蒸汽管網水力熱力耦合計算理論及應用研究.pdf

1、本文針對蒸汽在管網中流動狀態(tài)參數(shù)變化大，伴隨相變，壓降導致飽和溫度降低，凝水管“二次汽化”的現(xiàn)狀，結合山東省教育廳科技發(fā)展項目“大型蒸汽管網水力、熱力計算模型及應用的研究”，基于工程熱力學、傳熱學、流體力學等理論，通過對蒸汽熱力性質計算方法、蒸汽管網熱損失分析、水力和熱力計算理論與實際運行情況進行了系統(tǒng)的研究，建立了蒸汽管網水力熱力耦合計算模型，并開發(fā)了相應的計算軟件。在蒸汽管網水力熱力計算方法等方面取得了較大研究進展，主要研究成果總結

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

3、算。
　　 本文提出了一種對實際運行蒸汽管網進行熱損失綜合分析的方法，推導出管網熱損失綜合計算公式。通過采集濟南市三條典型蒸汽管網運行數(shù)據并對其進行處理，對這三條蒸汽管網的熱損失進行了分析，并對計算結果和監(jiān)測數(shù)據進行了比較，得出本文提出的蒸汽管道熱損失計算方法與實際運行結果一致，可以作為蒸汽管道進行水力熱力耦合計算的依據，用于工程實際散熱計算。
　　 2.水蒸汽熱力性質計算方法
　　 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圖表確定輸送蒸汽的狀態(tài)參數(shù)，造成計算誤差較大，連續(xù)性很差，特別是對濕蒸汽狀態(tài)參數(shù)計算誤差更大。通過對莫里爾狀態(tài)方程、烏卡諾維奇狀態(tài)方程與IAPWS-IF97計算公式三種計算蒸汽狀態(tài)參數(shù)精度較高的狀態(tài)方程進行分析，對計算結果的精度進行了比較，并分別與狀態(tài)參數(shù)表插值結果進行對比，給出了各種方法的適用區(qū)域，為管網進行熱力分析時準確選取蒸汽熱力性質計算方法提供了依據。
　　

5、 3.水力熱力耦合計算數(shù)學模型
　　 通過對蒸汽輸送過程中流動及換熱特性的研究，導出了蒸汽流動運動方程，結合蒸汽狀態(tài)方程，將蒸汽流動應遵循的連續(xù)性方程、運動方程和能量守恒方程聯(lián)立，組成蒸汽流動的水力熱力數(shù)學模型。模型綜合考慮蒸汽流動過程的可壓縮性、狀態(tài)變化、摩擦和傳熱等多種因素的作用，在國際上首次提出把蒸汽管網的水力熱力計算進行耦合疊代計算，解決了目前蒸汽管網水力熱力計算考慮流動過程散熱損失對壓力變化的影響較粗而造成的的計算結果

6、與實際運行結果不一致的問題，特別是在較小負荷下運行，壓降主要是散熱損失造成的，而不是由流動損失造成的。
　　 4.蒸汽水力熱力耦合計算數(shù)學模型求解
　　 由于建立的蒸汽管網水力熱力耦合計算數(shù)學模型復雜，不能直接求解，本文對該模型進行了簡化，采用標準四階Runge_Kutta方法對微分方程組進行求解，并把計算結果與實際運行結果進行比較，證明該模型計算結果與實際運行結果吻合，可應用于工程實際，解決現(xiàn)有方法計算不準確的問題。<

7、br>　　 5.蒸汽管網水力熱力耦合計算軟件開發(fā)
　　 采用Visal C++6.0作為編程工具開發(fā)了蒸汽管網水力熱力耦合計算軟件系統(tǒng)。該計算軟件系統(tǒng)可以實現(xiàn)蒸汽管網計算機智能繪圖、初始資料可視化界面對話框式輸入，繪圖方便，初始數(shù)據輸入快捷，計算結果文件化輸出，計算速度快，結果精度高，軟件穩(wěn)定性好。
　　 6.實際工程應用
　　 以濟南市典型蒸汽供熱管網為例，對管網的水力和熱力工況進行了模擬計算，其計算結果和手