集中供热系统中热力工况模型的建立

集中供热系统中热力工况模型的建立

由于热水系统的经常出现故障和热量控制系统，因此存在问题。解决故障问题的最佳途径是建立热网的热网疲劳模型和热网的热网，并在计算机上模拟和计算热网的力和热态，以解决故障问题。1模型的构建利用传热学的方法,从含有热源或冷源(换热器)的管段引起的温度变化和沿程温度损失引起的温度变化两部分考虑,从而求得热力工况模型.1.1管段的出口温度模型含有热源或冷源管段的温度变化主要反应在该管段的出口温度和入口温度的关系上,所以,我们建立模型的目的也就是能够列出管段的出口温度和入口温度的关系式.1.1.1换热器流体温度式中:Kj为j支路中的换热器的传热系数,kJ/(m2·h·°C);Fj为j支路中的换热器的面积,m2;tpj为j支路中加热流体的平均温度,℃;trj、tcj为j支路中被加热流体的进、出口温度,℃;Δtj为换热器流体之间的对数平均温差,℃.又因式中:Gj为j管段内的热媒流量,m3/h;C为热媒的比热,kJ/(kg·℃).令Dj=KjFj,则有进而但是用式(2)求解具有一定的局限性,因为在非设计工况下,加热流体和被加热流体的出口温度一般是未知的,而且因为式(2)的关系式中含有eDj/CGj,而eDj/CGj中又是trj和tcj的关系式,所以式(2)用简单的方法不能求解,在实际应用中很不方便,因此另寻方法.1.1.2换热器热媒流量计算平均温差法在实际应用中有一定的局限性,而索柯洛夫提出采用有效系数,并将Δt用线性关系近似描述的方法来避开计算Δttd、Δttx的方法就很适合于实际应用,这样,换热器的传热量可用Q=εxWxΔtzd=εdWdΔtzd计算,式中:εx、εd为分别为换热器小流量侧和大流量侧的有效系数,无量纲;Wx、Wd为分别为换热器小流量侧和大流量侧的流量热当量,kJ/(h·℃);Δtzd为换热器中加热流体与被加热流体之间的最大温差,℃.图1表示换热器逆向流动的流动温差,则上述参数可分别用Δtzd=t1g-t2h,Wx=CxGx,Wd=CdGd,εx=δttx/Δtzd=(Δtzd-Δttd)/Δtzd表示.式中:t1g、t1h为换热器加热流体侧的进、出口温度,℃;t2g、t2h为换热器被加热流体侧的进、出口温度,℃;Δttd、Δttx为换热器加热流体和被加热流体之间的最大、最小温差,℃;δttd、δttx为换热器加热流体或被加热流体的最大、最小温度变化,℃;Gx为换热器中较小的热媒流量,对于图1(a),Gx=G2;对于图(b),Gx=G1,m3/h;Gd为换热器中较大的热媒流量,对于图1(a),Gd=G1;对于图1(b),Gd=G2,m3/h;Cx、Cd分别为换热器中小流量侧和大流量侧的热媒比热,kJ/(kg·℃).推导出有效系数ε的精确计算式为式中:ω=KF/Wx=D/Wx,工况系数,无量纲.可以看出ε的精确计算式很复杂,不适用于工程计算,如果在方程的推导中加热流体和被加热流体间的温度差用线性关系式描述,ε的计算方程就可以大大的简化,对于在换热器中所有实际应用的热媒流动形式,可以将换热器中流体的对数温差Δt用Δt=Δtzd-aδttx-bδttd表示.式中:a、b为与热媒在换热器中流动方式有关的常量系数.可以得到Δt用线性关系描述时的ε计算值ε=1/(aW/W+b+1/ω).这样就简化了节点温度的计算,具体推导如下:对于每一个支路j有Qj=εxjWxjΔtzdj=Wxj(tgj-trj)/(aWxj/Wdj+b+1/ωj)=(tgjtrj)/(a/(CdjGdj)+b/(CxjGxj)+1/Dj).式中:tgj为j支路中加热流体的入口温度,℃.令令μj=λj/CGj,则tcj=μjtgj+(1-μj)trj.1.2单位长度较短的热损失的计算热媒在热力管道流动的过程中,由于热损失,其焓在逐步下降.因此热媒的温度沿热力管道不断的下降,当热力管道长度较短,实测的温度降不超过管段起点的温度值的3%~4%时,可以假定单位长度的热损失为常数进行计算.此时热平衡方程式为式中:lj为j管段的长度,m;q为单位长度的热损失,kW;β为局部损失系数,无量纲.由式(4)得出总结式(3)和式(5)可知节点温度之间的关系方程为式(6)即为所建立的热力网热力工况模型.2节点温度的比较对于一个有3个热用户的一级热网,给出一个计算实例,在相同的条件下式(2)所计算的节点温度见表1,式(6)计算的节点温度见表2.比较结果可知两者结果相当吻合,最大偏差为2.1%.3传热单元数法建立热力工况模型最1)把热力工况模型分成相互独立的含有热源或冷源的管段温度变化和沿程热损失引起的温度变化两部分,并分别建立模型最后叠加