[科普中国]-热水供热系统模拟分析法

模拟分析法的实质是用管网的节点方程和独立回路压力平衡方程来描述管网的结构，用阻抗来描述管道管段的管径、长度、管道内壁当量绝对粗糙度，以及管段局部阻力当量长度等。不管管网结构有多复杂，分支有多少，总是要构成回路的，所以总是可以用这两组方程组来描述，差别仅在于方程数量的多与少。对于管道及其管件管径的大小以及管件配置的多少和大小总是可以用阻抗来代替，这样就奠定了用方程和阻抗来模拟管网的基础。

管网的节点方程根据质量守恒原理，在恒定流动过程中，与任一节点关联的所有分支的流量，其代数和等于零，即供热管网节点方方程：。
式中 ——分支流动方向的符号函数；

=1——i节点为j分支的端点，且流出该节点；

=-1——i节点为j分支的端点，且流入该节点；

=0——i节点不是j分支的端点；

——j分支的流量；

i=1，2，3，，J；j=1,2,3，，N。

对于一个有N个分支、J个节点的枝状管网，有J－1个独立节点流量方程。

独立回路压力平衡方程根据管网恒定流动过程中，任意回路中沿回路方向，各个分支管段压降的代数和等于零。对于环路i，独立回路压力平衡方程为：

（）

式中 —分支流动方向的符号函数；

=1——j分支包括在i回路中并与回路同向；

=-1——j分支包括在i回路中并与回路逆向；

=0——j分支不包括在i回路中；
——j分支的阻力损失；

对于一个有N个分支，J个节点的枝状管网，有M=N－J+1个独立回路方程，等于用户数量。

所以，对于一个有N个分支、J个节点的枝状管网，节点流量方程和独立回路方程加在一起，共有（J-1）+（N-J+1）=N个独立方程，可以求解N个分支的流量。

模拟调节法首先通过各种可能的方法来确定各分支的阻抗值，建立方程组，即建立了管网的模型，并求解各分支管段的流量。其次，确定各用户通过理想流量时，用户调节阀所需要的理想阻抗。最后通过逐一改变方程中“调节阀”的阻抗，也就是用理想阻抗值逐个替代实际“调节阀”的阻抗值，来模拟实际管网的初调节。根据水力工况原理可知，某一个阀门的阻抗被替代，全网的流量、压力就重新分布一次。而第一次“调节阀”用理想的阻抗替代后，流过该“调节阀”的流量和设计流量不等，是一个确定的值，称为过渡流量。但是，当最后一个用户的“调节阀”用理想阻抗替代后，该用户以及其他所有用户的过渡流量就达到了设计流量。因此，虽然实际工程无法直接测得理想的阻抗，但是可以测得过渡流量。按照计算过程阻抗替代的顺序，记录下替代后对应调节阀的过渡流量，在现场按照替代顺序，逐个调节热用户的调节阀，使其流量达到过渡流量。当最后一个用户阀门调节完毕后，全网各用户的流量就达到了规定的工况，初调节完毕。1

本词条内容贡献者为:

郑国忠 - 副教授 - 华北电力大学