(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210684462.4 (22)申请日 2022.06.16 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区新 街口 街道四牌楼 2号 (72)发明人 陈锦怡　周苏洋　顾伟　 (74)专利代理 机构 北京同辉知识产权代理事务 所(普通合伙) 11357 专利代理师 王艳秋 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/12(2006.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种步长自适应的热蒸汽网络稳态仿真方 法 (57)摘要 本发明公开了供热系统仿真建模领域的一 种步长自适应的热蒸汽网络稳态仿真方法， 所述 方法包括以下步骤： 步骤一： 建立热蒸汽网络代 数形式的水力方程组； 步骤二： 建立热蒸汽网络 代数形式的热力方程组； 步骤三： 形成热蒸汽稳 态网络方程组； 步骤四： 建立热蒸汽网络步长自 适应方法。 本发 明基于热蒸汽在管道网络中传输 的稳态运动方程， 建立热蒸汽稳态网络方程组， 并提出一种步长自适应的方程组解法， 使最终求 解结果满足预先设定精度， 解决在传统仿真过程 中的手动调整步长问题。 权利要求书4页 说明书8页 附图3页 CN 114996957 A 2022.09.02 CN 114996957 A 1.一种步长自适应的热蒸汽网络稳态仿真方法， 其特 征在于， 所述方法包括以下步骤： 步骤一： 分析热蒸汽在运输管道中稳态流动时的运动状态， 由质量守恒、 动量守恒以及 回路压降守恒建立水力方程组， 建立热蒸汽网络代数 形式的水力方程组； 步骤二： 分析热蒸汽在运输管道中稳态流动 时的散热过程， 由能量守恒和节点温度融 合建立热蒸汽网络代数 形式的热力方程组， 建立热蒸汽网络代数 形式的热力方程组； 步骤三： 联立步骤一和步骤二中的热蒸汽在管道网络 中稳态流动的水力方程组和热力 方程组， 形成热蒸汽稳态网络方程组； 步骤四： 通过常微分方程单步算法的自适应步长选取方法估计误差， 建立热蒸汽网络 步长自适应方法。 2.根据权利要求1所述的一种步长自适应的热蒸汽 网络稳态仿真方法,其特征在于， 所 述步骤一中水力方程组通过如下 方式得到： 蒸汽在管道j中的质量 流量为一恒定值， 即： Mj,in＝Mj,out＝Mj,j∈W 式中， W为所有管道的集合， Mj,in和Mj,out分别表示管道j首、 末 端的蒸汽知量流量， Mj表示 管道j的蒸汽流 量； 蒸汽稳态流动下的动量守恒方程： 式中， Pj,in和Pj,out分别表示管道j首、 末端的蒸汽压强； λj表示管道j摩擦阻力系数； Zj表 示管道j中水蒸汽的气体压缩因子； R表示水蒸气的气体常数； Tj表示管道内蒸汽温度； Lj为 管道长度； Dj表示管道内径， 其中， 管道j的蒸汽温度Tj和气体压缩因子Zj均取其首末端对应 参数的平均值； 对于一个I节点、 J管道的热蒸汽网络， 设A、 Ain、 Aout分别为该网络的节点 ‑管道关联矩 阵、 流入节点 ‑管道关联矩阵、 流出节点 ‑管道关联矩阵， 其取值 规则如下： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114996957 A 23.根据权利要求2所述的一种步长自适应的热蒸汽 网络稳态仿真方法,其特征在于， 所 述A、 Ain、 Aout三个关联矩阵中存在 如下关系： A＝Ain‑Aout 流入的蒸汽流 量与流出的相等， 得到节点 流量平衡方程： A·M+q＝0 式中， M＝[M1,M2,…,MJ]T为管道流量列向量， q＝[q1,q2,…,qI]T为节点注入流量列向 量； Gjj的取值如下： 取节点电压平方向量P2＝[P12,P22,…,PI2]T， Aj表示关联矩阵A的第j列， 管道动量守恒 方程如下： 取G＝dia g[G11,G22,…,GJJ]， 得到热蒸汽网络的水力方程组： AGATp2＝q。 4.根据权利要求1所述的一种步长自适应的热蒸汽 网络稳态仿真方法,其特征在于， 所 述步骤二中热力方程组通过如下 方式得到： 由能量守恒方程得 出管道能量守恒方程式： Mj(hj,out‑hj,in)+Kj(Tj‑T0)Lj＝0 式中， hj,in和hj,out分别表示管道j首、 末端的蒸汽比焓； Kj是管道j的总传热系， T0是管道 所在环境温度； 热蒸汽网络的节点温度融合方程式为： 式中， qi,in表示热源向节点i注入的蒸汽 流量； Tn,i表示节点i的蒸汽温度， 也即蒸汽在 节 点i处融合后的温度； Wi,in表示流入节 点i的所有管道 集合， Wi,out表示流出节 点i的所有管道 集合。 5.根据权利要求4所述的一种步长自适应的热蒸汽 网络稳态仿真方法,其特征在于， 所 述节点温度融合方程式与管道能量守恒方程式共同构成了蒸汽管网的热力计算方程， 整理 得到如下矩阵方程：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114996957 A 3