(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 202210615057.7 (22)申请日 2022.05.31 (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 陈天林 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种矩阵方程交替迭代的热蒸汽网络仿真 方法 (57)摘要 本发明公开了一种矩阵方程交替迭代的热 蒸汽网络仿真方法， 涉及供热系统仿真领域， 包 括如下步骤： 分析热蒸汽在单管道中稳定流动的 运动状态， 建立热蒸汽在但管道中流动的水力方 程； 通过热蒸汽在但管道中流动的水力方程， 补 充蒸汽网络拓扑方程， 建立热蒸汽网络矩阵形式 的水力方程； 分析热蒸汽在管道中稳定流动时的 热力过程， 建立热蒸汽网络矩阵形式的热力方 程； 对热蒸汽网络矩阵形式的水力方程与热蒸汽 网络矩阵形式的热力方程进行交替迭代求解， 最 后求解出热蒸汽网络仿真待求变量， 通过降低求 解过程中单次迭代的计算复杂度实现整体仿真 求解的加速， 为热蒸汽网络模型的线性化、 高速 求解提供了一种解决思路。 权利要求书4页 说明书11页 附图1页 CN 114861463 A 2022.08.05 CN 114861463 A 1.一种矩阵方程交替迭代的热蒸汽网络 仿真方法， 其特 征在于， 方法包括以下步骤： S1、 分析热蒸汽在单管道中稳定流动的运动状态， 建立热蒸汽在但管道中流动的水力 方程； S2、 通过热蒸汽在但管道中流动的水力方程， 补充蒸汽网络拓扑方程， 建立热蒸汽网络 矩阵形式的水力方程； S3、 分析热蒸汽在管道中稳定流动时的热力过程， 建立热蒸汽网络矩阵形式的热力方 程； S4、 对热蒸汽 网络矩阵形式的水力方程与热蒸汽 网络矩阵形式的热力方程进行交替迭 代求解， 最后求 解出热蒸汽网络 仿真待求变量。 2.根据权利要求1所述的一种矩阵方程交替迭代的热蒸汽 网络仿真方法， 其特征在于， 取一段热蒸汽传输管道， 对其中处于稳定流动状态的热蒸汽进 行分析， 由质量守恒方程、 动 量守恒方程建立 其在单管道中的水力方程， 如下： 分析蒸汽在管道j中的传输过程， 由质量守恒原理得到： 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； 由于蒸汽运输管道通常倾角很小， 故蒸汽流动过程中忽略重力的影响， 又由于蒸汽流 速较慢， 忽略惯性项， 故管道中蒸汽的动量守恒方程 为： 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， 即： 式中， Tj,in和Tj,out分别表示管道j首、 末端的蒸汽温度； Zj,in和Zj,out分别表示管道j首、 末端蒸汽的气体压缩因子 。 3.根据权利要求2所述的一种矩阵方程交替迭代的热蒸汽 网络仿真方法， 其特征在于， 所述水蒸气的气体常数的取值 为461.526J/(kg ·K)。 4.根据权利要求1所述的一种矩阵方程交替迭代的热蒸汽 网络仿真方法， 其特征在于， 通过所述热蒸汽在但管道中流动的水力方程的基础上， 补充蒸汽网络拓扑方程， 并将热蒸 汽网络的水力方程整理成矩阵形式， 如下： 由单个管道拓展到节点数为 I、 管道数为J的网络时需要补充相应网络方程； 设网络中压强已知节点数为NP， 则令节点1～NP均为压强已知节点， 节点NP+1～I为压强 未知节点，权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114861463 A 2设A为节点 ‑管道关联矩阵： 式中， 取Ain为流入节点 ‑管道关联矩阵， Aout为流出节点 ‑管道关联矩阵： 式中， 式中， 则有： A＝Ain‑Aout 由基尔霍夫第一定律可 得节点流量平衡方程： A·M+q＝0 式中， M＝[M1,M2,…,MJ]T为管道流 量向量， q＝[q1,q2,…,qI]T为节点注入流 量向量， 对于中高压管网认为： 式中， P0为参考压强， 通常取热源处蒸汽压强， △P0是管道j两端的蒸汽压强差， 即ΔPj ＝Pj,in‑Pj,out； 则有：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114861463 A 3