣,換熱器的傳熱量可用Q=εxWxΔtzd=εdWdΔtzd計算,式中:εx、εd為分別為換熱器小流量側和大流量側的有效系數,無量綱;Wx、Wd為分別為換熱器小流量側和大流量側的流量熱當量,kJ/(h·℃);Δtzd為換熱器中加熱流體與被加熱流體之間的最大溫差,℃.圖1表示換熱器逆向流動的流動溫差,則上述參數可分別用Δtzd=t1g-t2h,Wx=CxGx,Wd=CdGd,εx=δttx/Δtzd=(Δtzd-Δttd)/Δtzd表示.式中:t1g、t1h為換熱器加熱流體側的進、出口溫度,℃;t2g、t2h為換熱器被加熱流體側的進、出口溫度,℃;Δttd、Δttx為換熱器加熱流體和被加熱流體之間的最大、最小溫差,℃;δttd、δttx為換熱器加熱流體或被加熱流體的最大、最小溫度變化,℃;Gx為換熱器中較小的熱媒流量,對于圖1(a),Gx=G2;對于圖(b),Gx=G1,m3/h;Gd為換熱器中較大的熱媒流量,對于圖1(a),Gd=G1;對于圖1(b),Gd=G2,m3/h;Cx、Cd分別為換熱器中小流量側和大流量側的熱媒比熱,kJ/(kg·℃).推導出有效系數ε的精確計算式為式中:ω=KF/Wx=D/Wx,工況系數,無量綱.可以看出ε的精確計算式很復雜,不適用于工程計算,如果在方程的推導中加熱流體和被加熱流體間的溫度差用線性關系式描述,ε的計算方程就可以大大的簡化,對于在換熱器中所有實際應用的熱媒流動形式,可以將換熱器中流體的對數溫差Δt用Δt=Δtzd-aδttx-bδttd表示.式中:a、b為與熱媒在換熱器中流動方式有關的常量系數.可以得到Δt用線性關系描述時的ε計算值ε=1/(aW/W+b+1/ω).這樣就簡化了節(jié)點溫度的計算,具體推導如下:對于每一個支路j有Qj=εxjWxjΔtzdj=Wxj(tgj-trj)/(aWxj/Wdj+b+1/ωj)=(tgjtrj)/(a/(CdjGdj)+b/(CxjGxj)+1/Dj).式中:tgj為j支路中加熱流體的入口溫度,℃.令令μj=λj/CGj,則tcj=μjtgj+(1-μj)trj.1.2單位長度較短的熱損失的計算熱媒在熱力管道流動的過程中,由于熱損失,其焓在逐步下降.因此熱媒的溫度沿熱力管道不斷的下降,當熱力管道長度較短,實測的溫度降不超過管段起點的溫度值的3%~4%時,可以假定單位長度的熱損失為常數進行計算.此時熱平衡方程式為式中:lj為j管段的長度,m;q為單位長度的熱損失,kW;β為局部損失系數,無量綱.由式(4)得出總結式(3)和式(5)可知節(jié)點溫度之間的關系方程為式(6)即為所建立的熱力網熱力工況模型.2節(jié)點溫度的比較對于一個有3個熱用戶的一級熱網,給出一個計算實例,在相同的條件下式(2)所計算的節(jié)點溫度見表1,式(6)計算的節(jié)點溫度見表2.比較結果可知兩者結果相當吻合,最大偏差為2.1%.3傳熱單元數法建立熱力工況模型最1)把熱力工況模型分成相互獨立的含有熱源或冷源的管段溫度變化和沿程熱損失引起的溫度變化兩部分,并分別建立模型最后疊加