(19)中华 人民共和国 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 202111492849.1 (22)申请日 2021.12.08 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 王雅然　齐智猛　由世俊　张欢　 郑雪晶　王叶明　刘素洁　 (74)专利代理 机构 天津市北洋 有限责任专利代 理事务所 12 201 代理人 吴学颖 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 30/18(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/14(2020.01)G06F 119/14(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 基于遗传算法的蒸汽管网阻力系数和换热 系数辨识方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于遗传算法的蒸汽管 网阻力系数和换热系数辨识方法： 对实际蒸汽管 网进行整理， 得到其拓扑结构图， 并整理蒸汽管 道的基本信息， 采集蒸汽管网实际运行数据； 根 据选取的经验公 式， 计算各蒸汽 管道的阻力系数 和换热系数理论值， 根据计算的理论值， 估算实 际阻力系数和换热系数的变化范围； 建立蒸汽管 网水力热力耦合仿真模型， 包括蒸汽 管网水力平 衡方程组和蒸汽管网热力平衡方程组， 联立求 解， 得到蒸汽在蒸汽管网中运行的温度和压力分 布； 利用遗传算法结合多组实测数据辨识计算各 阻力系数和换热系数， 并获得辨识后的结果。 本 发明能够解决蒸汽管网阻力系数和换热系数随 着时间而发生变化 导致难以精确计算的问题。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 114169239 A 2022.03.11 CN 114169239 A 1.一种基于遗传算法的蒸汽管网阻力系数和换热系数辨识方法， 其特征在于， 包括以 下过程： S1， 对实际蒸汽管网进行整理， 得到其拓扑结构图， 并整理蒸汽管道的基本信息， 采集 蒸汽管网实际运行 数据； S2， 根据选取的经验公式和步骤S1中整理的蒸汽管道基本信息， 计算各蒸汽管道的阻 力系数和换 热系数理论 值， 根据计算的理论 值， 估算实际阻力系数和换 热系数的变化范围； S3， 建立蒸汽管网水力热力耦合仿真模型， 包括蒸汽管网水力平衡方程组和蒸汽管网 热力平衡方程组， 联立 求解， 得到蒸汽在蒸汽管网中运行的温度和压力分布； S4， 利用遗传算法结合多组实测数据辨识计算各阻力系数和换热系数， 并获得辨识后 的结果。 2.根据权利要求1所述的基于遗传算法的蒸汽管网阻力系数和换热系数辨识方法， 其 特征在于， 在步骤S1中， 首先获得实际的蒸汽管网图， 将热源和用户抽象为 “点”， 将蒸汽管 道抽象为“线”， 按照实际的对应关系将其连接起 来， 即可构成蒸汽管网的拓扑 结构图。 3.根据权利要求1所述的基于遗传算法的蒸汽管网阻力系数和换热系数辨识方法， 其 特征在于， 在步骤S1 中， 整理蒸汽管道的基本信息， 包括每根蒸汽管道的长度L、 管道内径d、 管道材质、 保温层材 料、 保温层厚度 δ。 4.根据权利要求1所述的基于遗传算法的蒸汽管网阻力系数和换热系数辨识方法， 其 特征在于， 在步骤S1中， 采集蒸汽 管网实际运行数据， 包括热源出口处的蒸汽温度、 压力、 流 量， 用户处的蒸汽温度、 压力、 流 量。 5.根据权利要求1所述的基于遗传算法的蒸汽管网阻力系数和换热系数辨识方法， 其 特征在于， 在步骤S2中， 选取的计算各蒸汽管道的阻力系数理论值的公式为阿里特苏里公 式。 6.根据权利要求1所述的基于遗传算法的蒸汽管网阻力系数和换热系数辨识方法， 其 特征在于， 在步骤S2中， 蒸汽与环境的换热系数理论值的计算是通过将各个传热过程的热 阻叠加计算得到的， 包括蒸汽与管壁的对流换热、 管壁的导热、 保温层的导热、 保温层外壁 与空气的对流换 热以及保温层外壁与空气的辐射换 热。 7.根据权利要求1所述的基于遗传算法的蒸汽管网阻力系数和换热系数辨识方法， 其 特征在于， 步骤S3中， 建立蒸汽管网水力热力耦合仿真模型： 首先根据已知蒸汽管网图的连接关系定义节点关联矩阵A＝ ai,j， A为一个n ×m的矩阵， 其中， n为蒸汽管网节点数目， m为管 段数目； 矩阵A的元 素按照下列规定确定： 管段与回路的关系用回路矩阵B＝bi,j来描述， B为一个k ×m的矩阵， 其中， k为管网中独 立环路数目， m为管 段数目； 矩阵B的元 素按照下列规定确定： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114169239 A 2蒸汽在管道中流动， 既需要满足水力守恒也需要满足热力守恒； 对水力工况进行分析， 需要满足以下四个方程： 1)节点流量连续方程组： Aq+Q ＝0； 2)管段压力降方程组： ATP＝ΔP； 3)管段流量方程组： q＝CPΔP； 4)节点压力对角矩阵： 式中： A是由元素ai,j组成的节点关联矩阵； q是管段的流量向量， 单位为kg/s； Q是节点 的流量向量， 单位为kg/s； P是节点的压力向量， 单位为Pa； ΔP是管段的压降向量， 单位为 Pa； ρ0表示管段入口的蒸汽密度， 单位为kg/m3， t0表示管段入口的蒸汽温度， 单位为K； d表示 管段的内径， 单位为m； η表示管段由于局部阻力的补偿系数； λ表示管段的摩阻系数； p0表示 管段的入口压力， 单位为Pa； t表示管段的出口温度， 单位为K； l是蒸汽管道的长度， 单位为 m； qi是管段i的蒸汽质量 流量， 单位为kg/s； 对热力工况进行分析， 需要满足以下四个方程： 1)节点流量连续方程组： Aq+Q ＝0； 2)管段温降方程组： ATT＝ΔT； 3)管段流量方程组： q＝CTΔT； 4)节点温度对角矩阵： 式中： ΔT是管段温降向量， 单位为K； T是节点的温度向量， 单位为K； C是蒸汽的定压比 热， 单位为kJ/(kg℃)； ql是蒸汽管道单位长度散热量， 单位为W/m； β 是管道附件、 阀门、 补偿 器、 支座等的散热附加系数； 以上两方程组即为蒸汽管网水力热力耦合计算模型， 将以上两个方程组联立求解， 即 可得到蒸汽在蒸汽管网中运行的温度和压力分布。 8.根据权利要求1所述的基于遗传算法的蒸汽管网阻力系数和换热系数辨识方法， 其 特征在于， 步骤S4中， 采用遗传算法进行辨识的步骤 包括： 1)依据步骤S2估算的实际阻力系数和换 热系数的变化范围确定初始种群的范围； 2)将步骤S3得到蒸汽在蒸汽管网中运行的温度和压力分布与步骤S1采集的实际运行 数据相比较， 计算初始种群的评价 函数值， 取其倒数为 适应度值； 3)对初始种群的适应度值进行评判： 若适应度值满足预设条件， 则输出最优解； 若适应 度值不满足预设条件， 则生成新种群， 重复步骤2)、 3)， 计算出该新种群的评价函数值和适 应度值， 直至该新种群的适应度值满足预设条件并输出最优解。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114169239 A 3