CN111191370B - 冷却塔的仿真方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷却塔的仿真方法和系统，所述方法包括：输入冷却塔的进水流速、进水温度、冷却塔风机频率和进风湿球温度，通过迭代运算来得到冷却塔的出水温度。采用本发明的技术方案，可以通过仿真运算的方式快速的获取冷却塔的出水温度和换热效率。

Description

冷却塔的仿真方法及系统
技术领域
本发明涉及空调领域，尤其涉及一种冷却塔的仿真方法及系统。
背景技术
随着我国能源问题日益突出，节能降耗势在必行。空调是耗能最大的电器之一。中央空调仿真技术是中央空调节能控制技术中的关键技术。而冷却塔是中央空调系统中非常重要的设备。冷却塔的控制策略对中央空调的能效起着至关重要的作用。
如果要优化冷却塔的控制策略，则需要了解冷却塔的各种运行工况信息，在现有技术中，只能通过实际测试的方式来获得冷却塔的各种运行工况信息，费时费力，且无法穷尽各种工况。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中无法全面获取冷却塔的各种运行工况参数的问题，提出一种冷却塔的仿真方法及系统。
本发明实施例中，提供了一种冷却塔的仿真方法，其包括：
输入冷却塔的进水流速、进水温度、冷却塔风机频率和进风湿球温度，通过迭代运算来得到冷却塔的出水温度。
本发明实施例中，所述迭代运算包括：
假设冷却塔的出水温度；
根据假设的冷却塔的出水温度和输入的进水温度计算冷却水质量流速；
根据冷却水质量流速和冷却塔风机频率计算冷却塔风水比；
根据冷却塔的换热效率与冷却塔风水比、进风湿球温度的第一关系函数的计算冷却塔的换热效率；
根据计算得到的冷却塔的换热效率在冷却塔的换热效率与冷却塔进水温度、出水温度和进风湿球温度的第二关系函数中推算冷却塔的出水温度；
当推算得到的冷却塔的出水温度和假设的冷却塔的出水温度不相等时，重新假设冷却塔的出水温度，并返回所述迭代运算；
当计算得到的冷却塔的出水温度和假设的冷却塔的出水温度相等时，停止所述迭代运算，并输出冷却塔的出水温度。
本发明实施例中，所述迭代运算包括：
假设冷却塔的出水温度；
根据假设的冷却塔的出水温度和输入的进水温度计算冷却水质量流速；
根据冷却水质量流速和冷却塔风机频率计算冷却塔风水比；
根据冷却塔的换热效率与冷却塔风水比、进风湿球温度的第一关系函数的计算冷却塔的换热效率；
根据冷却塔的换热效率与冷却塔进水温度、出水温度和进风湿球温度的第二关系函数的计算冷却塔的换热效率；
当所述第一关系函数和所述第二关系函数计算得到的冷却塔的换热效率的不相等时，重新假设冷却塔的出水温度，并返回所述迭代运算；
当所述第一关系函数和所述第二关系函数计算得到的冷却塔的换热效率的相等时，停止所述迭代运算，并输出冷却塔的出水温度。
本发明实施例中，根据假设的冷却塔的出水温度和输入的进水温度计算冷却水质量流速，包括：
根据冷却塔进水温度和假设的冷却塔出水温度，计算冷却塔进出水平均温度；
根据冷却塔进出水平均温度查表得到冷却水密度；
根据冷却水进水流速和冷却水密度计算冷却水质量流速。
本发明实施例中，冷却塔风水比的计算方式如下：
冷却塔风水比=冷却塔风机风速/冷却水质量流速，
其中，冷却塔风机风速=冷却塔风机频率*冷却塔风机额定风速/冷却塔风机额定频率。
本发明实施例中，所述第一关系函数如下：
η= 0.11550409*lny+0.84572+0.00231458*(twet-28),
其中，η为冷却塔的换热效率，y为冷却塔风水比，twet 为冷却塔进风湿球温度，所述第一关系函数通过多次实际测量冷却塔的换热效率、冷却塔风水比和进风湿球温度经过数据拟合得到。
本发明实施例中，所述第二关系函数如下：
η= (tin-tout)/(tin-twet)，
其中，η为冷却塔的换热效率，tin为冷却塔进水温度, tout 为冷却塔出水温度，twet为冷却塔进风湿球温度。
本发明实施例中，根据推算得到的冷却塔的出水温度和假设的冷却塔的出水温度的差值是否在设定的范围来判断推算得到的冷却塔的出水温度和假设的冷却塔的出水温度是否相等。
本发明实施例中，根据所述第一关系函数和所述第二关系函数计算得到的冷却塔的换热效率的差值是否在设定的范围来判断所述第一关系函数和所述第二关系函数计算得到的冷却塔的换热效率是否相等。
本发明实施例中，还提供了一种冷却塔的仿真系统，其对冷却塔进行仿真时，采用上述的冷却塔的仿真方法。
与现有技术相比较，在本发明的冷却塔的仿真方法及系统中, 通过建立两种不同的冷却塔换热效率计算函数，即可通过迭代计算得到的冷却塔的出水温度，可以通过输入冷却塔的进水流速、进水温度、冷却塔风机频率和进风湿球温度，通过迭代运算来得到冷却塔的出水温度，无需采用实测的方式，从而可以快速的得到冷却塔各种运行参数；可以将任意一个比较长的时间段内所有时间点的任意一个冷却塔运行参数数据绘制成动态过程曲线，通过分析这种动态过程曲线和冷却塔群控控制策略的相关性，优化群控控制策略，提高冷站群控控制系统的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例一的冷却塔的仿真方法的流程示意图。
图2是本发明实施例二的冷却塔的仿真方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种冷却塔的仿真方法，其包括：输入冷却塔的进水流速、进水温度、冷却塔风机频率和进风湿球温度，通过迭代运算来得到冷却塔的出水温度。下面结合具体实施例对所述迭代运算的过程进行说明。
如图1所示，本发明实施例一中，所述迭代运算的过程包括步骤S11-S16。下面分别进行说明。
步骤S11：假设冷却塔的出水温度。
步骤S12：根据假设的冷却塔的出水温度和输入的进水温度计算冷却水质量流速。
需要说明的是，由于通常冷却水的进水流速通常是体积流速，要将其换算到质量流速，需要得知冷却水的密度。而在不同的温度下水的密度不同，因此，在业内，计算水的密度时，首先计算水的平均温度，然后通过查表的方式得到冷却水密度。
步骤S13：根据冷却水质量流速计算和冷却塔风机频率计算冷却塔风水比。具体计算方式如下：
冷却塔风水比=冷却塔风机风速/冷却水质量流速。
由于在步骤S12中已经计算出了冷却水质量流速，因此，步骤S13中，还需要计算冷却塔风机风速，计算方式如下：
冷却塔风机风速=冷却塔风机频率*冷却塔风机额定风速/冷却塔风机额定频率。
步骤S14：根据冷却塔的换热效率与冷却塔风水比、进风湿球温度的第一关系函数的计算冷却塔的换热效率。
需要说明的是，经实验发现，冷却塔的换热效率、冷却塔风水比和进风湿球温度存在某种关联关系。可以通过多次实际测量冷却塔的换热效率、冷却塔风水比和进风湿球温度经过数据拟合得到所述第一关系函数。在对一种型号的冷却塔进行测量后，得到的所述第一关系函数如下：
η= 0.11550409*lny+0.84572+0.00231458*(twet-28),
其中，η为冷却塔的换热效率，y为冷却塔风水比，twet 为冷却塔进风湿球温度。
步骤S15：根据计算得到的冷却塔的换热效率在冷却塔的换热效率与冷却塔进水温度、出水温度和进风湿球温度的第二关系函数中推算冷却塔的出水温度。
所述第二关系函数如下：
η= (tin-tout)/(tin-twet)，
其中，η为冷却塔的换热效率，tin为冷却塔进水温度, tout 为冷却塔出水温度，twet为冷却塔进风湿球温度。所述第二关系函数为冷却塔的换热效率的常用计算公式。
步骤S16：比较推算得到的冷却塔的出水温度和假设的冷却塔的出水温度，
当推算得到的冷却塔的出水温度和假设的冷却塔的出水温度不相等时，重新假设冷却塔的出水温度，并返回步骤S1，继续所述迭代运算；
当计算得到的冷却塔的出水温度和假设的冷却塔的出水温度相等时，停止所述迭代运算，并输出冷却塔的出水温度。
步骤S16中，根据推算得到的冷却塔的出水温度和假设的冷却塔的出水温度的差值是否在设定的范围来判断推算得到的冷却塔的出水温度和假设的冷却塔的出水温度是否相等。
如图2所示，本发明实施例二中，所述迭代运算包括步骤S21-S26。下面分别进行说明。
步骤S21：假设冷却塔的出水温度。
步骤S22：根据假设的冷却塔的出水温度和输入的进水温度计算冷却水质量流速。
步骤S23：根据冷却水质量流速计算和冷却塔风机频率计算冷却塔风水比。
步骤S24：根据冷却塔的换热效率与冷却塔风水比、进风湿球温度的第一关系函数的计算冷却塔的换热效率。
步骤S24中，可通过多次实际测量冷却塔的换热效率、冷却塔风水比和进风湿球温度经过数据拟合得到所述第一关系函数。在对一种型号的冷却塔进行测量后，得到的所述第一关系函数如下：
η= 0.11550409*lny+0.84572+0.00231458*(twet-28),
其中，η为冷却塔的换热效率，y为冷却塔风水比，twet 为冷却塔进风湿球温度。
步骤S25：根据冷却塔的换热效率与冷却塔进水温度、出水温度和进风湿球温度的第二关系函数的计算冷却塔的换热效率。
步骤S25中，所述第二关系函数如下：
η= (tin-tout)/(tin-twet)，
其中，η为冷却塔的换热效率，tin为冷却塔进水温度, tout 为冷却塔出水温度，twet为冷却塔进风湿球温度。所述第二关系函数为冷却塔的换热效率的常用计算公式。
步骤S26：比较所述第一关系函数和所述第二关系函数计算得到的冷却塔的换热效率，
当所述第一关系函数和所述第二关系函数计算得到的冷却塔的换热效率的不相等时，重新假设冷却塔的出水温度，并返回步骤S1，继续所述迭代运算；
当所述第一关系函数和所述第二关系函数计算得到的冷却塔的换热效率的相等时，停止所述迭代运算，并输出冷却塔的出水温度。
步骤S26中，根据所述第一关系函数和所述第二关系函数计算得到的冷却塔的换热效率的差值是否在设定的范围来判断所述第一关系函数和所述第二关系函数计算得到的冷却塔的换热效率是否相等。
需要说明的是，本实施例二中，步骤S21-S24与实施例一中的步骤S11-S14的实现过程相同，此处不再赘述。
通过上述两种迭代运算，输入冷却塔的进水流速、进水温度、冷却塔风机频率和进风湿球温度，无需采用实测的方式，即可快速的得到冷却塔的出水温度。在得到冷却塔的出水温度后，还可以按照冷却塔风机功率曲线数据和效率曲线数据计算当前的冷却塔风机的功率和效率。
本发明实施例中，还提供了一种冷却塔的仿真系统，其对冷却塔进行仿真时，采用上述的冷却塔的仿真方法。
综上所述，在本发明的冷却塔的仿真方法及系统中, 通过建立两种不同的冷却塔换热效率计算函数，即可通过迭代计算得到的冷却塔的出水温度，可以通过输入冷却塔的进水流速、进水温度、冷却塔风机频率和进风湿球温度，通过迭代运算来得到冷却塔的出水温度，无需采用实测的方式，从而可以快速的得到冷却塔各种运行参数；可以将任意一个比较长的时间段内所有时间点的任意一个冷却塔运行参数数据绘制成动态过程曲线，通过分析这种动态过程曲线和冷却塔群控控制策略的相关性，优化群控控制策略，提高冷站群控控制系统的稳定性和可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种冷却塔的仿真方法，其特征在于，包括：
输入冷却塔的进水流速、进水温度、冷却塔风机频率和进风湿球温度，通过迭代运算来得到冷却塔的出水温度；
所述迭代运算包括：
假设冷却塔的出水温度；
根据假设的冷却塔的出水温度和输入的进水温度计算冷却水质量流速；
根据冷却水质量流速和冷却塔风机频率计算冷却塔风水比；
根据冷却塔的换热效率与冷却塔风水比、进风湿球温度的第一关系函数的计算冷却塔的换热效率；
根据计算得到的冷却塔的换热效率在冷却塔的换热效率与冷却塔进水温度、出水温度和进风湿球温度的第二关系函数中推算冷却塔的出水温度；
当推算得到的冷却塔的出水温度和假设的冷却塔的出水温度不相等时，重新假设冷却塔的出水温度，并返回所述迭代运算；
当计算得到的冷却塔的出水温度和假设的冷却塔的出水温度相等时，停止所述迭代运算，并输出冷却塔的出水温度；
或者，所述迭代运算包括：
假设冷却塔的出水温度；
根据假设的冷却塔的出水温度和输入的进水温度计算冷却水质量流速；
根据冷却水质量流速和冷却塔风机频率计算冷却塔风水比；
根据冷却塔的换热效率与冷却塔风水比、进风湿球温度的第一关系函数的计算冷却塔的换热效率；
根据冷却塔的换热效率与冷却塔进水温度、出水温度和进风湿球温度的第二关系函数的计算冷却塔的换热效率；
当所述第一关系函数和所述第二关系函数计算得到的冷却塔的换热效率的不相等时，重新假设冷却塔的出水温度，并返回所述迭代运算；
当所述第一关系函数和所述第二关系函数计算得到的冷却塔的换热效率的相等时，停止所述迭代运算，并输出冷却塔的出水温度。
2.如权利要求1所述的冷却塔的仿真方法，其特征在于，根据假设的冷却塔的出水温度和输入的进水温度计算冷却水质量流速，包括：
根据冷却塔进水温度和假设的冷却塔出水温度，计算冷却塔进出水平均温度；
根据冷却塔进出水平均温度查表得到冷却水密度；
根据冷却水进水流速和冷却水密度计算冷却水质量流速。
3.如权利要求1所述的冷却塔的仿真方法，其特征在于，冷却塔风水比的计算方式如下：
冷却塔风水比=冷却塔风机风速/冷却水质量流速，
其中，冷却塔风机风速=冷却塔风机频率*冷却塔风机额定风速/冷却塔风机额定频率。
4.如权利要求1所述的冷却塔的仿真方法，其特征在于，所述第一关系函数如下：
η= 0.11550409*lny+0.84572+0.00231458*(twet-28),
其中，η为冷却塔的换热效率，y为冷却塔风水比，twet为冷却塔进风湿球温度，所述第一关系函数通过多次实际测量冷却塔的换热效率、冷却塔风水比和进风湿球温度经过数据拟合得到。
5.如权利要求1所述的冷却塔的仿真方法，其特征在于，所述第二关系函数如下：
η= (tin-tout)/(tin-twet)，
其中，η为冷却塔的换热效率，tin为冷却塔进水温度, tout为冷却塔出水温度，twet为冷却塔进风湿球温度。
6.如权利要求1所述的冷却塔的仿真方法，其特征在于，根据推算得到的冷却塔的出水温度和假设的冷却塔的出水温度的差值是否在设定的范围来判断推算得到的冷却塔的出水温度和假设的冷却塔的出水温度是否相等。
7.如权利要求1所述的冷却塔的仿真方法，其特征在于，根据所述第一关系函数和所述第二关系函数计算得到的冷却塔的换热效率的差值是否在设定的范围来判断所述第一关系函数和所述第二关系函数计算得到的冷却塔的换热效率是否相等。
8.一种冷却塔的仿真系统，其特征在于，对冷却塔进行仿真时，采用如权利要求1-7任一项所述的冷却塔的仿真方法。
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