CN112818527B - 面向用户端的闭式冷却塔冷却水出口温度预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及面向用户端的闭式冷却塔冷却水出口温度预测方法，与现有技术相比解决了在不了解设备具体结构参数及传热学原理的情况下，无法测算出闭式冷却塔冷却水出口温度的缺陷。本发明包括以下步骤：根据厂家提供的设备选型时的性能曲线图，获取样本数据；寻找一元逼近函数；获取二元逼近函数；利用二元逼近函数计算闭式冷却塔冷却水的出口水温T_out。本发明利用设备选型时的样本数据，利用构造函数、麦克劳林公式展开和近似计算的方法获得二元逼近函数，利用二元逼近函数进行出口温度的预测，使用户在设备运行过程中即可实时监测并计算闭式冷却塔冷却水出口温度，最大程度发挥闭式冷却塔的节能效应。

Description

面向用户端的闭式冷却塔冷却水出口温度预测方法

技术领域

本发明涉及闭式冷却塔技术领域，具体涉及一种面向用户端的闭式冷却塔冷却水出口温度预测方法。

背景技术

闭式冷却塔又名蒸发冷却器，是一种将水冷与空冷、传热与传质过程融为一体且兼有两者之长的高效节能冷却设备，具有节能、节水、结构紧凑、运行费用低等优点。在过渡季节可以部分或者完全替代冷水机组工作：当室外空气湿球温度低到某数值以下时，冷水机组停止运行，以流经冷却塔的循环冷却水直接或间接向系统供冷，提供建筑空调或工艺设备需要的冷负荷。在制冷系统中冷机的能耗占有很高的比例，如用冷却塔来代替制冷机供冷，将节省可观的运行费用。所以，只有能对闭式冷却塔的冷却水出口水温做出预测，才能实时判断闭式冷却塔能取代的冷机负荷量，最大程度的发挥闭式冷却塔的节能效应。

现有的闭式冷却塔冷却水出口水温的预测方法都是通过建立传质传热模型，从而推导出热力学计算公式来计算的，适用于工程设计或生产厂实验。但对于设备的用户来说，由于不了解传热学机理和设备的结构设计参数等，不太可能使用这种方法。因此，急需设计一种面向用户端的闭式冷却塔冷却水出口温度预测方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决在不了解设备具体结构参数及传热学原理的情况下，无法测算出闭式冷却塔冷却水出口温度的缺陷，提出一种面向用户端的闭式冷却塔冷却水出口温度预测方法来解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

面向用户端的闭式冷却塔冷却水出口温度预测方法，该方法包括以下步骤：

(1)根据厂家提供的设备选型时的性能曲线图，分别在不同进出口温差⊿T所对应的性能曲线上选取若干个出口水温值T_out及对应的湿球温度值T_wb。

(2)根据获取的每个进出口温差⊿T下所对应的一组数据(T_out，T_wb)，采用最小二乘拟合方法或者拟合软件寻找出口水温值T_out与湿球温度值T_wb的一元逼近函数，并获取一元逼近函数的拟合系数。

(3)采用构造函数、麦克劳林公式展开和近似计算的方法，获取闭式冷却塔冷却水出口水温T_out与湿球温度值T_wb以及入口水温的T_in的二元三次多项式逼近函数。

(4)通过温度计测得实时的入口水温T_in，通过湿球温度计测得实时的湿球温度T_wb。

(5)根据一元逼近函数的拟合系数、实时的入口水温和实时的湿球温度，采用二元三次多项式逼近函数计算闭式冷却塔冷却水的出口水温T_out。

进一步的，所述出口水温值T_out与湿球温度值T_wb的一元线性逼近函数为：T_out＝kT_wb+a；其中，k和a均为拟合系数。

进一步的，所述闭式冷却塔冷却水出口水温T_out与湿球温度值T_wb以及入口水温的T_in的二元三次多项式逼近函数为：

其中，T_out表示闭式冷却塔冷却水的出口水温，T_wb表示湿球温度值，T_in表示闭式冷却塔冷却水的入口水温，令

表示不同进出口温差⊿T下的A的平均值。

有益效果

本发明的一种面向用户端的闭式冷却塔冷却水出口温度预测方法，与现有技术相比，解决了在不了解设备具体结构参数及传热学原理的情况下，无法测算出闭式冷却塔冷却水出口温度的缺陷。本发明利用设备选型时的样本数据，经过线性拟合后获得一元逼近函数，再利用一元逼近函数，采用构造函数和麦克劳林公式展开的方法，获取二元逼近函数，采用二元逼近函数对闭式冷却塔冷却水出口温度进行预测，为设备用户提供了一种便捷有效的计算方法，可在设备运行过程中实时监测并计算闭式冷却塔冷却水出口温度，最大程度发挥闭式冷却塔的节能效应。

附图说明

图1为本发明的方法顺序图；

图2是某型号闭式冷却塔选型时的性能曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示的面向用户端的闭式冷却塔冷却水出口温度预测方法，该方法包括以下步骤：

(1)根据如图2所示的厂家提供的设备选型时的性能曲线图，分别在不同进出口温差⊿T所对应的性能曲线上选取若干个出口水温值T_out及对应的湿球温度值T_wb。在图2中，进出口温差⊿T分别为3℃，5℃，8℃。

(2)根据获取的每个进出口温差⊿T下所对应的一组数据(T_out，T_wb)，采用最小二乘拟合方法或者拟合软件寻找出口水温值T_out与湿球温度值T_wb的一元逼近函数。

由图2可知，拟合结果如表1所示，可知，出口水温值T_out与湿球温度值T_wb的一元逼近函数为：T_out＝kT_wb+a。

表1设备性能曲线拟合结果

进出口温差⊿T	逼近函数
		⊿T<sub>1</sub>	T<sub>out</sub>＝k<sub>1</sub> T<sub>wb</sub>+a<sub>1</sub>
⊿T<sub>2</sub>	T<sub>out</sub>＝k<sub>2</sub> T<sub>wb</sub>+a<sub>2</sub>
		⊿T<sub>3</sub>	T<sub>out</sub>＝k<sub>3</sub> T<sub>wb</sub>+a<sub>3</sub>

其中，k，k₁，k₂，k₃，a，a₁，a₂，a₃均为拟合系数，即k和a均为拟合系数。

由上可知，对于每个进出口温差⊿T来说，

T_out＝kT_wb+a (1)

T_in＝T_out+△T (2)

由公式(1)和公式(2)可以看出，出口水温值T_out不仅与湿球温度值T_wb相关，还与入口水温值T_in相关，即T_out是一个自变量为T_wb和T_in的二元函数。

(3)关于二元函数的函数逼近是比较复杂的，无法直接实现。为了使方案简化，采用构造函数，麦克劳林展开及近似计算的方法的获取二元逼近函数。

(31)构造函数，如公式(3)所示：

(32)把公式(1)和公式(2)分别带入公式(3)，可得：

其中，

k_c＝k-1 (5)

(33)采用麦克劳林公式将公式(4)的等式右边展开，可得：

由步骤(1)和(2)的结果可知，

|k_c|＝|k-1|<0.2 (7)

△T≈a (8)

所以，

及后面的所有项都是比

高阶的无穷小项，可忽略，于是取公式(9)做为近似的函数逼近公式：

(34)由公式(5)和公式(8)，将公式(9)化简为：

可进一步化简为：

其中，

(35)分别求出各个温度差⊿T下的A，并求出A的平均值。以图2为例，图2中有三个温度差，则分别求出三个温度差⊿T₁，⊿T₂，⊿T₃下的A₁，A₂，A₃，可知

A₁≈A₂≈A₃ (14)

(36)由公式(12)(15)，(3)(4)可得：

(36)将公式(16)进行整理，可得闭式冷却塔冷却水出口水温T_out与湿球温度值T_wb以及入口水温的T_in的二元逼近函数如公式(17)所示：

(4)实际使用中，通过温度计测得实时的入口水温值T_in，通过湿球温度计测得实时的湿球温度值T_wb，通过设备厂家提供的性能曲线拟合和计算出

值。

(5)将步骤(4)测得的T_in、T_wb和计算出的

值代入公式(17)中，即可得到闭式冷却塔冷却水的出口水温T_out。

现有的闭式冷却塔冷却水出口水温的预测方法都是通过建立传质传热模型，从而推导出热力学计算公式来计算的，适用于工程设计或生产厂实验。但对于设备的用户来说，由于不了解传热学机理和设备的结构设计参数等，不太可能使用这种方法。本发明提出的这种方法，是基于设备选型时的性能数据，通过设计的方法，利用构造函数、麦克劳林公式以及近似计算，解决了复杂的二元函数逼近问题，为用户提供了一种切实可行的预测方法。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.面向用户端的闭式冷却塔冷却水出口温度预测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)根据厂家提供的设备选型时的性能曲线图，分别在不同进出口温差⊿T所对应的性能曲线上选取若干个出口水温值T_out及对应的湿球温度值T_wb；

(2)根据获取的每个进出口温差⊿T下所对应的一组数据(T_out，T_wb)，采用最小二乘拟合方法或者拟合软件寻找出口水温值T_out与湿球温度值T_wb的一元逼近函数，并获取一元逼近函数的拟合系数；

(3)采用构造函数、麦克劳林公式展开和近似计算的方法，获取闭式冷却塔冷却水出口水温T_out与湿球温度值T_wb以及入口水温的T_in的二元三次多项式逼近函数；

(4)通过温度计测得实时的入口水温T_in，通过湿球温度计测得实时的湿球温度T_wb；

(5)根据一元逼近函数的拟合系数、实时的入口水温和实时的湿球温度，采用二元三次多项式逼近函数计算闭式冷却塔冷却水的出口水温T_out；

所述出口水温值T_out与湿球温度值T_wb的线性逼近函数为：T_out＝kT_wb+a；其中，k和a均为拟合系数；

所述闭式冷却塔冷却水出口水温T_out与湿球温度值T_wb以及入口水温的T_in的二元三次多项式逼近函数为：

其中，T_out表示闭式冷却塔冷却水的出口水温，T_wb表示湿球温度值，T_in表示闭式冷却塔冷却水的入口水温，令

表示不同进出口温差⊿T下的A的平均值。

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