集中供熱系統(tǒng)中熱力工況模型的建立

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(jīng)常出現(xiàn)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(wǎng)的熱網(wǎng)疲勞模型和熱網(wǎng)的熱網(wǎng)，并在計(jì)算機(jī)上模擬和計(jì)算熱網(wǎng)的力和熱態(tài)，以解決故障問題。1模型的構(gòu)建利用傳熱學(xué)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(yīng)在該管段的出口溫度和入口溫度的關(guān)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(guān)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(shù),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(jìn)、出口溫度,℃;Δtj為換熱器流體之間的對數(shù)平均溫差,℃.又因式中:Gj為j管段內(nèi)的熱媒流量,m3/h;C為熱媒的比熱,kJ/(kg·℃).令Dj=KjFj,則有進(jìn)而但是用式(2)求解具有一定的局限性,因?yàn)樵诜窃O(shè)計(jì)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?yàn)槭?2)的關(guān)系式中含有eDj/CGj,而eDj/CGj中又是trj和tcj的關(guān)系式,所以式(2)用簡單的方法不能求解,在實(shí)際應(yīng)用中很不方便,因此另尋方法.1.1.2換熱器熱媒流量計(jì)算平均溫差法在實(shí)際應(yīng)用中有一定的局限性,而索柯洛夫提出采用有效系數(shù),并將Δt用線性關(guān)系近似描述的方法來避開計(jì)算Δttd、Δttx的方法就很適合于實(shí)際應(yīng)用,這樣,換熱器的傳熱量可用Q=εxWxΔtzd=εdWdΔtzd計(jì)算,式中:εx、εd為分別為換熱器小流量側(cè)和大流量側(cè)的有效系數(shù),無量綱;Wx、Wd為分別為換熱器小流量側(cè)和大流量側(cè)的流量熱當(dāng)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(shù)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(cè)的進(jìn)、出口溫度,℃;t2g、t2h為換熱器被加熱流體側(cè)的進(jìn)、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(cè)和大流量側(cè)的熱媒比熱,kJ/(kg·℃).推導(dǎo)出有效系數(shù)ε的精確計(jì)算式為式中:ω=KF/Wx=D/Wx,工況系數(shù),無量綱.可以看出ε的精確計(jì)算式很復(fù)雜,不適用于工程計(jì)算,如果在方程的推導(dǎo)中加熱流體和被加熱流體間的溫度差用線性關(guān)系式描述,ε的計(jì)算方程就可以大大的簡化,對于在換熱器中所有實(shí)際應(yīng)用的熱媒流動形式,可以將換熱器中流體的對數(shù)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(guān)的常量系數(shù).可以得到Δt用線性關(guān)系描述時(shí)的ε計(jì)算值ε=1/(aW/W+b+1/ω).這樣就簡化了節(jié)點(diǎn)溫度的計(jì)算,具體推導(dǎo)如下:對于每一個(gè)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(jì)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?zé)崃艿啦粩嗟南陆?當(dāng)熱力管道長度較短,實(shí)測的溫度降不超過管段起點(diǎn)的溫度值的3%~4%時(shí),可以假定單位長度的熱損失為常數(shù)進(jìn)行計(jì)算.此時(shí)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(shù),無量綱.由式(4)得出總結(jié)式(3)和式(5)可知節(jié)點(diǎn)溫度之間的關(guān)系方程為式(6)即為所建立的熱力網(wǎng)熱力工況模型.2節(jié)點(diǎn)溫度的比較對于一個(gè)有3個(gè)熱用戶的一級熱網(wǎng),給出一個(gè)計(jì)算實(shí)例,在相同的條件下式(2)所計(jì)算的節(jié)點(diǎn)溫度見表1,式(6)計(jì)算的節(jié)點(diǎn)溫度見表2.比較結(jié)果可知兩者結(jié)果相當(dāng)吻合,最大偏差為2.1%.3傳熱單元數(shù)法建立熱力工況模型最1)把熱力工況模型分成相互獨(dú)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