热水供热环状管网水力计算及压力分析.doc

热水供热环状管网水力计算及压力分析
摘要为了减少环状管网水力计算用户输入工作量,采用解节点方程法编制了平差程序,并对一简单管网进行了设计工况分析。
关键词环状管网供热水力计算压力分析
中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:




0引言
环状管网在天然气和给水管网中比较常见。供热管网一般为枝状。随着供热规模的扩大和对供热可靠性要求的提高,供热规划阶段管网的形式大多为多热源环状管网。由于环状管网的水力工况分析和运行调节的复杂性,目前环状管网的应用较少。现有的供热环状管网分析程序采用解环方程法,均要求用户对管网进行流量初分,对于大型的供热管网,这一过程将十分繁琐。采用解节点方程法进行管网平差计算不需要进行流量初分,可以使用户平差计算的工作量大为减少。
1管网图的矩阵表示[1]

含有J个节点、N条分支的管网可以用一个J×N阶的关联矩阵B=(bij)J
×N表达,其中:
(1)
J×N阶矩阵B中任意J-1行线性无关,去掉任意一行后得到(J-1)×N阶矩阵Bk,为管网的基本关联矩阵。节点法计算时可以随意假定分支的流向。

各分支与基本回路之间的关系用P×N阶基本回路矩阵C=(cij)p×N表达,其中:
(1)
P×N阶矩阵C中任意N-J+1行线性无关,(N-J+1)×N阶矩阵Cf为管网的独立回路矩阵。
2管网的特性方程组[1,2]
管网计算的原理基于质量守恒和能量守恒。

连续性方程即为质量守恒方程,对于每个节点来说,流入和流出节点的流量代数和为零。用矩阵表示为:
(2)
式中:q为管段流量矩阵,Q为节点流量矩阵。

回路压力平衡方程即为能量守恒方程,对于每个环来说,压力损失的代数和为零。用矩阵表示为:
(3)
式中:H为节点压力矩阵。

分支压降方程表示分支压降与分支流量的关系,通用公式为:
(4)
式中:h为分支压降,s为分支阻抗。
3解节点方程
管网计算的实质是联立求解节点流量平衡方程、回路压力平衡方程和分支压降方程。解节点方程是假设每一点压力的条件下,应用节点流量平衡方程和分支压降方程求出各节点的压力。根据计算出的节点水压计算各分支的水头损失,再由分支压降方程计算出分支流量[2]。
考虑压降和流量的方向,由式(4)可得:
(5)
写成矩阵的形式为:
(6)
式中:c为元素为的对角矩阵。
式(6)带入式(2)得:
(7)
将代入式(7)得到:
(8)
令由ΔH误差引起节点流量方程的误差为Δq,则:
(9)
根据式(9)可得节点压力修正为:
(10)
水力计算程序的流程图见图1。

图1管网平差计算流程图
4平差计算及压力分析
图2所示为