圖1所示i為流網(wǎng)中具有代表性的一個水頭節(jié)點,廣一水泵廠進行建模時基于以下假設:(1)忽略水流的物性參數(shù)在支路方向上的變化;(2)在支路的水流為單相流體,忽略水頭沿支路方向的變化對水流狀態(tài)參數(shù)的影響,計算結果按節(jié)點處的值選??;(3)流網(wǎng)中的支路與外界無質量及能量的交換,而節(jié)點具有能與外界發(fā)生質量和能量交換的一定容積。
諸如蒸汽、煙氣等熱力系統(tǒng)工質工作時具有流動和換熱兩種過程,故在此類工質進行流網(wǎng)計算時除考慮壓力和流量外還需考慮工質溫度(或焓值)變化對壓力變化的影響,而在抽水蓄能機組水機系統(tǒng)中工作的水流是單相流動的不可壓縮液體,其溫度變化可以忽略不計,因此在流網(wǎng)仿真計算中,廣一水泵廠可以不考慮水流溫度(或焓值)變化對水頭變化的影響。
為計算節(jié)點的水頭和連接支路中水流流量的關系,采用將其管路阻力集中于某一點的簡化處理方式(將沿程阻力及局部阻力集中于管路中某一設備的出入口處),通過管路流量方程來描述其阻力特性。在忽略支路中水流溫度差異的前提下,根據(jù)伯努力方程可得流經支路的水流流量。
可以通過設計工況下相應水泵部件的進出口參數(shù)計算,在變工況和動態(tài)過程中,認為為常數(shù)完全滿足工程精度的要求。對于一定結構的網(wǎng)絡支路,可以通過支路上的局部阻力和沿程阻力系數(shù),借助連續(xù)性方程計算出該支路的通流導納。
以上述水頭節(jié)點和流量計算方程為基礎構建的流網(wǎng)模型,其求解過程只需對流網(wǎng)中各水頭節(jié)點方程進行迭代計算,而各支路流量通過代數(shù)計算即可得到,使得流網(wǎng)模型求解過程大為簡化。在二次建模過程中,為保證整個流網(wǎng)模型計算過程的穩(wěn)定,減少迭代計算量,采用半隱式歐拉法計算廣一管道泵水頭節(jié)點的微分方程。
抽水蓄能機組水機系統(tǒng)流體網(wǎng)絡的結構形式多種多樣,在仿真系統(tǒng)中,針對不同結構的流體網(wǎng)絡,靈活運用上述水頭節(jié)點和支路流量的仿真模塊,可建立整個水機系統(tǒng)流體網(wǎng)絡的模塊化仿真模型。
所有支路上的設備均為阻力元件(如管道、閥門、閘門等),忽略水流的溫度或焓值變化。上庫引水隧道、上庫閘門、壓力鋼管、球閥、蝸殼以及尾水閘門等水流系統(tǒng)管路即屬此類流網(wǎng)。建立這類流網(wǎng)模型,只需按照水流的流程方向,通過各支路流量(BRFLOW)和水頭節(jié)點(SFHNODE)模塊的輸入輸出變量名,直接連線搭接而成。
流網(wǎng)模型的模塊連接關系,節(jié)點模塊計算水頭數(shù)值,廣一水泵廠將該模塊的輸出以變量名的方式傳遞給與該節(jié)點相連接的所有支路模塊的輸入,各支路流量模塊計算得到的支路線性化導納輸出,同樣以變量名的方式傳送到上游水頭節(jié)點模塊和下游水頭節(jié)點模塊的輸入。
流體網(wǎng)絡模型具體的模塊組態(tài)示意圖(包含作為流網(wǎng)邊界的節(jié)點Hl、H2)。模型運算時,H3、H4節(jié)點模塊的計算是通過與其直接相連的上下游水頭節(jié)點模塊水頭輸出、與之相連支路流量模塊的線導輸出作為其輸入,實現(xiàn)節(jié)點模塊的迭代運算,從而得到流網(wǎng)模型中該節(jié)點的水頭和支路流量的分布值。
具有動力設備的流體網(wǎng)絡結構,當流網(wǎng)支路上有動力設備(如水泵水輪機、技術供廣一水泵或空氣壓縮機等)時,對應流網(wǎng)模型的建立則應考慮支路壓頭的作用。此類流網(wǎng)仿真模型中,除G3支路外,其他支路和節(jié)點模塊的連接關系與純阻力型網(wǎng)絡結構的流網(wǎng)模型一致;對于G3支路,可增加相對應的動力設備模塊(如離心式水泵-SFPUMP),并將水泵的壓頭DH由該模塊輸出作為G3支路模塊的輸入,隨即完成該流網(wǎng)系統(tǒng)的仿真建模。