(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111272286.5 (22)申请日 2021.10.2 9 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 王雅然　吕晶　由世俊　张欢　 郑雪晶　 (74)专利代理 机构 天津市三利专利商标代理有 限公司 12107 代理人 韩新城 (51)Int.Cl. G06F 30/18(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/02(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 113/14(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 考虑蒸汽空腔断流弥合的长输供热系统停 泵水锤数值仿真算法 (57)摘要 本发明为考虑蒸汽空腔断流弥合的长输供 热系统停泵水锤 数值仿真算法， 公开长输供热管 线停泵水锤仿真模拟算法， 在计算管道内部内节 点的暂态 流量和暂态压力后， 判定各个节点断面 处是否产生蒸汽断流空腔， 若否则将该节点作为 内节点， 若是则将该节点作为边界点， 进行断流 弥合水锤计算； 之后计算当前时刻水泵阀门的开 度， 迭代计算当前时刻水泵的无因次转数， 无因 次流量,直至满足要求， 计算当前时刻水泵的流 量和压力以及管道各节点的压力及流量的暂态 参数后输 出。 本发明能对热水供热系统在停泵事 故工况下出现水锤效应和压力瞬变的过程进行 分析， 用数值模拟结果给出供热管网在各种事故 工况下管线压力、 流量等的变化， 为工程设计和 运行提供 理论依据， 能有力保证供热系统的可靠 性。 权利要求书3页 说明书7页 附图5页 CN 114154276 A 2022.03.08 CN 114154276 A 1.长输供热管线停泵水锤仿真模拟算法， 其特 征在于， 包括 步骤： 步骤1： 计算暂态开始前初始时刻水泵的无因次转数α， 无因次流量v， 流量 和压力 以及管道内部各个节点的初始流 量 和初始压力 步骤2： 计算t＝t+Δt， 即下一时间层管道内部内节点的暂态流 量 和暂态压力 步骤3： 判定各个节点断面处是否产生蒸汽断流空腔， 若否则将该节点作为内节点， 记 录当前时刻管道内部该节点的流 量 和压力 进入步骤4； 若是则将该节点作为 边界点， 执行断流弥合水锤计算子程序， 计算断流弥合水锤； 步骤4： 计算当前时刻水泵阀门的开度 τ(t)； 步骤5： 迭代计算当前 时刻水泵的无因次转数α， 无因次流量v， 直至满足|Δv|+|Δα |＜ ε； 步骤6： 计算水泵无因次参数性能曲线WH( θ )、 WM( θ )的横坐标θ， 验算θ是否保持在原性 能曲线区段内， 若仍在原分区则输出α， v， 若θ不满足， 则按照新的θ值， 返回步骤5， 重新计算 无因次转数α， 无因次流 量v； 步骤7： 计算当前时刻水泵的流量 和压力 以及管道各节点的压力HPi以及流量Qpi 的暂态参数； 步骤8： 是否满足t≤tmmax， 若满足则令n＝n+1， 将上个 时间层结束时得到的所有节点上 的水力参数作为下一个时间步长的初始 参数， 返回步骤2继续执行计算程序， 否则输出全部 管道内部内节点的流 量及压力计算 值。 2.根据权利要求1所述长输供热管线停泵水锤仿真模拟算法， 其特征在于， 所述的判定 各个节点断面处是否产生蒸汽断流空腔的方法如下： 设流体的汽化绝对压强为HV， 管道计算节点i处的位置高程为Zi， 大气压强为Ha， 节点i 处压力为Hi， 若(Hi+Ha)‑Zi＞HV， 则节点i处不会出 现蒸汽断流空腔； 若Hi≤Zi‑Ha+HV， 则节点i 处会出现蒸汽断流空腔。 3.根据权利要求2所述长输供热管线停泵水锤仿真模拟算法， 其特征在于， 所述执行断 流弥合水锤计算子程序， 计算断流弥合水锤的方法如下： 令Hi＝Zi‑Ha+HV， 确定Hi后， 利用相容性方程计算该时段末上游侧流入断面的流量QPi， in 和下游侧流出断面的流 量QPi， out， 计算从发生蒸汽断流空腔的时刻起空腔的累积体积： VL＝∑(Qi， out‑Qi， in)Δt 判断每个计算时段结束后的蒸汽空腔累计体积VL， 若VL≤0， 表示蒸汽空腔已消 失， 两 侧的连续液柱重新弥合。 4.根据权利要求3所述长输供热管线停泵水锤仿真模拟算法， 其特征在于， 所述迭代计 算当前时刻水泵的无因次转数α， 无因次流 量v， 直至满足|Δv|+|Δα | ＜ ε 的步骤如下：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114154276 A 2利用该计算时刻的初始值v0、 α0和上个计算时刻的初始值v00、 α00， 通过线性外插值得到 初设的v、 α 值； 插值表达式如下： v＝2v0‑v00， α ＝2α0‑α00， 计算v、 α 的修 正值： 第k次迭代计算的修 正值为Δαk、 Δvk， 第k+1次开始迭代时， 令： 按照上述 步骤依次循环迭代， 直到满足|Δv|+|Δα | ＜ ε 时结束； 用迭代结束时的v、 α 值计算θ 并进行验算； 若计算的θ在(I ‑1)Δθ≤θ≤IΔθ 区间内， 则计算成果有效， 若不满足条件， 计算θ 区间， 再计算A0， A1， B0， B1， 然后重新迭代计算 直到满足要求 为止； F1表示水头平衡方程式， F2表示转速改变方程式； WH表示水泵暂态无因次扬程， WM表示水泵暂态无因次转矩。 5.根据权利要求4所述长输供热管线停泵水锤仿真模拟算法， 其特征在于， 所述水头平 衡方程式F1和转速改变方程式F2的表达式如下： 式中， n为当前时刻， i为节点编号， B为管道特征常数， R为系统摩阻， H为管道节点的压 力和Q为管道节 点流量， C3为水泵机组常数， Bs为水泵进口侧管道特征常数， BP为水泵出口侧 管道特征常数， ΔH0为阀门全开 时的水头损失， τ为水泵阀门的开度， Qn为水泵额定流量， Hn 为水泵额定扬程， β0表示水泵转矩与额定转矩的初始比值。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114154276 A 3