供热管网水力热力仿真方法综述.pdf

1、书书书?基金项目?科技部中芬政府间国际科技合作项目?基于数字孪生的供热系统全网动态优化及低碳智慧调控关键技术研究?中央高校基本科研业务费资助?第一作者简介?周扬?男?硕士生?研究方向为智慧建筑信息技术?通信作者简介?王海超?男?副教授?博士?研究方向为建筑供热系统节能?收稿日期?修回日期?供热管网水力热力仿真方法综述周?扬?王海超?王?海?王向伟?庞印成?郎?辉?王海鸿?邢?军?大连理工大学 土木工程学院?辽宁 大连?同济大学 机械工程学院?上海?承德热力集团有限责任公司?河北 承德?黄骅市兰天热力投资有限公司?河北 黄骅?北京市热力集团有限责任公司?北京?赛拓信息技术有限公司?辽宁 大连?摘

2、?要?对供热管网的水力热力仿真方法进行综述?阐述稳态水力仿真求解?动态水力仿真求解?稳态热力仿真求解?动态热力仿真求解的发展进程?分析仿真在数字孪生背景下的应用及发展趋势?关键词?供热管网?水力计算?热力计算?动态仿真?管网故障诊断中图分类号?文献标志码?文章编号?概述近年来?我国城镇化高速发展?建筑面积迅速增大?供暖能耗及碳排放日益增加?年城镇建筑能耗以标准煤计为?其中北方城镇供暖能耗以标准煤计为?占建筑能耗的?为响应国家碳达峰?碳中和号召?在满足建筑舒适性的前提下进行节能减排已经成当务之急?区域供热的发展存在以下特点?由单一热源供热向多热源发展城市能源网连接多种热源?各热源之间如何协同配合

3、成为研究热点?热媒温度越来越低依据?民用建筑供暖通风与空气调节设计规范?散热器集中供暖系统宜按?连续供暖进行设计?且供水温度不宜大于?供回水温差不宜小于?说明提倡中低温供暖?利用低品位能源达到热舒适性要求?利用低品位能源可以提高能源利用效率?但如何加大供热低品位能源占比仍然是当今的一个热点问题?供热网络越来越复杂化?智能化供热网络日益趋向于全网分布式?对热网的控制更趋近于智能化?在大数据?云平台基础上搭建?监测?调控热网成为发展趋势?利用互联网思维?智慧能源改造传统能源行业已成为主要发展方向?总体而言?传统供热系统仍然处于大流量?小温差供热模式?运行能耗高?能源利用率低?经常出现冷热不均?水力

4、失调?热力失调等?管网安全性低?故障检测不够及时精准?主要是由于传统供热系统缺乏对管网运行状态及热负荷科学预测及评价方法?无法找到最佳供热方式?另外?传统供热系统缺乏快速准确水力计算方法?往往采用设计工况下的运行调节策略进行控制?只适用于单一工况?对于多热源的系统无法找到最优控制方式?第?卷?第?期?年?月煤 气 与 热 力?解决当前问题?一方面?需要掌握供热介质在供热管道内的运行规律?分析并处理管道的事故工况?合理设计供热系统的管网布置方式?另一方面?供热管网系统的运行状况直接影响系统的效率及能耗?因此人们对供热管道的优化设计及运行管理要求越来越高?管网仿真技术越来越重要?由于供热介质受到设

5、备故障?水泵启停等影响?压力?流量?温度等沿管道时刻改变?为实现供热管网优化调度?需首先保证供热管网水力热力计算准确?得到供热系统运行特性?进而确定最优调节方法?实现供热管网优化调度?因此对供热管网进行准确的水力计算?热力计算尤为重要?而在计算机及通信技术高速发展的今天?利用先进技术对供热管网的水力热力进行求解?能极大提高效率?以下对供热管网的水力热力仿真方法进行综述?分析当前水力?热力仿真算法的发展趋势?水力仿真求解?稳态水力仿真求解国外最早对稳态流动水力工况仿真模拟的研究是由?提出的?他提出将基尔霍夫定律及图论理论应用到水力计算中?基于基尔霍夫第一?第二定律?分别提出了两种水力计算方法?第

6、?种是保证各节点的流量和等于?通过调整各管段流量使环网压头和等于?第?种是保证环网压头和等于?通过调整各管段流量使各节点的流量和等于?这两种方法成为稳态流动仿真模拟的指导思想?但对于大型管网?存在过程复杂?计算量大的缺点?随着计算机技术发展?等人?将?算法应用到供热管网水力计算求解中?这种方法对上述缺陷进行了一定改善?计算程序得到简化?适用于较大规模管网?但受早期计算机限制?计算收敛速度较慢?为进一步提高计算收敛速度?在运用?算法求解管网水力工况的基础上?等人?将线性化理论应用于供热管网水力计算中?极大改善了算法收敛性?国内对管网水力工况仿真模拟的研究最早出现在?年?石兆玉等人?将基本回路法与节点分析法相结合?对管网稳态水力工况进行求解?随着计算机水平的提高?利用计算机对大型管网进行水力工况模拟仿真越来越成为一种经济可行的方法?为了提高计算速度?石兆玉等人?将管网水力计算方法编写成?程序?随后?一些学者?提出采用最小平方和法和节点压力法进行水力工况模拟仿真?并编写相关程序?结果表明?两种方法均能计算出设计工况下管网水力参数?传统的稳态流动仿真模型虽然具有计算简单?收敛速度快等优点?但由