水头节点方程和支路流量方程
2017-11-14 16:33:32

图1所示i为流网中具有代表性的一个水头节点,广一水泵厂进行建模时基于以下假设:(1)忽略水流的物性参数在支路方向上的变化;(2)在支路的水流为单相流体,忽略水头沿支路方向的变化对水流状态参数的影响,计算结果按节点处的值选取;(3)流网中的支路与外界无质量及能量的交换,而节点具有能与外界发生质量和能量交换的一定容积。


诸如蒸汽、烟气等热力系统工质工作时具有流动和换热两种过程,故在此类工质进行流网计算时除考虑压力和流量外还需考虑工质温度(或焓值)变化对压力变化的影响,而在抽水蓄能机组水机系统中工作的水流是单相流动的不可压缩液体,其温度变化可以忽略不计,因此在流网仿真计算中,广一水泵厂可以不考虑水流温度(或焓值)变化对水头变化的影响。


为计算节点的水头和连接支路中水流流量的关系,采用将其管路阻力集中于某一点的简化处理方式(将沿程阻力及局部阻力集中于管路中某一设备的出入口处),通过管路流量方程来描述其阻力特性。在忽略支路中水流温度差异的前提下,根据伯努力方程可得流经支路的水流流量。


可以通过设计工况下相应水泵部件的进出口参数计算,在变工况和动态过程中,认为为常数完全满足工程精度的要求。对于一定结构的网络支路,可以通过支路上的局部阻力和沿程阻力系数,借助连续性方程计算出该支路的通流导纳。


以上述水头节点和流量计算方程为基础构建的流网模型,其求解过程只需对流网中各水头节点方程进行迭代计算,而各支路流量通过代数计算即可得到,使得流网模型求解过程大为简化。在二次建模过程中,为保证整个流网模型计算过程的稳定,减少迭代计算量,采用半隐式欧拉法计算广一管道泵水头节点的微分方程。


抽水蓄能机组水机系统流体网络的结构形式多种多样,在仿真系统中,针对不同结构的流体网络,灵活运用上述水头节点和支路流量的仿真模块,可建立整个水机系统流体网络的模块化仿真模型。


所有支路上的设备均为阻力元件(如管道、阀门、闸门等),忽略水流的温度或焓值变化。上库引水隧道、上库闸门、压力钢管、球阀、蜗壳以及尾水闸门等水流系统管路即属此类流网。建立这类流网模型,只需按照水流的流程方向,通过各支路流量(BRFLOW)和水头节点(SFHNODE)模块的输入输出变量名,直接连线搭接而成。


流网模型的模块连接关系,节点模块计算水头数值,广一水泵厂将该模块的输出以变量名的方式传递给与该节点相连接的所有支路模块的输入,各支路流量模块计算得到的支路线性化导纳输出,同样以变量名的方式传送到上游水头节点模块和下游水头节点模块的输入。


流体网络模型具体的模块组态示意图(包含作为流网边界的节点Hl、H2)。模型运算时,H3、H4节点模块的计算是通过与其直接相连的上下游水头节点模块水头输出、与之相连支路流量模块的线导输出作为其输入,实现节点模块的迭代运算,从而得到流网模型中该节点的水头和支路流量的分布值。


具有动力设备的流体网络结构,当流网支路上有动力设备(如水泵水轮机、技术供广一水泵或空气压缩机等)时,对应流网模型的建立则应考虑支路压头的作用。此类流网仿真模型中,除G3支路外,其他支路和节点模块的连接关系与纯阻力型网络结构的流网模型一致;对于G3支路,可增加相对应的动力设备模块(如离心式水泵-SFPUMP),并将水泵的压头DH由该模块输出作为G3支路模块的输入,随即完成该流网系统的仿真建模。

 


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