一种不同压力管网的流体混合方法、系统及其装置与流程

1.本发明涉及管道能源领域，尤其涉及一种不同压力管网的流体混合方法、系统及其装置。


背景技术：

2.现有技术是基于混合点压力反馈调节阀门开度（阻力系数）的方法，不能实现混合点处温度的按需调节，且具有延迟高，不稳定，测量波动大的缺陷，同时会产生能量的浪费，进而带来经济损失；同时现有技术很少研究根据已知用户侧的流体需求量和流体需求温度的前提下，通过迭代计算以达到流体在管道中的混合，因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

3.鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种不同压力管网的流体混合方法、系统及其装置，旨在解决在现有技术中使用传感器反馈调节阀门改变混合点压强却无法按需调节混合点处温度，且延迟高，节能效果差的问题。
4.本发明的技术方案如下：一种不同压力管网的流体混合方法，其中，包括：已知相对高压支管e1和相对低压支管e2在合并节点b处的指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need，以及两条支管各自的管道参数；其中，管道参数包括管道长度、壁厚、管径；另外，若要考虑热量损失，还需要有保温材料参数、保温厚度；假设e1管线上的阀门阻力系数k和流体流量q1，假设e2管线上的流体流量q2，其中，q1与q2的和等于q_need；已知流体在e1管线入口节点a1处的压强pa1和温度ta1，流体在e2管线入口节点a2处的压强pa2和温度ta2，其中，ta2≥tb_need≥ta1或ta1≥tb_need≥ta2；结合已知参数，通过计算方程，不断调整k，q1和q2，迭代计算出同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的k、q1和q2。
5.其中，计算同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的阀门阻力系数k的方法，包括通过计算方程分别算得e1支管在末端节点b1处的压强pb1，e2支管在末端节点b2处的压强pb2，若pb1=pb2，输出此时的k，否则，则通过改变阀门阻力系数k至k_change，将k_change赋值给假设的阀门阻力系数k重新计算直到满足pb1=pb2。
6.进一步地，改变阀门阻力系数k的方法，包括，若pb1＞pb2，则减小阀门阻力系数k，将阀门阻力系数减小至k_change；若pb1＜pb2，则增大阀门阻力系数k，将阀门阻力系数增大至k_change。
7.其中，计算同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的q1、q2方法，包括，根据在pb1=pb2时输出的k，结合计算方程得到两条支管分别在末端节点b1、
b2的温度tb1、tb2，结合pb1与pb2，计算得到e1和e2在合并节点b处的实际混合温度tb，若tb=tb_need，输出此时的初始流量q1、初始流量q2和k，计算结束；否则，分别改变两条支管的流量至q1_change和q2_change，将q1_change和q2_change分别赋值给假设的q1和q2，重新计算直到得到同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的k、q1、q2。
8.进一步地，改变两条支管流量的方法，包括先后判断tb与tb_need的比值大小，以及tb1与tb2的比值大小；若先后都满足tb 》 tb_need和tb1》tb2，或先后都满足tb 《 tb_need和tb1＜tb2，则减小流量q1至q1_change，增大流量q2至q2_change；若先后都满足tb 》 tb_need和tb1＜tb2，或先后都满足tb 《 tb_need和tb1＞tb2，则增大流量q1至q1_change，减小流量q2至q2_change。
9.一种不同压力管网的流体混合装置，其特征在于,包括，两条支管，其中一条为相对高压支管，相对高压支管上安装阀门，阀门安装控制器，控制器接收最终算得的同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的阀门阻力系数k的信号，根据k调节相应的阀门开度，另一条为相对低压支管，所述的两条支管在合并处安装控制器，所述控制器通过信号控制阀门开度和两条支管的流量。
10.在实际应用中，可通过调节阀门开度，从而将实际阀门阻力系数调整为计算出的阀门阻力系数k的值，同时将两条支管的入口流量调整为计算得到的流量q1和q2，从而同时满足用户侧的流体需求流量和混合后的流体需求温度。
11.有益效果：通过迭代的方法来确定两条支管的流量和相对高压支管上的阀门阻力系数，以此同时达到满足用户侧的需求流体温度和流体混合后的需求流量的目的，克服了传统方法基于混合点压力反馈调节阀门阻力系数， 不能实现混合后温度的调节，并且存在波动大、延迟高的缺陷；尤其当用于蒸汽时，实现在不同压力参数的蒸汽管网的合并，并可以调节混合后的蒸汽温度，有效减少输送过程的凝结水产生，具有低碳节能的经济效益。
附图说明
12.图1为本发明的一种不同压力管网的流体混合方法、系统及其装置应用的模型图；图2为本发明的一种不同压力管网的流体混合方法的流程图；图3为本发明的一种不同压力管网的流体混合方法中的改变阀门阻力系数k的方法的流程图；图4为本发明的一种不同压力管网的流体混合方法中的调节两条支管流量的方法的流程图；图5为本发明的一种不同压力管网的流体混合系统的流程图。
具体实施方式
13.本发明提供一种不同压力管网的流体混合方法、系统及其装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
14.需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者间接连接至该另一个部件上。
15.还需说明的是，本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
16.传统方法基于混合点压力反馈调节阀门阻力系数， 不能实现混合后温度的调节，并且存在波动大、延迟高的缺陷。
17.为了解决上述问题，本发明提供了一种不同压力管网的流体混合方法，能够减少能量的损失，提高运行效益；如图1所示，相对高压支管e1，假设流体流入的节点为a1，流出的节点为b1；相对低压支管e2，假设流体流入的节点为a2，流出的节点为b2；相对高压支管e1和相对低压支管e2的管道末端混合节点为b。
18.如图2所示，所述方法包括：已知相对高压支管e1和相对低压支管e2在合并节点b处的指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need，以及两条支管各自的管道参数；假设e1管线上的阀门阻力系数k和流量q1，假设e2的流量q2，其中，q1与q2的和等于q_need；已知e1在入口节点a1处的压强pa1和温度ta1，e2在入口节点a2处的流体压强pa2和流体温度ta2，其中，ta2≥tb_need≥ta1或ta1≥tb_need≥ta2；结合已知参数，通过计算方程，不断调整k，q1和q2，迭代计算出同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的k、q1和q2。
19.其中，计算同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的阀门阻力系数k的方法，包括通过延程阻力降方程和局部阻力降方程，计算相对高压支管e1的入口节点a1到末端节点b1的延程阻力降δp阻力降1和由阀门带来的δp
局部阻力降
，相对低压支管e2的入口节点a2到末端节点b2的延程阻力降δp
阻力降2
，分别算得e1支管在末端节点b1处的末端压强pb1，e2支管在末端节点b2处的末端压强pb2，为了防止流体在合并节点回流，在同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的条件下，阀门阻力系数k为使得pb1=pb2的值；pb1与pb2由公式(1)获得：(1)δp
阻力降
和δp
局部阻力降
由公式(2)、(3)获得： (2) (3)
其中，λ：沿程阻力系数；ρ：流体密度，kg/m3； v：流体流速，m/s；l：管道的长度，m；d：管道内径，m；g：重力加速；k：阀门的阻力系数。
20.进一步地，若pb1=pb2，输出此时的k，否则，则通过改变阀门阻力系数k至k_change，将k_change赋值给假设的阀门阻力系数k重新计算满足pb1=pb2的值。
21.进一步地，如图3所示的改变阀门阻力系数k的方法，若pb1＞pb2，则减小阀门阻力系数k，将阀门阻力系数减小至k_change；若pb1＜pb2，则增大阀门阻力系数k，将阀门阻力系数k增大至k_change。
22.其中，计算同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的q1、q2确定方法，包括根据在pb1=pb2时输出的k，通过计算方程得到两条支管分别在末端节点b1和末端节点b2的温度tb1、tb2，而后计算方程得到e1和e2在合并节点b处的实际混合温度tb；在分析管道混合点处的温度tb时，根据热力学方程计算得到总热损为δq=δq
l
δqk。进而根据能量守恒方程以及流体的物性参数计算方程得到混合点b处的实际温度tb；其中，δq
l
为沿程总热损，δqk为局部总热损，即阀门热损；（1）在不考虑散热损失的情况下，总热损为δq=0，即ta1= tb1，ta2=tb2，h
a1
=h
b1
，h
a2
=h
b2
；根据如下能量守恒方程，结合流体物性参数方程可计算得到tb。
23.计算流体在混合点b处的焓值hb：根据混合点处的焓值hb，结合混合点处的压强，根据流体物性参数计算得到合并节点处的实际混合温度tb；（2）在考虑散热损失的情况下，根据热力学方程计算得到总热损为δq，进而计算得到末端的焓值h
b1
和h
b2
，其中h
a1
≠h
b1
且h
a2
≠h
b2
；根据如下能量守恒方程，结合流体物性参数方程可计算得到tb；计算混合点b处的焓值hb：根据得到的混合点处的焓值hb，结合混合点处的压强，根据流体物性参数计算得到合并节点处的实际混合温度tb。
24.进一步地，若tb=tb_need，输出此时的初始流量q1、初始流量q2和k，计算结束；否则，分别改变两条支管的流量至q1_change和q2_change，将q1_change和q2_change分别赋值给q1和q2，重新计算得到同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的k、q1、q2。
25.进一步地，如图4所示的改变两条支管的流量的方法，包括，先后判断tb与tb_need的比值大小，以及tb1与tb2的比值大小；若先后都满足tb 》 tb_need和tb1》tb2，或先后都满足tb 《 tb_need和tb1＜tb2，则减小初始流量q1至q1_change，增大初始流量q2至q2_change；若先后都满足tb 》 tb_need和tb1＜tb2，或先后都满足tb 《 tb_need和tb1＞tb2，
则增大初始流量q1至q1_change，减小初始流量q2至q2_change。
26.进一步地，本发明所述的一种不同压力管网的流体混合方法，所述方法适用于蒸汽，冷/热水，冷/热气体，导热油等有温度需求的流体。
27.（1）采用本发明方法计算的一个考虑散热损失的计算实例：已知相对高压支管e1的入口节点a1压强pa1= 2mpa，温度ta1=300℃，管长600m，管径300mm，内层保温材料硅酸铝棉，保温厚度60mm，外层保温材料为高温玻璃棉板，保温材料厚度为50mm；已知相对低压支管e2的入口节点a2压强pa2= 1mpa，温度ta2=200℃，管长400m，管径300mm，内层保温材料硅酸铝棉，保温厚度60mm，外层保温材料为高温玻璃棉板，保温材料厚度为50mm；指定蒸汽混合流量q_need= 100t/h，指定蒸汽混合温度tb_need=250℃。假设相对高压支管e1的流量q1为50t/h，相对低压支管e2的流量q2为50t/h，假设阀门的阻力系数k为180；根据沿程阻力降和局部阻力降方程，得到蒸汽在相对高压支管e1的末端节点b1处的压强为pb1 = 1.4815mpa，相对低压支管e2计算得到末端节点压强b2的压强为pb2 = 0.8870mpa，pb1》pb2，因此，增大阀门的阻力系数重新计算到pb1=pb2。此时阀门的阻力系数为410，pb1=pb2=0.8870mpa；在此基础上，计算得到相对高压支管e1的总热损δq为3.2073e 05kj/h，进而计算得到其末端节点b1处的温度tb1为282.7℃；得到相对低压支管e2的总热损δq为1.6854e 05kj/h，进而计算得到末端节点b2的温度tb2为195.8℃，经能量守恒计算的得到合并节点b处的温度tb为256.1℃，tb》tb_need且tb1》tb2，因此减小e1管道的流量q1，增大e2管道的流量q2，重新迭代计算直到满足混合后的压强tb= tb_need，此时相对高压支管e1的流量q1为62.8t/h，相对低压支管e2的流量q2为37.2t/h。
28.（2）采用本发明方法计算的一个不考虑热损失的计算实例；相对高压支管e1参数： 管长800m，管径300mm，入口节点a1处的压强为2mpa，温度230℃；相对低压支管e2参数： 管长400m，管径300mm，相对低压支管e2的入口节点a2处的压强pa2= 1mpa，温度ta2=280℃；合并节点b处的指定蒸汽混合温度tb_need=240℃，指定蒸汽混合流量q_need流量为100t/h。假设相对高压支管e1的流量q1= 50t/h，相对低压支管e2的流量q2=50t/h，假设阀门的阻力系数k=200；在此基础上，根据沿程阻力降和局部阻力降方程，计算得到蒸汽在e1支管末端b1处的压强pb1=1.4636mpa，e2支管末端节点b2处的压强pb2= 0.9094mpa。由于pb1≠pb2，因此重新调节k至k_change，直到pb1= pb2=0.9179mpa。此时，k= 420；由于没有散热损失总热损为0kj/h。因此，蒸汽在e1支管末端b1点处的温度tb1=230℃，蒸汽在e2支管末端b2点处的温度tb2=280℃，混合点处的温度tb=243.2℃，即tb》tb_need且tb2》tb1，因此，减小tb2的流量q1，增大tb1的流量q2，重新迭代计算直到tb=tb_need。此时，相对高压管道e1的阀门阻力系数为440，流量q1为52t/h，相对低压管道e2的流量q2为48t/h。
29.在上述方法的基础上，本发明还提供了一种不同压力管网的流体混合系统，如图5所示，包括：初始化模块，用于假设管道参数，假设e1管线上的阀门阻力系数k和流体流量q1，
假设e2管线上的流体流量q2，其中，q1与q2的和等于q_need；预设模块：用于输入相对高压支管e1和相对低压支管e2在合并节点b处的指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need，流体在e1管线入口节点a1处的压强pa1和温度ta1，流体在e2管线入口节点a2处的压强pa2和温度ta2，其中，ta2≥tb_need≥ta1或ta1≥tb_need≥ta2；第一计算模块，用于通过计算方程分别算得e1支管在末端节点b1处的末端压强pb1，e2支管在末端节点b2处的末端压强pb2；第一判断模块：用于判断阀门阻力系数k计算得到的pb1是否等于pb2，若是，执行下一步计算；否则，通过改变阀门阻力系数k至k_change，将k_change赋值给假设的阀门阻力系数k重新执行第一计算模块—第一判断模块；第二计算模块：用于通过计算方程得到两条支管分别在末端节点b1和末端节点b2的温度tb1、tb2，结合pb1与pb2，计算得到e1和e2在合并节点b处的实际混合温度tb；第二判断模块：用于判断tb是否等于tb_need，若是，则执行下一步；否则，则分别改变两条支管的流量至q1_change和q2_change，将q1_change和q2_change分别赋值给q1和q2，重新执行第一计算模块—第二判断模块；输出模块：用于输出同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的k、q1和q2。
30.在一个实施例中，本发明提供了一种电子设备，该设备可以是终端，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意一项所述的一种不同压力管网的流体混合方法的步骤。
31.本发明提供了一种不同压力管网的流体混合方法、系统及其装置，其中，所述方法包括：已知相对高压支管e1和相对低压支管e2在合并节点b处的指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need，以及两条支管各自的管道参数；通过迭代的方法来确定两条支管的流量和相对高压支管上的阀门阻力系数，以此同时达到满足用户侧的需求流体温度和流体混合后的需求流量的目的，克服了传统方法基于混合点压力反馈调节阀门阻力系数，不能实现混合后温度的调节，并且存在波动大、延迟高的缺陷；尤其当用于蒸汽时，实现在不同压力参数的蒸汽管网的合并，并可以调节混合后的蒸汽温度，有效减少输送过程的凝结水产生，具有低碳节能的经济效益。
32.应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种不同压力管网的流体混合方法，其特征在于，包括：已知相对高压支管e1和相对低压支管e2在合并节点b处的指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need，以及两条支管各自的管道参数；假设e1管线上的阀门阻力系数k和流体流量q1，假设e2管线上流体流量q2，其中，q1与q2的和等于q_need；已知流体在e1管线入口节点a1处的压强pa1和温度ta1，流体在e2管线入口节点a2处的流体压强pa2和流体温度ta2，其中，ta2≥tb_need≥ta1或ta1≥tb_need≥ta2；结合已知参数，通过计算方程，不断调整k，q1和q2，迭代计算出同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的k、q1和q2。2.根据权利要求1所述的一种不同压力管网的流体混合方法，其特征在于，计算同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的阀门阻力系数k的方法，包括，通过计算方程分别算得e1支管在末端节点b1处的末端压强pb1，e2支管在末端节点b2处的末端压强pb2，在同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的条件下，阀门阻力系数k是满足pb1=pb2的值。3.根据权利要求2所述的一种不同压力管网的流体混合方法，其特征在于，计算同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的阀门阻力系数k的方法，包括，若pb1=pb2，输出此时的k，否则，则通过改变阀门阻力系数k至k_change，将k_change赋值给假设的阀门阻力系数k重新计算直到满足pb1=pb2。4.根据权利要求3所述的一种不同压力管网的流体混合方法，其特征在于，改变阀门阻力系数k的方法，包括，若pb1＞pb2，将阀门阻力系数减小至k_change；若pb1＜pb2，则将阀门阻力系数增大至k_change。5.根据权利要求4所述的一种不同压力管网的流体混合方法，其特征在于，计算同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的q1、q2方法，包括，根据在pb1=pb2时输出的k，通过计算方程得到两条支管分别在末端节点b1和末端节点b2的温度tb1、tb2，结合pb1与pb2，计算得到e1和e2在合并节点b处的实际混合温度tb，若tb=tb_need，输出此时的流量q1、流量q2和k，计算结束；否则，分别改变两条支管的流量至q1_change和q2_change，将q1_change和q2_change分别赋值给q1和q2，重新计算直到得到同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的k、q1、q2。6.根据权利要求4所述的一种不同压力管网的流体混合方法，其特征在于，调节两条支管流量的方法，包括，先后判断tb与tb_need的大小，以及tb1与tb2的大小；若先后都满足tb > tb_need和tb1>tb2，或先后都满足tb < tb_need和tb1＜tb2，则减小流量q1至q1_change，增大流量q2至q2_change；若先后都满足tb > tb_need和tb1＜tb2，或先后都满足tb < tb_need和tb1＞tb2，则增大流量q1至q1_change，减小流量q2至q2_change。7.根据权利要求4所述的一种不同压力管网的流体混合方法，其特征在于，每次增大或减小的k值为0.1。8.根据权利要求6所述的一种不同压力管网的流体混合方法，其特征在于，流量q1、q2
每次增加或减小的量分别是0.1。9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种不同压力管网的流体混合方法，其特征在于，该方法适用于混合有温度需求的流体。10.一种不同压力管网的流体混合系统，其特征在于，包括：初始化模块，用于假设管道参数，假设e1管线上的阀门阻力系数k和流体流量q1，假设e2管线上的流体流量q2，其中，q1与q2的和等于q_need；预设模块：用于输入相对高压支管e1和相对低压支管e2在合并节点b处的指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need，流体在e1管线入口节点a1处的压强pa1和温度ta1，流体在e2管线入口节点a2处的压强pa2和温度ta2，其中，ta2≥tb_need≥ta1或ta1≥tb_need≥ta2；第一计算模块，用于通过计算方程分别算得e1支管在末端节点b1处的压强pb1，e2支管在末端节点b2处的压强pb2；第一判断模块：用于判断阀门阻力系数k计算得到的pb1是否等于pb2，若是，执行下一步计算；否则，通过改变阀门阻力系数k至k_change，将k_change赋值给假设的阀门阻力系数k重新执行第一计算模块—第一判断模块；第二计算模块：用于通过计算方程得到两条支管分别在末端节点b1和末端节点b2的温度tb1、tb2，结合pb1与pb2，计算得到e1和e2在合并节点b处的实际混合温度tb；第二判断模块：用于判断tb是否等于tb_need，若是，则执行下一步；否则，则分别改变两条支管的流量至q1_change和q2_change，将q1_change和q2_change分别赋值给q1和q2，重新执行第一计算模块—第二判断模块；输出模块：用于输出同时满足指定流体混合温度tb_need和指定流体混合流量q_need的k、q1和q2。11.根据权利要求1-9任意一项所述的一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至9任意一项所述一种不同压力管网合并获得指定温度流体的计算方法的步骤。12.根据权利要求1-9任意一项所述的一种不同压力管网的流体混合装置，其特征在于,包括两条支管，其中一条为相对高压支管，另一条为相对低压支管，所述相对高压支管上安装阀门，所述阀门内安装控制器。

技术总结
本发明提供了一种不同压力管网的流体混合方法、系统及其装置，其中，所述方法包括：已知相对高压支管E1和相对低压支管E2在合并节点B处的指定流体混合温度TB_need和指定流体混合流量Q_need，以及两条支管各自的管道参数；通过迭代的方法来确定两条支管的流量和相对高压支管上的阀门阻力系数，以此同时达到满足用户侧的需求流体温度和流体混合后的需求流量的目的；克服了传统方法基于混合点压力反馈调节阀门阻力系数（开度），不能实现混合后温度的调节，并且存在波动大、延迟高的缺陷。尤其当用于蒸汽时，实现不同压力的蒸汽管网的合并，并可以调节混合后的蒸汽温度，有效减少输送过程的凝结水产生，具有低碳节能的经济效益。益。益。


技术研发人员：邱雨 董璐
受保护的技术使用者：谱恒高科技有限责任公司
技术研发日：2022.04.22
技术公布日：2022/5/25