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        實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中流體網(wǎng)絡(luò)模型閥門組的處理方法

        2016-08-09 01:56:57馬成龍張微微
        大科技 2016年12期
        關(guān)鍵詞:計(jì)算精度支路數(shù)學(xué)模型

        馬成龍 張微微

        (紫光(北京)智控科技有限公司 廣東珠海 519080)

        實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中流體網(wǎng)絡(luò)模型閥門組的處理方法

        馬成龍 張微微

        (紫光(北京)智控科技有限公司 廣東珠海 519080)

        本發(fā)明提供在電廠實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)高精度兩相流體網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型中支路的處理方法。該方法是在兩相流體網(wǎng)絡(luò)中,要把現(xiàn)場(chǎng)的物理模型轉(zhuǎn)化為可在計(jì)算機(jī)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型過程中,對(duì)于支路網(wǎng)格劃分的一種方法-將一套閥門組作為一個(gè)支路網(wǎng)格。

        流體網(wǎng)絡(luò);實(shí)時(shí)仿真;閥門組

        1 背景技術(shù)

        隨著我國(guó)電力工業(yè)的高速發(fā)展,大容量、高參數(shù)的機(jī)組已成為了主流,仿真系統(tǒng)也由原來的純培訓(xùn)系統(tǒng)慢慢轉(zhuǎn)為可為生成提供優(yōu)化方案以及指導(dǎo)生產(chǎn)的重要作用,也就是說目前的高精度仿真系統(tǒng)慢慢由幕后慢慢向生產(chǎn)靠攏,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)發(fā)電產(chǎn)生更加直接的影響,這就對(duì)仿真機(jī)的建模和計(jì)算精度提出了更高的要求。而且在線仿真的呼聲越來越高,這就要求我們對(duì)仿真建模的合理性有了更高的要求。

        針對(duì)上述問題,本文提供了一種減少流體網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù),并且并不降低模型實(shí)時(shí)計(jì)算精度的一種理論處理方法。

        2 閥門組支路網(wǎng)格劃分方法:

        該典型閥門組支路,在實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)中原流體網(wǎng)絡(luò)處理方式為,把任意一個(gè)設(shè)備模具作為一條支路,設(shè)備與設(shè)備連接處作為內(nèi)部節(jié)點(diǎn)處理,若把圖1中的典型閥門組劃分節(jié)點(diǎn)-支路網(wǎng)格,會(huì)劃分6個(gè)節(jié)點(diǎn)以及7條支路。劃分方法如圖1~3所示。

        圖1

        圖2

        圖3

        而新采用節(jié)點(diǎn)處理方法如圖3。在已知條件不變的情況下,新的處理方法的減少至2個(gè)節(jié)點(diǎn)及1條支路。這樣做的優(yōu)點(diǎn)有兩個(gè):①可以減少計(jì)算機(jī)的計(jì)算量,在矩陣解析中使用大量迭代,減少節(jié)點(diǎn)數(shù)對(duì)減少計(jì)算機(jī)迭代有顯著效果。②在在線仿真中,由于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)有限,所以我們?cè)诮r(shí)應(yīng)在滿足計(jì)算精度的前提下,盡量減少節(jié)點(diǎn)數(shù)量以滿足在線仿真的匹配要求。再者,計(jì)算每個(gè)閥門前后的節(jié)點(diǎn)信息(比如壓力、溫度等)是非常沒有必要的。

        3 閥門組支路網(wǎng)格數(shù)學(xué)模型計(jì)算

        按圖2中的網(wǎng)格劃分方法,則有6個(gè)節(jié)點(diǎn),其壓力分別P1,P2,P3,P4,P5,P6,共有 7 條支路,用下角標(biāo) 1,2,3,4,5,6,7 來表示;

        對(duì)于支路1,其中含有設(shè)備閥門1,它的上節(jié)點(diǎn)為1號(hào)節(jié)點(diǎn)下節(jié)點(diǎn)為3號(hào)節(jié)點(diǎn),則在閥門n中流過的流量可表示為:

        其中:下角標(biāo)n代表第一條支路;F為支路流量;CVMAX為該支路最大通流能力;VP為該閥門閥位;ρ為流通流體密度;Pup為閥門n上游壓力;Pdw為閥門n下游壓力。

        對(duì)于圖1的數(shù)學(xué)模型中,我們假設(shè)各節(jié)點(diǎn)為不可壓縮流體,則有:

        若將第一條支路上所有閥門流量關(guān)系式累加、化簡(jiǎn)整理可得:

        對(duì)于圖1的數(shù)學(xué)模型中,我們假設(shè)各節(jié)點(diǎn)為不可壓縮流體,則有:

        故:

        同理,第4,5,6支路流量可同理計(jì)算為:

        節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)2之間的總流量F為:F=F1+F4+F7,則,在圖1數(shù)學(xué)模型中,節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)2的總流量為:

        對(duì)于圖3的數(shù)學(xué)模型中,節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)2之間的流量F為:

        其中:F為支路流量;CV為支路綜合通流能力;ρ為密度。

        我們知道,對(duì)于圖2和圖3,其物理對(duì)象都是一樣的,所以其總流量也相同,所以我們對(duì)式5和式6整理,可得到:

        至此,我們就可以得出其代數(shù)方法求解,而不是通過構(gòu)建數(shù)學(xué)矩陣來求解支路流量和節(jié)點(diǎn)壓力。

        4 應(yīng)用情況和應(yīng)用前景

        該流體網(wǎng)絡(luò)閥門組的處理方法,已經(jīng)在仿真實(shí)時(shí)平臺(tái)中試驗(yàn)并取得良好的使用效果。此方法的投入使用,會(huì)有效降低計(jì)算機(jī)處理時(shí)間,節(jié)省機(jī)時(shí);同時(shí),也提高了實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)流體網(wǎng)絡(luò)中壓力和流量的計(jì)算精度,為將來的在線仿真以及更深層次的應(yīng)用提供可能。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        本文提供了一種數(shù)學(xué)模型,再實(shí)時(shí)仿真的流體網(wǎng)絡(luò)建模過程中,減少流體網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù),并且提高了實(shí)時(shí)計(jì)算精度的一種理論處理方法。

        [1]蔡瑞忠,張力.熱工流體網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)仿真模型及算法.

        [2]謝茂青,任挺進(jìn).熱工流體網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)建模算法.

        TP391.9

        A

        1004-7344(2016)12-0288-01

        2016-4-10

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