蒸汽管網(wǎng)水力熱力耦合計(jì)算理論及應(yīng)用研究.pdf

1、本文針對(duì)蒸汽在管網(wǎng)中流動(dòng)狀態(tài)參數(shù)變化大，伴隨相變，壓降導(dǎo)致飽和溫度降低，凝水管“二次汽化”的現(xiàn)狀，結(jié)合山東省教育廳科技發(fā)展項(xiàng)目“大型蒸汽管網(wǎng)水力、熱力計(jì)算模型及應(yīng)用的研究”，基于工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)等理論，通過對(duì)蒸汽熱力性質(zhì)計(jì)算方法、蒸汽管網(wǎng)熱損失分析、水力和熱力計(jì)算理論與實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，建立了蒸汽管網(wǎng)水力熱力耦合計(jì)算模型，并開發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算軟件。在蒸汽管網(wǎng)水力熱力計(jì)算方法等方面取得了較大研究進(jìn)展，主要研究成果總結(jié)

2、如下：
　　 1.蒸汽管網(wǎng)熱力計(jì)算模型及實(shí)際運(yùn)行蒸汽管網(wǎng)熱損失分析
　　 根據(jù)蒸汽管網(wǎng)的傳熱特點(diǎn)和熱平衡原理，建立了蒸汽管網(wǎng)熱力計(jì)算模型。該模型由管內(nèi)蒸汽溫降方程、不同敷設(shè)方式蒸汽管道的單位長(zhǎng)度散熱損失方程、總傳熱系數(shù)方程等組成，利用散熱損失計(jì)算公式對(duì)鋼套鋼蒸汽保溫管道不同敷設(shè)方式、不同管徑的散熱損失等總傳熱系數(shù)的影響因素進(jìn)行了分析，計(jì)算結(jié)果表明三方程聯(lián)合求解提高了新建蒸汽管網(wǎng)熱力計(jì)算的準(zhǔn)確度，可用于新建蒸汽管網(wǎng)的熱力計(jì)

3、算。
　　 本文提出了一種對(duì)實(shí)際運(yùn)行蒸汽管網(wǎng)進(jìn)行熱損失綜合分析的方法，推導(dǎo)出管網(wǎng)熱損失綜合計(jì)算公式。通過采集濟(jì)南市三條典型蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理，對(duì)這三條蒸汽管網(wǎng)的熱損失進(jìn)行了分析，并對(duì)計(jì)算結(jié)果和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，得出本文提出的蒸汽管道熱損失計(jì)算方法與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果一致，可以作為蒸汽管道進(jìn)行水力熱力耦合計(jì)算的依據(jù)，用于工程實(shí)際散熱計(jì)算。
　　 2.水蒸汽熱力性質(zhì)計(jì)算方法
　　 由于蒸汽輸送過程中狀態(tài)參數(shù)變

4、化較大，目前通常把蒸汽作為理想氣體來處理或按飽和蒸汽查取蒸汽性質(zhì)圖表確定輸送蒸汽的狀態(tài)參數(shù)，造成計(jì)算誤差較大，連續(xù)性很差，特別是對(duì)濕蒸汽狀態(tài)參數(shù)計(jì)算誤差更大。通過對(duì)莫里爾狀態(tài)方程、烏卡諾維奇狀態(tài)方程與IAPWS-IF97計(jì)算公式三種計(jì)算蒸汽狀態(tài)參數(shù)精度較高的狀態(tài)方程進(jìn)行分析，對(duì)計(jì)算結(jié)果的精度進(jìn)行了比較，并分別與狀態(tài)參數(shù)表插值結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，給出了各種方法的適用區(qū)域，為管網(wǎng)進(jìn)行熱力分析時(shí)準(zhǔn)確選取蒸汽熱力性質(zhì)計(jì)算方法提供了依據(jù)。
　　

5、 3.水力熱力耦合計(jì)算數(shù)學(xué)模型
　　 通過對(duì)蒸汽輸送過程中流動(dòng)及換熱特性的研究，導(dǎo)出了蒸汽流動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程，結(jié)合蒸汽狀態(tài)方程，將蒸汽流動(dòng)應(yīng)遵循的連續(xù)性方程、運(yùn)動(dòng)方程和能量守恒方程聯(lián)立，組成蒸汽流動(dòng)的水力熱力數(shù)學(xué)模型。模型綜合考慮蒸汽流動(dòng)過程的可壓縮性、狀態(tài)變化、摩擦和傳熱等多種因素的作用，在國(guó)際上首次提出把蒸汽管網(wǎng)的水力熱力計(jì)算進(jìn)行耦合疊代計(jì)算，解決了目前蒸汽管網(wǎng)水力熱力計(jì)算考慮流動(dòng)過程散熱損失對(duì)壓力變化的影響較粗而造成的的計(jì)算結(jié)果

6、與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果不一致的問題，特別是在較小負(fù)荷下運(yùn)行，壓降主要是散熱損失造成的，而不是由流動(dòng)損失造成的。
　　 4.蒸汽水力熱力耦合計(jì)算數(shù)學(xué)模型求解
　　 由于建立的蒸汽管網(wǎng)水力熱力耦合計(jì)算數(shù)學(xué)模型復(fù)雜，不能直接求解，本文對(duì)該模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，采用標(biāo)準(zhǔn)四階Runge_Kutta方法對(duì)微分方程組進(jìn)行求解，并把計(jì)算結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行比較，證明該模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果吻合，可應(yīng)用于工程實(shí)際，解決現(xiàn)有方法計(jì)算不準(zhǔn)確的問題。<

7、br>　　 5.蒸汽管網(wǎng)水力熱力耦合計(jì)算軟件開發(fā)
　　 采用Visal C++6.0作為編程工具開發(fā)了蒸汽管網(wǎng)水力熱力耦合計(jì)算軟件系統(tǒng)。該計(jì)算軟件系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)蒸汽管網(wǎng)計(jì)算機(jī)智能繪圖、初始資料可視化界面對(duì)話框式輸入，繪圖方便，初始數(shù)據(jù)輸入快捷，計(jì)算結(jié)果文件化輸出，計(jì)算速度快，結(jié)果精度高，軟件穩(wěn)定性好。
　　 6.實(shí)際工程應(yīng)用
　　 以濟(jì)南市典型蒸汽供熱管網(wǎng)為例，對(duì)管網(wǎng)的水力和熱力工況進(jìn)行了模擬計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果和手