[發明專利]基于遺傳算法的蒸汽管網阻力系數和換熱系數辨識方法

在審

• 申請號: 202111492849.1
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114169239A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 王雅然;齊智猛;由世俊;張歡;鄭雪晶;王葉明;劉素潔
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/18;G06N3/12;G06F111/10;G06F113/14;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 吳學穎

本發明公開了一種基于遺傳算法的蒸汽管網阻力系數和換熱系數辨識方法：對實際蒸汽管網進行整理，得到其拓撲結構圖，并整理蒸汽管道的基本信息，采集蒸汽管網實際運行數據；根據選取的經驗公式，計算各蒸汽管道的阻力系數和換熱系數理論值，根據計算的理論值，估算實際阻力系數和換熱系數的變化范圍；建立蒸汽管網水力熱力耦合仿真模型，包括蒸汽管網水力平衡方程組和蒸汽管網熱力平衡方程組，聯立求解，得到蒸汽在蒸汽管網中運行的溫度和壓力分布；利用遺傳算法結合多組實測數據辨識計算各阻力系數和換熱系數，并獲得辨識后的結果。本發明能夠解決蒸汽管網阻力系數和換熱系數隨著時間而發生變化導致難以精確計算的問題。

技術領域

本發明涉及蒸汽管網領域，更具體的說，是涉及一種基于遺傳算法的蒸汽管 網阻力系數和換熱系數辨識方法。

背景技術

印染、造紙、膠帶、食品、制藥、羊絨和化工等行業在生產過程中，需要以 蒸汽作為基本能源，存在大量工業用熱需求。集中供熱作為一種公認的節能環保 技術，是我國政府始終倡導并積極鼓勵的供熱方式。在北方城鎮加快推進熱電聯 產集中供暖，加快工業余熱供暖規?；l展。

建立符合實際供熱管網運行特性的仿真模型是對蒸汽管網進行設計和智慧化 調控的基礎。仿真模型的建立需要獲得準確的管網參數。在蒸汽管網實際運行過 程中，隨著蒸汽的沖刷磨損、管道的老化、保溫層的破損、運行工況的變化等， 蒸汽管道的阻力系數和換熱系數將發生變化。其變化程度一般無法通過理論模型 進行量化。為了達到與實際管網相符合的計算結果，管網阻力系數的辨識校正便 顯得非常重要。

在建立蒸汽管網水力熱力耦合模型的基礎上，采用合適的目標函數，可以采 用不同的數值計算方法進行辨識校正，如：遺傳算法、粒子群算法、螞蟻算法等。 辨識校正管網的阻力系數和換熱系數需要盡可能多的實測數據，并且保證所選擇 數據不能有太大相關性。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提出一種基于遺傳算法的蒸汽 管網阻力系數和換熱系數辨識方法，能夠解決蒸汽管網阻力系數和換熱系數隨著 時間而發生變化導致難以精確計算的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明基于遺傳算法的蒸汽管網阻力系數和換熱系數辨識方法，包括以下過 程：

S1，對實際蒸汽管網進行整理，得到其拓撲結構圖，并整理蒸汽管道的基本 信息，采集蒸汽管網實際運行數據；

S2，根據選取的經驗公式和步驟S1中整理的蒸汽管道基本信息，計算各蒸汽 管道的阻力系數和換熱系數理論值，根據計算的理論值，估算實際阻力系數和換 熱系數的變化范圍；

S3，建立蒸汽管網水力熱力耦合仿真模型，包括蒸汽管網水力平衡方程組和 蒸汽管網熱力平衡方程組，聯立求解，得到蒸汽在蒸汽管網中運行的溫度和壓力 分布；

S4，利用遺傳算法結合多組實測數據辨識計算各阻力系數和換熱系數，并獲 得辨識后的結果。

在步驟S1中，首先獲得實際的蒸汽管網圖，將熱源和用戶抽象為“點”，將蒸 汽管道抽象為“線”，按照實際的對應關系將其連接起來，即可構成蒸汽管網的拓撲 結構圖。

在步驟S1中，整理蒸汽管道的基本信息，包括每根蒸汽管道的長度L、管道 內徑d、管道材質、保溫層材料、保溫層厚度δ。

在步驟S1中，采集蒸汽管網實際運行數據，包括熱源出口處的蒸汽溫度、壓 力、流量，用戶處的蒸汽溫度、壓力、流量。

在步驟S2中，選取的計算各蒸汽管道的阻力系數理論值的公式為阿里特蘇里 公式。

在步驟S2中，蒸汽與環境的換熱系數理論值的計算是通過將各個傳熱過程的 熱阻疊加計算得到的，包括蒸汽與管壁的對流換熱、管壁的導熱、保溫層的導熱、 保溫層外壁與空氣的對流換熱以及保溫層外壁與空氣的輻射換熱。