蒸汽管道动态水力热力特性研究.pdf

1、书书书?第一作者简介?肖木森?男?工程师?硕士?从事供热运营管理工作?收稿日期?修回日期?热网?供冷管网?热力站?蒸汽管道动态水力热力特性研究肖木森?张?冲?郭磊宏?齐智猛?范?巍?章雨然?天津市津安热电有限公司?天津?天津大学 环境科学与工程学院?天津?摘?要?建立基于蒸汽状态参数变化的蒸汽管道动态水力热力耦合模型?通过典型蒸汽管网的运行数据验证了模型的准确性?模拟计算了环境温度?管道入口蒸汽温度和管道入口蒸汽压力变化下?管道内蒸汽参数的变化情况?环境温度对出口温度的影响存在延迟现象?且蒸汽管道的传热系数越大?环境温度对出口温度的影响越显著?随着入口温度降低?出口温度和出口压力随之降低?同样

2、存在延迟现象?且每增加?的管长?延迟时间增加?随着入口压力降低?出口压力随之降低?出口温度先降低后升高?然后趋于稳定?且温度变化极值远小于稳定值?因此在实际调控过程中需要保证设备能够承受温度变化的极值?关键词?蒸汽管道?水力热力仿真?动态模型?蒸汽状态方程中图分类号?文献标志码?文章编号?概述蒸汽热网是集中供热系统中连接热源和用户的纽带?关系到生产运营安全和系统能源利用效率?蒸汽作为载热介质?可同时满足不同压力和温度要求的多种用户的用热需求?适用性较广?蒸汽密度小?因此蒸汽系统适用于高层建筑的供暖?不容易使底部设备超压?蒸汽热惰性小?供汽时热得快?停汽时冷得也快?因此在工业生产的各个工艺环节中

3、?蒸汽系统也得到了广泛的应用?相比于热水供热系统?蒸汽供热系统内蒸汽流动状态复杂多变?且出现故障危害大?了解蒸汽在管道中流动的水力状态和热力状态不仅能够促进蒸汽管网调控向智能化?精细化转型?也能够提高整个供热系统的安全可靠性?因此有必要对蒸汽热网建立准确且高效的水力热力耦合数学模型?并能在负荷频繁波动和室外温度周期性波动运行工况下计算出供热管网中各管段?各末端蒸汽的水力状态和热力状态?国内外学者针对蒸汽管网的水力模型和热力模型开展了一系列研究?史琳等人?考虑蒸汽为可压缩理想气体?建立了蒸汽管网的水力热力耦合模型?可以计算流量分配以及温度?压力分布?并将该模型应用到大型蒸汽管网中?李世武?提出了

4、蒸汽管网的模拟计算方法?该方法基于节点模拟法?以节点方程为基础?提出了蒸汽管网计算的节点残量修正计算方法?采用全隐式有限差分法计算管网中的非稳态气体流动?并基于牛顿?拉夫逊法求解管道有限差分方程?等人?介绍了管道内实际气体非等温?非绝热可压缩流动数学模型数值求解的有限体积格式?采用了?的?数值格式对数学模型中的通量进行迎风离散?与标准欧拉方程不同?该模型考虑了壁面摩擦?变高度以及管道与环境之间的传热?等人?利用连续性方程?动量方程和能量守恒方程?编写了非绝热蒸汽管网中过热蒸汽流动状态参数的计算机程序?它通过计算流体在给定节点的流量?压力和温度来模拟蒸汽管网?虽然在蒸汽管道建模及仿真方面已有较多

5、研?第?卷?第?期?年?月煤 气 与 热 力?究?但大部分研究对蒸汽在管道流动过程中的状态参数变化考虑不足?或将其忽略?或认为蒸汽是理想气体并进行简化计算?但蒸汽的状态参数变化直接影响到蒸汽管道水力热力模型计算的准确性?因此?本文综合考虑蒸汽作为非理想气体的状态方程和焓方程?以质量守恒?动量守恒和能量守恒定律为基础?建立蒸汽管道水力热力耦合特性的非稳态模型?并模拟分析在环境温度周期性变化?管道入口压力变化?管道入口温度变化这?种常见的非稳态工况下?管道内蒸汽参数的变化情况?得到其变化的一般性规律?蒸汽管网动态水力热力特性研究方法?蒸汽状态参数方程蒸汽为可压缩流体?在管道内流动过程中?蒸汽压力?

6、温度的不断变化会导致其比体积?比焓的变化?因此蒸汽比体积?比焓的状态方程与蒸汽在管道中流动的控制方程相互联系?本文采用蒸汽的状态方程如下?式中?蒸汽比体积?蒸汽压力?蒸汽气体常数?蒸汽温度?蒸汽的无量纲压力?为蒸汽压力与参考压力的比值?参考压力取?理想部分无量纲压力关联式?剩余部分无量纲压力关联式?蒸汽比焓?蒸汽的无量纲温度?为蒸汽温度与参考温度的比值?参考温度取?理想部分无量纲温度关联式?剩余部分无量纲温度关联式理想及剩余部分的无量纲压力?温度关联式的计算方法依次如下?()?()?式中?计算系数计算系数的取值见表?式?中计算系数的取值见表?表?式?与式?中计算系数的取值?第?卷?第?期煤 气 与 热 力?续表?表?式?中计算系数的取值?蒸汽动力黏度随蒸汽温度和压力变化而变化?本文采用的蒸汽动力黏度计算公式如下?此处蒸汽的无量纲温度的参考温度取值与前文不同?取?槡?()?()?式中?蒸汽无量纲动力黏度?为蒸汽动力黏度与参考动力黏度的比值?参考动力黏度取?蒸汽在稀释气体极限下的无量纲动力黏度?有限的密度对蒸汽无量纲动力黏度的影响?蒸汽无量纲动力黏度的临界增强?临界增强仅在临界点附近的密度