[发明专利]基于蒸汽焓值类线性拟合的热蒸汽管道运输仿真方法

说明书

本发明公开基于蒸汽焓值类线性拟合的热蒸汽管道运输仿真方法，属于能源系统仿真领域。该方法包括：建立热蒸汽在管道中运动的基本微分方程；利用梯形公式代入所述热蒸汽在管道中运动的基本微分方程，建立热蒸汽在管道中流动的稳态差分方程；建立蒸汽焓值关于蒸汽压强和温度的类线性拟合计算式；将建立的所述蒸汽焓值关于蒸汽压强和温度的类线性拟合计算式代入所述热蒸汽在管道中流动的稳态差分方程，建立基于蒸汽焓值类线性拟合的蒸汽管道运输模型，有利于简化热蒸汽传输仿真数学模型，并可以在保证其仿真精度的同时大大提升求解速度。

技术领域

本公开属于能源系统仿真建模领域，具体涉及热蒸汽管道运输仿真的方法。

背景技术

由于热蒸汽是能量密度较高的能量媒介，所以在实际工业生产中，例如纺织、化工、制药、钢铁等产业的生产环节中，往往会利用热蒸汽作为热媒用于传输热能。目前在城市供暖系统中，热水已经逐步取代蒸汽成为主流热媒，但是在工业生产中，热蒸汽因其能量密度高的特典仍然是工业生产的主流热媒。目前对于供热系统的仿真研究大多集中于以热水为媒介的供热系统，而很少会对蒸汽供热系统进行分析。并且在现有的热蒸汽传输仿真模型中，由于蒸汽气体的压强、温度、流量等参数均会发生较大变化，在对于蒸汽焓值的计算通常会采用非常繁杂的计算方式，大大拖慢了仿真速度，很难实现仿真速度与精度的兼容。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供基于蒸汽焓值类线性拟合的热蒸汽管道运输仿真方法，解决蒸汽焓值在仿真建模时计算求解复杂且低效的问题，为蒸汽供热管网的稳态仿真提供能够兼顾精度与求解速度的方法。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

基于蒸汽焓值类线性拟合的热蒸汽管道运输仿真方法，包括：

建立热蒸汽在管道中运动的基本微分方程；

利用梯形公式代入所述热蒸汽在管道中运动的基本微分方程，建立热蒸汽在管道中流动的稳态差分方程；

建立蒸汽焓值关于蒸汽压强和温度的类线性拟合计算式；

将建立的所述蒸汽焓值关于蒸汽压强和温度的类线性拟合计算式代入所述热蒸汽在管道中流动的稳态差分方程，建立基于蒸汽焓值类线性拟合的蒸汽管道运输模型。

优选的，所述热蒸汽在管道中运动的基本微分方程包括：

取一热蒸汽运输管道中的蒸汽微元为分析对象，分析所述蒸汽微元运动状态并建立质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程以及气体状态方程；

沿管道蒸汽输送方向建立x空间坐标轴，同时建立t坐标轴来表示时间刻度；沿管道方向即x轴方向取一长度为dx的所述蒸汽微元作为分析对象。

优选的，分析所述蒸汽微元的运动状态，列出质量守恒方程：

其中，ρ表示蒸汽密度，v表示蒸汽流速，x为沿管道建立的空间坐标轴，t表示时间。

优选的，基于动量守恒原理得出所述蒸汽微元的动量守恒方程：

其中，P表示蒸汽压强，g表示重力加速度，θ表示管道倾斜角度；λ表示管道摩擦阻力系数；D表示管道内径。

优选的，基于能量守恒原理得出所述蒸汽微元的能量守恒方程：

其中，Q是传输过程中单位质量蒸汽向外界放出的热量，u表示蒸汽内能，h表示蒸汽比焓，s表示管道所在高度。

优选的，基于气体状态方程得出所述蒸汽微元的气体状态方程：