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供热管网的建模分析及水力平衡调节

孙巍  
【摘要】: 供热管网是一个复杂的流体网络系统,它的运行工况受多方面的影响。对供热管网水力工况进行建模计算是对供热管网运行状况进行分析以及对其进行优化计算的基础。随着城市建设规模的扩大和热用户的不断增多,我国政府已经越来越重视供热管网的优化规划及改造工作。进行城市集中供热管网的优化研究,不但对节约投资有着重要的意义,而且是实现供热安全可靠,改善供热水平的重要环节。水力失调是供热管网普遍存在的现象,如何克服水力失调,实现供热管网的水力平衡,改善供热质量,是供热行业所面临的问题。基于此,本文主要研究了以下几方面的问题。 本文首先利用流体网络及网络图论的有关定理定律,建立供热管网水力工况的数学模型,对供热管网进行流体网络分析。通过供热管网水力工况的数学模型,分析和计算管网系统中流量、压力等参数的变化规律。然后分析了供热管网设计优化的数学模型,建立了年折算费用的目标函数,不仅考虑了管网的建设费用,还考虑了每年运行消耗的电费以及热损失的费用,除了将各个管段的管径作为决策变量还将循环水泵的扬程作为决策变量考虑到优化当中,使优化结果更接近工程实际。在水力约束条件下,本文利用粒子群优化算法和模拟退火算法分别进行了供热管网的优化设计的计算,并提出了对粒子群算法的改进,利用分层思想解决供热管网多目标设计优化问题。本文编制了MATLAB程序,对算例进行了计算,首先验证了供热管网的数学模型,然后对粒子群优化算法和模拟退火算法的优化结果进行了对比分析。最后在第五章,对水力平衡的相关概念进行了介绍,并对优化前后的水力失调状况进行了对比,结果分析表明,两种优化算法不仅对供热管网的设计优化有良好的效果,而且优化的结果能改善供热系统的水力失调状况,提高供热质量。


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