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供暖空调管网流体输配与换热特性的研究

作　者: 孙多斌
导　师: 解茂昭
学　校: 大连理工大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 供暖空调系统输配管网大变化灵敏度模糊分析模拟
分类号: TU823
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着暖通空调系统规模的不断增大，供暖空调水系统也愈加复杂。而空调能耗也随着空调规模的增大而不断增加。空调系统的能量消耗一般占整个建筑物总耗电量的30～50％以上。2005年实施的新的《公共建筑节能设计标准》对空调节能设计提出了更高要求，本文对空调管网系统特性的研究将有利于降低空调系统的能耗。同时掌握空调管网系统性能的变化规律，有利于管网调节及运行管理。目前，研究者对用户侧水系统的整体特性研究不够，而且缺少对水系统整体特性的模拟分析。特别是在部分负荷条件下，缺乏对水系统阻力变化规律及水力工况的系统性研究。所以，本课题针对供暖空调输配管网水系统整体特性进行模拟研究，具有一定的实用价值。本文采用理论分析、计算机模拟和实验验证相结合的方法进行研究。首先，描述水系统中主要元件的特性方程，引入管网稳态流动数学模型，利用构造的实值函数，推导出流量的迭代公式，并给出满足给定精度条件下的计算过程。同时结合换热方程及热平衡方程，建立管网水系统非稳态流动数学模型和流体换热耦合平衡方程。其次在拓扑结构及压头不变条件下，参照电网络有关概念给出空调管网微分灵敏度的概念，即管网元件的微小变化对整个管网性能的影响，并用管网增量法推导出空调管网微分灵敏度的数学模型，求得原管网的数值解后进行管网灵敏度分析。第三，对构造的实值函数进行扩展，用线形逼近法求出元件参数变化对整个管网的变化的影响，即推导出大变化灵敏度理论，并验证该理论的正确性。第四，引入模糊数学原理，能够处理存在于参数选取过程中的主观因素和模糊现象，在保持网络结构不变的情况下，将网络图论的常规算法适当扩展，即可求得管网的模糊最小树，对空调系统管路阻抗最小或铺设管长最短，以及投资和运行费用最省等组合最优问题提供了又一决策方法；最后，利用实验室土壤源热泵水系统实验台，在系统用户变负荷情况下，对水系统进行了实验测试分析与模拟结果验证。通过以上研究，确定管网调节优化方程，使动力源功耗最小，管路阻力最低，达到节能目的。本文对管网水系统输配特性的研究结果，为系统调节与监测提供了理论依据。对实际工程的设计与改造具有指导意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-25
  1.1 研究课题的背景和意义  10-17
    1.1.1 研究课题的背景  10-13
    1.1.2 相关理论在管网中的应用  13-16
    1.1.3 研究课题的意义  16-17
  1.2 供暖空调输配管网水系统的研究现状  17-23
    1.2.1 管网水系统节能方法研究现状  17-18
    1.2.2 管网水系统优化设计的研究现状  18-20
    1.2.3 空调管网水系统控制方法的研究现状  20-22
    1.2.4 供暖空调输配管网变流量水系统的应用与现状  22-23
  1.3 课题研究方法和内容  23-25
2 供暖空调管网流体输配与换热的数学模型  25-49
  2.1 流体输配的数学模型  25-30
    2.1.1 空调输配管网流阻矩阵和分支方程  25-26
    2.1.2 水力元件方程  26-27
    2.1.3 稳态管网方程组  27-28
    2.1.4 非稳态管网方程组  28-30
  2.2 流体输配数学模型的求解方法  30-33
    2.2.1 稳态数学模型的求解方法  30-33
    2.2.2 非稳态数学模型的求解方法  33
  2.3 流体换热的数学模型  33-39
    2.3.1 换热设备的热平衡方程与参数计算  33-38
    2.3.2 控制方程通用形式表达  38-39
  2.4 流体换热控制方程的离散求解  39-44
    2.4.1 表冷器管壁温度方程的离散  39-41
    2.4.2 冷水机组蒸发器管壁温度方程的离散  41-42
    2.4.3 管内流体能量方程的离散  42-43
    2.4.4 求解方法  43-44
  2.5 管网内流体输配与换热数学模型的求解  44-48
  2.6 小结  48-49
3 管网水系统输配换热耦合的实验研究与数值模拟  49-78
  3.1 水系统实验台简介  49-52
  3.2 空调水系统的实验分析与模拟分析  52-60
    3.2.1 单环路单用户实验与模拟对比分析  52-58
    3.2.2 单环路单用户二次侧水流量发生变化时模拟分析  58-60
  3.3 多环路流量发生变化时空调系统数值模拟分析  60-76
    3.3.1 多环路二次侧干管阀门开度变化  61-68
    3.3.2 一楼环路流量变化的管网模拟  68-76
  3.4 小结  76-78
4 管网中流体输配的灵敏度分析和管网调节分析  78-102
  4.1 灵敏度分析  78-85
    4.1.1 管网的灵敏度  78-80
    4.1.2 增量网络法求微分灵敏度及实例分析  80-85
  4.2 大变化灵敏度的原理与计算  85-94
    4.2.1 管网节点方程  85-86
    4.2.2 分支参数在系数矩阵中的表示法  86-88
    4.2.3 基本数学原理  88-94
  4.3 管网平衡优化调节分析  94-100
    4.3.1 空调管网流量调节及优化的模拟分析  94-97
    4.3.2 管网中的平衡阀  97-100
  4.4 小结  100-102
5 供暖空调管网流体输配数学模型的模糊研究  102-115
  5.1 模糊管段的表征方法  102-104
  5.2 模糊最不利环路  104-107
    5.2.1 模糊最不利环路的算法  104-105
    5.2.2 模糊最不利环路的决策方法  105
    5.2.3 实例分析  105-107
  5.3 模糊最小树的算法与分析  107-110
    5.3.1 OERI排序法  107-108
    5.3.2 模糊最小树算法  108-109
    5.3.3 实例分析  109-110
  5.4 管网分析的模糊解研究  110-114
    5.4.1 模糊管网分析数学模型  110
    5.4.2 模糊相对阻抗的表示  110-111
    5.4.3 模糊解的求解方法  111-112
    5.4.4 算例计算与分析  112-114
  5.5 小结  114-115
6 结论与展望  115-117
  6.1 结论  115
  6.2 展望  115-117
创新点说明  117-118
主要参考文献  118-123
主要符号表  123-126
攻读博士学位期间发表学术论文情况  126-128
致谢  128-129

供暖空调管网流体输配与换热特性的研究

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