基于水力-热力耦合模型的供热管网优化调度研究

在城市集中供热管网运行过程中,供热系统的输配能耗由水泵能耗和供、回水管网的热损组成,降低供热系统的输配能耗对实现低碳供热目标具有重要意义.本文基于网络图论、流体输配原理和管道的一维传热,建立了集中供热管网的动态水力-热力耦合模型,并针对天津市实际供热管网的运行过程进行了仿真模拟,利用实际运行数据验证了动态水力-热力耦合模型的精确性.建立了集中供热管网输配能耗的计算模型,并对供热系统的运行能耗进行经济性分析.基于所建立的能耗分析模型,结合粒子群优化算法,建立了多热源环状管网的优化调度方法,该方法以供热管网的总输配损耗的成本最低为目标函数,以热源的供水温度、热源泵的转速比、热力站入口处的阀门开度为决策变量,以满足能量守恒和质量守恒为约束条件,通过进行算法参数匹配,给出基于PSO算法的多热源环状供热管网优化调度的计算步骤,并结合天津市实际管网对优化调度方法的调控过程进行了分析.仿真计算结果表明,由于管网存在输配延迟属性,热力站的总负荷变化与室外温度变化不存在静态的正相关性,此外,也发现水泵运行费用为整个管网运行费用的主要组成部分,占总运行费用的58%以上.本研究为城市集中供热管网运行调节的优化提供了一套有效的计算工具.

两相流流体网络水力热力耦合计算分析

根据核电厂流体系统设计、安全分析与高精度仿真计算验证的需要,针对核电厂二回路系统蒸汽参数变化剧烈等两相流问题,进行了两相流流体网络水力热力耦合分析模型及算法研究,建立了一种能够准确响应流体网络中热力参数剧烈动态变化过程的两流体模型,并结合先进的编程技术实现软件开发。验证结果表明耦合模型能够实现两相流流体网络的稳态和瞬态分析,与传统求解方式相比,耦合模型仿真趋势更合理,更符合真实情况,可适用于各种拓扑结构的两相流流体网络的仿真计算。

水力与热力耦合的开河判别准则

寒带河流在春季往往会由于水力和热力因素的剧烈变化而引发冰盖溃决,国内俗称为"武开河"。这一现象会导致冰坝形成,造成巨大的自然灾害。通过冰盖断裂机理的力学分析,耦合热力对冰盖材料性质的影响,提出了一种开河判别方法。应用黄河河曲段实测原型资料进行验证分析,结果表明该准则判定结果与实际相符,是一种行之有效的判别准则。

原油管道差温顺序输送水力-热力耦合计算模型

原油差温顺序输送是指顺序输送具有不同流动特性的原油时,根据安全与节能的需要,调整油品加热温度以节约能耗的一种管输技术。建立了埋地原油管道差温顺序输送的数学模型,提出了移位网格下的虚拟边界条件法。编制了较为严格的非稳态水力-热力耦合计算程序,可用于管道设计与运行阶段出站温度、流量和压力随时调整,以及地温、原油物性和土壤物性发生变化的条件下,任意油品种类数与油品排列次序,任意批次数与批次量的工艺计算。利用新大管道原油差温顺序输送现场测试数据对模型进行了验证,结果表明各批次原油进站温度实测值与计算值的平均偏差较小,最大为1.4℃。(表5,图19,参15)

长距离蒸汽管网设计软件研究

从工程应用角度出发,考虑蒸汽管道水力热力特性的相互影响和过热蒸汽热力参数的变化,建立了长距离蒸汽管网的水力热力耦合计算模型。以Qt5.10.0为开发平台,耦合IAPWS-IF97计算公式开发了蒸汽管网设计计算软件,介绍了程序设计流程、软件的管网绘制及设计计算模块、散热计算模块和水蒸气参数计算模块。利用该软件对某实际工程长距离蒸汽管网进行了设计计算。

基于混合建模的蒸汽管道参数计算

提出一种结合机理建模和数据驱动建模的混合模型用于蒸汽管道的参数计算。在机理模型的基础上,采用向量机算法建立数据驱动误差预测模型,对机理模型计算所造成的机理误差进行预测,并将该模型的误差预测结果用于修正机理模型计算结果。为验证混合建模计算的有效性,通过实例建立机理模型和基于向量机算法的蒸汽参数预测模型计算管道末端蒸汽参数,并与混合模型的计算结果进行比较。结果证明,混合模型具有更高的计算精度,可为供热管道的运行优化提供参考。

多年冻土区天然气管道工程：技术挑战和应对方案

多年冻土区油气管道工程在许多方面都有别于常温地区的油气管道工程,如偏僻的地理位置和敏感脆弱的环境,更重要是其特殊的气候、水文地质和工程地质条件以及冻融岩土灾害等条件。这使得管道设计、建设、运营、维抢和管道系统安全以及完整性管理等方面面临一系列的特殊难题。不同于已建成并运营至今的美国阿拉斯加(Alyeska)原油管道、加拿大罗曼井(Norman Wells)原油管道、中俄原油管道(漠河-大庆段)和格尔木-拉萨成品油管道,多年冻土区的天然气管道在输运介质、输送温度、环保要求等方面和输油管道有很大差异,将面临一系列新问题和新挑战。通过对多年冻土区天然气管道冷却输送工艺,管道-冻土水、热、力耦合计算,压气站失效后下游管道最低金属温度超限,基于应力设计局限、敷设方式单一、管道运营期监测系统可靠性等冻土区天然气管道特有的技术难题探讨,初步给出相应的解决方案构想,希望能够为冻土区天然气管道建设提供新的思路。