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水頭節點(diǎn)方程和支路流量方程
2017-11-14 16:33:32

圖1所示i為流網(wǎng)中具有代表性的一個(gè)水頭節點(diǎn),廣一水泵廠(chǎng)進(jìn)行建模時(shí)基于以下假設:(1)忽略水流的物性參數在支路方向上的變化;(2)在支路的水流為單相流體,忽略水頭沿支路方向的變化對水流狀態(tài)參數的影響,計算結果按節點(diǎn)處的值選??;(3)流網(wǎng)中的支路與外界無(wú)質(zhì)量及能量的交換,而節點(diǎn)具有能與外界發(fā)生質(zhì)量和能量交換的一定容積。


諸如蒸汽、煙氣等熱力系統工質(zhì)工作時(shí)具有流動(dòng)和換熱兩種過(guò)程,故在此類(lèi)工質(zhì)進(jìn)行流網(wǎng)計算時(shí)除考慮壓力和流量外還需考慮工質(zhì)溫度(或焓值)變化對壓力變化的影響,而在抽水蓄能機組水機系統中工作的水流是單相流動(dòng)的不可壓縮液體,其溫度變化可以忽略不計,因此在流網(wǎng)仿真計算中,廣一水泵廠(chǎng)可以不考慮水流溫度(或焓值)變化對水頭變化的影響。


為計算節點(diǎn)的水頭和連接支路中水流流量的關(guān)系,采用將其管路阻力集中于某一點(diǎn)的簡(jiǎn)化處理方式(將沿程阻力及局部阻力集中于管路中某一設備的出入口處),通過(guò)管路流量方程來(lái)描述其阻力特性。在忽略支路中水流溫度差異的前提下,根據伯努力方程可得流經(jīng)支路的水流流量。


可以通過(guò)設計工況下相應水泵部件的進(jìn)出口參數計算,在變工況和動(dòng)態(tài)過(guò)程中,認為為常數完全滿(mǎn)足工程精度的要求。對于一定結構的網(wǎng)絡(luò )支路,可以通過(guò)支路上的局部阻力和沿程阻力系數,借助連續性方程計算出該支路的通流導納。


以上述水頭節點(diǎn)和流量計算方程為基礎構建的流網(wǎng)模型,其求解過(guò)程只需對流網(wǎng)中各水頭節點(diǎn)方程進(jìn)行迭代計算,而各支路流量通過(guò)代數計算即可得到,使得流網(wǎng)模型求解過(guò)程大為簡(jiǎn)化。在二次建模過(guò)程中,為保證整個(gè)流網(wǎng)模型計算過(guò)程的穩定,減少迭代計算量,采用半隱式歐拉法計算廣一管道泵水頭節點(diǎn)的微分方程。


抽水蓄能機組水機系統流體網(wǎng)絡(luò )的結構形式多種多樣,在仿真系統中,針對不同結構的流體網(wǎng)絡(luò ),靈活運用上述水頭節點(diǎn)和支路流量的仿真模塊,可建立整個(gè)水機系統流體網(wǎng)絡(luò )的模塊化仿真模型。


所有支路上的設備均為阻力元件(如管道、閥門(mén)、閘門(mén)等),忽略水流的溫度或焓值變化。上庫引水隧道、上庫閘門(mén)、壓力鋼管、球閥、蝸殼以及尾水閘門(mén)等水流系統管路即屬此類(lèi)流網(wǎng)。建立這類(lèi)流網(wǎng)模型,只需按照水流的流程方向,通過(guò)各支路流量(BRFLOW)和水頭節點(diǎn)(SFHNODE)模塊的輸入輸出變量名,直接連線(xiàn)搭接而成。


流網(wǎng)模型的模塊連接關(guān)系,節點(diǎn)模塊計算水頭數值,廣一水泵廠(chǎng)將該模塊的輸出以變量名的方式傳遞給與該節點(diǎn)相連接的所有支路模塊的輸入,各支路流量模塊計算得到的支路線(xiàn)性化導納輸出,同樣以變量名的方式傳送到上游水頭節點(diǎn)模塊和下游水頭節點(diǎn)模塊的輸入。


流體網(wǎng)絡(luò )模型具體的模塊組態(tài)示意圖(包含作為流網(wǎng)邊界的節點(diǎn)Hl、H2)。模型運算時(shí),H3、H4節點(diǎn)模塊的計算是通過(guò)與其直接相連的上下游水頭節點(diǎn)模塊水頭輸出、與之相連支路流量模塊的線(xiàn)導輸出作為其輸入,實(shí)現節點(diǎn)模塊的迭代運算,從而得到流網(wǎng)模型中該節點(diǎn)的水頭和支路流量的分布值。


具有動(dòng)力設備的流體網(wǎng)絡(luò )結構,當流網(wǎng)支路上有動(dòng)力設備(如水泵水輪機、技術(shù)供廣一水泵或空氣壓縮機等)時(shí),對應流網(wǎng)模型的建立則應考慮支路壓頭的作用。此類(lèi)流網(wǎng)仿真模型中,除G3支路外,其他支路和節點(diǎn)模塊的連接關(guān)系與純阻力型網(wǎng)絡(luò )結構的流網(wǎng)模型一致;對于G3支路,可增加相對應的動(dòng)力設備模塊(如離心式水泵-SFPUMP),并將水泵的壓頭DH由該模塊輸出作為G3支路模塊的輸入,隨即完成該流網(wǎng)系統的仿真建模。

 


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