Совершенствование методов расчета тепловых сетей с иерархическим принципом построения

• Автор: Липовка, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
1.1. Методы расчета тепловых сетей
1.1.1. Обзор методов моделирования и расчета
потокораспределения
1.1.2. Аналитические и графические методы расчета
тепловых сетей
1.1.3. Обобщенные методы контурных расходов и узловых
давлений
1.1.4. Применение вычислительных аспектов коммутативной алгебры для решения систем топологических и определяющих уравнений
1.2. Определение потерь давления в трубопроводах
1.2.1. Определение потерь давления по длине трубопровода
1.2.2. Определение потерь давления в местных сопротивлениях
1.2.3. Определение коэффициента гидравлического
трения
1.2.4. Определение коэффициентов местных сопротивлений
1.3. Эквивалентирование трубопроводных систем
1.3.1. Представление тепловых сетей с использованием
графов
1.3.2. Основные положения комбинаторной топологии
1.3.3. Схемы хранения тепловых сетей в памяти компьютера
1.4. Компьютерные программы расчета тепловых сетей
1.5. Задачи дальнейших исследований
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
2.1. Математическая модель гидравлического режима тепловой
сети
2.1.1. Общая математическая модель потокораспределения
2.1.2. Общий подход к математическому моделированию активных элементов
2.1.3. Математическая модель насосной установки
2.1.4. Математическая модель регулятора расхода
2.1.5. Математическая модель потребителя теплоты
2.2. Применение теории графов и комбинаторной топологии к
эквивалентированию тепловой сети
2.2.1. Общий подход к эквивалентированию тепловой сети
графом
2.2.2. Общий подход к эквивалентированию тепловой
сети комбинаторной топологией
2.2.3. Сверхориентированный граф для эквивалентирования тепловой сети с активными элементами
2.2.4. Применение различных схем эквивалентирования
2.3. Методика вычисления коэффициента гидравлического
трения
2.4. Математическая модель тепловой сети с резервированием
источников теплоты
2.5. Методика расчета гидравлических цепей с регулируемыми
параметрами
ПРОГРАММНО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ
РАСЧЕТА ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ С ИЕРАРХИЧЕСКИМ ПОСТРОЕНИЕМ
3.1. Представление реальных инженерных систем в памяти
компьютера
3.1.1. Структура вычислительной системы
3.1.2. Эквивалентирование системы теплоснабжения
3.1.3. Представление и хранение системы в памяти компьютера
3.1.4. Формирование тепловой сети и общие настройки проекта
3.1.5. Задание требуемых гидравлических, тепловых и прочих расчетов
3.2. Представление тепловой сети на экране компьютера
3.2.1. Представление отдельных элементов тепловой сети
на экране
3.2.2. Моделирование тепловой сети первого иерархического уровня
3.2.3. Моделирование тепловой сети второго иерархического уровня
3.3. Блок расчета тепловых нагрузок и расходов теплоносителя у потребителей
3.3.1. Вычисление расчетного расхода сетевой воды на круглогодичную и сезонную нагрузку
3.4. Блок гидравлических расчетов
3.4.1. Вычисление первоначального значения расходов на участках
3.4.2. Вычисление первого приближения
3.4.3. Гидравлический расчет увязочным методом
3.4.4. Вычисление избыточных давлений в узлах тепловой сети
3.4.5. Вычисление пьезометрических напоров в узлах тепловой сети
3.4.6. Вычислительный конвейер для случая «полного» эквивалентирования тепловой сети

3.4.7. Вычислительный конвейер для случая
«упрощенного» эквивалентированиятепловой сети
3.5. Вычисление термодинамических и гидравлических характеристик отдельных элементов теплой сети
3.5.1. Вычисление коэффициента гидравлического трения
3.5.2. Расчет сопротивления участка тепловой сети
3.5.3. Вычисление потерь напора по длине трубопровода
3.5.4. Вычисление потерь напора в местных сопротивлениях
3.5.5. Вычисление кинематической вязкости теплоносителя
3.5.6. Вычисление плотности теплоносителя
3.5.7. Нахождение рабочей точки насоса методом Ньютона-Рафсона
3.5.8. Расчет дросселирующих устройств
3.6. Табличная выдача результатов гидравлического расчета
3.6.1. Гидравлический расчет
3.6.2. Пьезометрический график
3.6.3. Обеспечение гидравлической устойчивости тепловой сети
3.7. Методика выбора схемы подключения потребителей к тепловой сети
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ТЕПЛОВОЙ СЕТИ С ИЕРАРХИЧЕСКИМ ПОСТРОЕНИЕМ
4.1. Компьютерное моделирование тепловых сетей
4.1.1. Численное моделирование параллельной работы различных насосов
4.1.2. Численное моделирование последовательной
работы различных насосов
4.2. Экспериментальное исследование режимов работы регулируемой трубопроводной системы
4.3. Сопоставление результатов проведения физического и компьютерного моделирования
4.3.1. Сопоставление результатов численного моделирования и экспериментального исследования гидравлических режимов закрытой системы
4.3.2. Сопоставление результатов численного моделирования и натурных замеров гидравлических режимов реальной системы теплоснабжения
4.4. Способы повышения точности эквивалентирования тепловой сети (калибровка)
4.5. Рекомендации по использованию разработанной программы в учебном процессе
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

двумя вершинами, которые оно соединяет (в/с(Уу V,)). В комбинаторной топологии также говорят, что ребро е/с связано с вершинами V, и у,- или, что вершина V; или V,- связана с ребром е. Валентность любого ребра по отношению к вершинам должна равняться двум. Валентность вершины по отношению к ребрам может быть любой, если нет соответствующих ограничений в задаче.
1.3.3. Схемы хранения тепловых сетей в памяти компьютера
Проблема хранения в памяти компьютера описанных выше «представлений графов» — актуальна в математическом моделировании. В работе используются такие схемы хранения разреженных матриц, в которых нули вообще не хранятся, либо хранятся «избранные» нули.
В книге Серхио Писсанецки [90] высказана оригинальная теория: представлять разреженную матрицу не как матрицу, а скорее как граф, где каждая пара «уравнение — неизвестное» ассоциируется с вершиной, а каждый коэффициент — с ребром. При этом наиболее реально развитие большей части технологии разреженных матриц: хранить только ненулевые элементы, оперировать только с ненулевыми элементами и сохранять разреженность.
Существует огромный набор алгоритмов, посвященных работе с матрицами (от плотных до очень разряженных).
Однако в процессе динамического моделирования гидравлической цепи орграф легче всего представить в виде системы указателей. При этом, не вызывает сложностей добавление нового или удаление существующего узла в любой точке орграфа. К тому же, если цепь представляет собой дерево (орграф без циклов), то этого представления достаточно для последующих математических расчетов. Можно написать функцию для записи этого представления в файл и моделирования аналогичного орграфа при чтении из файла. Подобное представление являет собой орграф в чистом виде.