一種基于兩點邊值測量下冷卻塔填料熱力性能計算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于兩點邊值測量下冷卻塔填料熱力性能計算方法，該方法包括：將填料中的熱質(zhì)傳遞用四個常微分方程來描述；采集冷卻塔現(xiàn)場運行參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，確定填料底部(z＝0)的空氣溫度Ta和濕度比X，填料頂部(z＝H)的水溫度Tw和質(zhì)量流率mw邊值；假設(shè)和迭代調(diào)整填料底部(z＝0)未知的邊界條件，從而使得填料頂部(z＝H)滿足已知邊界條件；基于填料熱力性能線性模型建立冷卻塔填料熱力性能計算模型；代入上述計算得到填料頂部(z＝H)的條件，計算冷卻塔熱力性能。本方法基于實時測量值進行模型建立，有利于實現(xiàn)冷卻塔熱力性能實時在線評估，計算模型在基于兩點邊值測量下得到簡化，相比已有計算方法，在保證計算精度前提下，較大減少計算時間。
【專利說明】一種基于兩點邊值測量下冷卻塔填料熱力性能計算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冷卻塔熱力性能計算方法，尤其涉及一種基于兩點邊值測量下冷卻塔 填料熱力性能計算方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)飛速發(fā)展，工業(yè)系統(tǒng)對冷卻系統(tǒng)要求日益增加。冷卻塔作為主要末端冷 卻裝置，被廣泛用于排除電廠、暖通空調(diào)系統(tǒng)、鋼鐵廠產(chǎn)生的大量廢熱，是循環(huán)冷卻系統(tǒng)重 要組成部分。濕式冷卻塔因效率高而成為冷卻塔主流，其通過空氣與高溫循環(huán)冷卻水傳熱 傳質(zhì)過程，將高溫高濕空氣排出塔外，帶走熱量，實現(xiàn)冷卻水循環(huán)利用，因此冷卻塔熱力性 能的優(yōu)劣不僅直接影響冷卻系統(tǒng)節(jié)水節(jié)能效果，對工業(yè)系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行也具有重大意 義。
[0003] 隨著節(jié)能環(huán)保技術(shù)被日益重視，冷卻系統(tǒng)的節(jié)能節(jié)水已成為國內(nèi)外冷卻技術(shù)研究 的重要課題，由于冷卻塔熱力性能與系統(tǒng)節(jié)水節(jié)能直接相關(guān)，國務(wù)院《節(jié)能減排"十二五"規(guī) 劃》中指出：要"開展大型公共建筑采暖、空調(diào)、通風(fēng)、照明等節(jié)能改造"。國家針對冷卻塔具 有極大節(jié)能潛力，應(yīng)提高冷卻塔能源利用效率問題，提出下一步冷卻塔產(chǎn)品必須做節(jié)水節(jié) 能認證，中國質(zhì)量認證中心出臺了《冷卻塔節(jié)水認證規(guī)則》，并即將出臺《開式冷卻塔節(jié)能認 證技術(shù)規(guī)范》予以保證，冷卻塔加裝熱力性能在線監(jiān)測儀有助于這項工作開展。此外，由于 利益驅(qū)使，部分冷卻塔生產(chǎn)商以次充好配置冷卻系統(tǒng)，影響冷卻效果，2012年國內(nèi)某公司就 因冷卻塔能效設(shè)計引起訴訟，這種情況普遍存在將導(dǎo)致用戶無法驗收，出現(xiàn)能耗過大或故 障，對冷卻塔加裝監(jiān)測系統(tǒng)顯得更加重要。
[0004] 目前，經(jīng)典的冷卻塔熱力性能計算模型有Merkel模型、e-NTU模型和Poppe模 型。Merkel模型基于假設(shè)建立，模型簡單，計算誤差大，且需要采用數(shù)值積分或迭代法求解， e-NTU模型引入傳熱單元數(shù)，避免數(shù)值積分或迭代計算，但和Merkel模型具有相同等級的 計算誤差，Poppe模型計算結(jié)果準確，但模型復(fù)雜，求解過程涉及多重迭代，計算時間較長， 經(jīng)典的冷卻塔熱力性能計算模型無法同時滿足高精度和計算量小的要求。隨著計算機技術(shù) 的發(fā)展，人工智能算法被引入冷卻塔熱力性能評估中，避免冷卻塔機理建模過程，但需要大 量訓(xùn)練樣本，且評估時間較長。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述冷卻塔填料熱力性能計算模型和方法的問題與缺陷，該方法通過將填 料中的熱質(zhì)傳遞問題用一組求解未知函數(shù)導(dǎo)數(shù)的四個常微分方程來描述，然后將模型簡化 為兩點邊值問題，簡化冷卻塔熱力性能計算模型，減少計算時間。本發(fā)明提供了一種基于兩 點邊值測量下冷卻塔熱力性能計算方法。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] -種基于兩點邊值測量下冷卻塔填料熱力性能計算方法，包括四個步驟：
[0008] A通過一組求解未知函數(shù)導(dǎo)數(shù)的四個常微分方程描述填料中的熱質(zhì)傳遞；
[0009] B采集冷卻塔現(xiàn)場運行參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，確定填料底部即z = 0的空氣溫度Ta和 濕度比X，填料頂部即z = H的水溫度Tw和質(zhì)量流率mw邊值；
[0010] C假設(shè)和迭代調(diào)整填料底部Z = 0未知的邊界條件，從而使得填料頂部Z = H滿足 已知邊界條件；
[0011] D基于填料熱力性能線性模型建立冷卻塔填料熱力性能計算模型；
[0012] E代入上述計算得到填料頂部z = H的條件，計算冷卻塔熱力性能。
[0013] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：
[0014] 基于實時測量值進行模型建立，有利于實現(xiàn)冷卻塔熱力性能實時在線評估，計算 模型在基于兩點邊值測量下得到簡化，相比已有評估方法，在保證計算精度前提下，較大減 少計算時間。本方法實時性好、適應(yīng)性強特點，可廣泛應(yīng)用于機械式逆流冷卻塔現(xiàn)場熱力性 能實時評估中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是基于兩點邊值測量下冷卻塔填料熱力性能計算方法流程圖；
[0016] 圖2是逆流方塔的熱力性能計算系統(tǒng)安裝示意圖；
[0017] 圖3是基于兩點邊值測量下冷卻塔填料熱力性能計算模型圖；
[0018] 圖4是冷卻塔填料熱力性能線性模型圖；
[0019]圖5是基于兩點邊值測量下冷卻塔填料熱力性能計算模型焓濕圖。

【具體實施方式】
[0020] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖，以CEF-370不銹 鋼逆流方塔的熱力性能計算為例，對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述：
[0021] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的冷卻塔填料熱力性能計算方法流程圖，所述方法包括 以下步驟：
[0022] 步驟10將填料中的熱質(zhì)傳遞用一組形式如下的求解未知函數(shù)導(dǎo)數(shù)的四個常微分 方程來描述：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于兩點邊值測量下冷卻塔填料熱力性能計算方法，其特征在于，所述方法包 括以下步驟： A通過一組求解未知函數(shù)導(dǎo)數(shù)的四個常微分方程描述填料中的熱質(zhì)傳遞； B采集冷卻塔現(xiàn)場運行參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，確定填料底部即z = O的空氣溫度Ta和濕度 比X，填料頂部即z = H的水溫度Tw和質(zhì)量流率mw邊值，H為填料的厚度； C假設(shè)和迭代調(diào)整填料底部z = O未知的邊界條件，從而使得填料頂部z = H滿足已知 邊界條件； D基于填料熱力性能線性模型建立冷卻塔填料熱力性能計算模型； E代入上述計算得到填料頂部z = H的條件，計算冷卻塔熱力性能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩點邊值測量下冷卻塔填料熱力性能計算方法，其特征 在于，所述四個常微分方程為：
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩點邊值測量下冷卻塔填料熱力性能計算方法，其特征 在于，所述運行參數(shù)包括：進水量mw、進風(fēng)量ma、進水溫度Twi、出水溫度T w。、出風(fēng)溫度Ta。；所 述環(huán)境參數(shù)包括：大氣壓力P〇、濕球溫度Twb、進風(fēng)干球溫度Tai。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩點邊值測量下冷卻塔填料熱力性能計算方法，其特征 在于，所述步驟B具體包括：利用監(jiān)測裝置的傳感網(wǎng)絡(luò)采集模塊實時采集冷卻塔現(xiàn)場運行 參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，確定進水溫度Twi，、進水質(zhì)量流率mwi、進風(fēng)干球溫度Tai、進風(fēng)濕度比X i邊 值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩點邊值測量下冷卻塔填料熱力性能計算方法， 其特征在于，所述步驟C具體包括：假設(shè)和迭代調(diào)整填料底部z = O未知的邊界條件
Twb為入口空氣的濕球溫度， 為在出風(fēng)口溫度近似值Ta。下計算出的飽和濕度比，從而使得填料頂部z = H滿足已知邊界 條件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩點邊值測量下冷卻塔填料熱力性能計算方法，其特征 在于，所述步驟E具體包括：根據(jù)步驟C計算的結(jié)果和實時測量值，確定填料頂部即z = H 氣溫、水溫、大氣壓力和濕球溫度Ta。、Twi、Ptl、Twb ; 將冷卻塔填料熱力性能抽象為式MeTPBVP = f (PQ，Twb，Ta，Tw)，Tai < Ta彡Ta。， Tw。彡Tw彡Twi，，再利用公式Me胃p = f (Ptl, Twb，Ta。，Twi)計算冷卻塔熱力性能值。
【文檔編號】G06F17/11GK104360984SQ201410724779
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】劉桂雄, 劉文浩, 洪曉斌 申請人:華南理工大學(xué)