崔凡

（西安市熱力總公司，陜西 西安 710016）

摘要：通過對當前集中供熱管網(wǎng)的簡化性模擬，對整個系統(tǒng)進行劃分，分解成為管道、換熱站以及管網(wǎng)節(jié)點三個重要組成部分，通過模型平臺的簡化模擬構(gòu)建，確保供熱管網(wǎng)的熱力工況測試更具便捷性，進而更好地對供熱管網(wǎng)的實際運作進行掌控。

關(guān)鍵詞：集中供熱管網(wǎng)；工況研究；模型構(gòu)建

引言：隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人們對于環(huán)境保護的意識不斷增強，由于集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)所具備的節(jié)能、保護環(huán)境的能力，在國內(nèi)北方地區(qū)得到了很好的發(fā)展。但因為當前國內(nèi)對于控制算法及調(diào)節(jié)方式的研究仍存在一定程度的缺陷，因此導致當前集中供熱系統(tǒng)無法將自身優(yōu)勢完全發(fā)揮出來。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)仿真試驗臺，有針對性地將其劃分成管道、水利工況計算以及換熱器三個內(nèi)容，進而以上面三個內(nèi)容構(gòu)建數(shù)學模型，依照模型的連接構(gòu)建仿真實驗臺，并基于這一試驗臺實現(xiàn)對集中供熱系統(tǒng)的動態(tài)特性研究，最終實現(xiàn)對該系統(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

在當前對集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)所有研究行為中，對于系統(tǒng)熱力工況的研究是實現(xiàn)系統(tǒng)控制的一個重要手段，但隨著系統(tǒng)構(gòu)成部分具備多樣化及復雜性，導致在實際研究過程中存在較大的難度。以宏觀視角來觀察所有研究方式，如對系統(tǒng)管網(wǎng)的測試研究，結(jié)合數(shù)據(jù)辨識等多樣化發(fā)展，以數(shù)學建模為基礎(chǔ)實現(xiàn)對系統(tǒng)的仿真研究。著名德國學者Glueck·Bemd針對集中供熱管網(wǎng)中水蓄熱方式得到對應(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荷，假設(shè)管道熱損失不存在，同時將整個設(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，進而得到熱源減少的最佳設(shè)計方式就是結(jié)合熱網(wǎng)蓄熱行為實現(xiàn)的。

2.有關(guān)集中供熱系統(tǒng)的數(shù)學模型建立

集中供熱系統(tǒng)作為當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)成有針對性三個熱用戶供熱系統(tǒng)模型。文章以當前市面是極為普通的供熱管網(wǎng)為研究者，基于三個熱用戶管網(wǎng)實現(xiàn)熱力工況分析，整個研究過程借我符合邏輯思維及思路退證方式，進而得到與之對應(yīng)的運作公式。

在對供熱系統(tǒng)熱力工況進行分析的過程中，針對系統(tǒng)中存在的管網(wǎng)供水管段的節(jié)點，其自身流入溫度是與流出節(jié)點流體溫度相同的，此外針對回水管段上存在的節(jié)點而言，其與流水管道上的溫度存在一定的差距，因此在實際運作過程中可能存在接觸換熱的問題。因此在該種節(jié)點攝像情況下，有針對性地分析當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，進而實現(xiàn)流速的實時分析，最終通過有關(guān)數(shù)據(jù)獲取整個管道節(jié)段的溫度數(shù)據(jù)，實現(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間均與實際相符，不過因為基于系統(tǒng)仿真情況下，其計算時間存在顯著性的降低，因此需要根據(jù)仿真需求明確一個仿真合理數(shù)字化。

3.集中供熱管道仿真模型下的熱力工況分析

在進行本次研究過程中，存在一個重要的限制因素就在于無法避免自然等多樣化因素對于試驗結(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結(jié)果與實際接近。數(shù)值計算方法是當前一種極為嚴謹?shù)臄?shù)學邏輯算法，結(jié)合數(shù)值有效地替代客觀現(xiàn)象以獲取真實、準確的結(jié)果，實現(xiàn)仿真模型研究。

在實際實驗過程中，首先進行以下假設(shè)，當管網(wǎng)啟動之后自身熱遠處所提供的熱量存在缺陷，此時啟動過程中不同節(jié)點的流量進行針對性的控制，而此時其所體現(xiàn)的溫度分為為40、45、55攝氏度。隨后進行第一次網(wǎng)流量擾動，結(jié)合三個換熱站的側(cè)面水溫變化，因為總站與各個換熱站在距離上存在的差異，導致其在溫度傳輸過程中存在不同程度的延遲。基于換熱站二次出口溫度變化情況，當管網(wǎng)流量發(fā)生改變后，其中的一個換熱站會隨之產(chǎn)生溫度變化；此外總站隨著總流量降低導致?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，其中有兩個換熱站自身流量的改變極為不明顯，一直保持在一個非常穩(wěn)定的時間段之中，在此過程中，需要其溫度一直保持提升的狀態(tài)，進而通過時間延遲得出溫度在開始時出現(xiàn)一個溫度下降的趨勢。

在出現(xiàn)以此網(wǎng)流量擾動之后，會出現(xiàn)一個二次網(wǎng)回水溫度的擾動，這與上一個擾動極為相符，在影響熱側(cè)出水溫度的同時，在回水管道的作用下將其傳輸?shù)娇傉?，并通過總站將這一影響轉(zhuǎn)換成溫度變化體現(xiàn)在熱力站上，進而得到不同管網(wǎng)節(jié)點的溫度變化，并傳送到每個用戶家中，將其轉(zhuǎn)換成為各個房間的室溫。在整個過程中，相較于一次網(wǎng)流量擾動而言，其所產(chǎn)生的最大影響差距就在于換熱器及擾動因素兩個方面存在的差異性，直接導致慣性及延遲環(huán)節(jié)出現(xiàn)差別，因此就管網(wǎng)而言，該兩個環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的影響可以完全忽略。對于整個供熱系統(tǒng)而言，隨著管道輸送過程中自身具備的延遲性質(zhì)而言，導致供熱系統(tǒng)時滯極為研究，使室溫隨著換熱器發(fā)生改變。

結(jié)束語：本文的首要任務(wù)就是對集中供熱管網(wǎng)熱力工況實施研究，因此在研究過程中，通過構(gòu)建供熱系統(tǒng)仿真模型實現(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現(xiàn)有關(guān)數(shù)據(jù)或結(jié)果的驗證，從而確保系統(tǒng)能夠得到合理的優(yōu)化與控制。通過本次研究能夠從一定程度上了解并掌握當前供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的熱力工況。

參考文獻

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