CN116050305B - 基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法及相关装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法及相关装置,涉及制冷领域。方法包括:获取初始参数序列,包括每个管路部件的初始参数值;并基于初始参数值执行功率损耗计算过程,计算每个管路部件的参考功率损耗;选取参考功率损耗大于或者等于预设参数阈值的管路部件作为目标管路部件;并将初始参数序列中目标管路部件的参数值修改为目标参数值,得到目标参数序列;对于每个目标参数序列,基于目标参数值执行功率损耗计算过程,计算每个管路部件的目标功率损耗;最后计算目标参数序列的每个目标参数值对应的优化目标值,并基于优化目标值选取目标管路部件的减阻优化值;实现了基于单个管路部件对流体运输管路进行优化设计。
Description
技术领域
本发明涉及制冷领域,特别地,涉及一种基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法及相关装置。
背景技术
流体运输管路广泛应用于电力、石化、化工、供水、供热供冷等行业,用于运输液体或流体。为了降低管道运输时能量损失,在设计时会根据管路的总压降或者降低水泵扬程进行管路设计。
在现有技术中,对管路中各个管路部件的压降予以限制,例如,在空调冷却水系统中,对例如制冷机冷凝器压降、冷却塔塔体扬程、止回阀压降和过滤器压降等参数进行选型,采用低压降型号。但现有技术只能从整体上计算流体运输管路的总损耗,并根据总损耗优化流体运输管路,无法对单个管路部件进行针对性的优化。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
为了解决至少一个上述问题,本申请实施例提出了基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法及相关装置,能够基于单个管路部件对流体运输管路进行优化设计。
根据本申请的第一方面提出了一种基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法,应用于流体运输管路,所述流体运输管路包括至少一个管路部件,所述方法包括:获取初始参数序列,所述初始参数序列包括每个所述管路部件的初始参数值;并基于所述初始参数值执行功率损耗计算过程,计算每个所述管路部件的参考功率损耗;选取所述参考功率损耗大于或者等于预设参数阈值的至少一个所述管路部件作为目标管路部件;并将所述初始参数序列中所述目标管路部件的所述初始参数值修改为目标参数值,得到至少一个目标参数序列;对于每个所述目标参数序列,基于所述目标参数值执行功率损耗计算过程,计算每个所述管路部件的目标功率损耗;根据所述目标功率损耗和所述参考功率损耗计算所述目标参数序列的每个所述目标参数值对应的优化目标值,并基于所述优化目标值选取所述目标管路部件的减阻优化值;其中,所述功率损耗计算过程,包括:获取参考值;根据每个所述管路部件的所述参考值获得每个所述管路部件的阻力系数和第一流速,所述第一流速表征流经所述管路部件的速度,根据所述第一流速和所述阻力系数计算功率损耗;或,根据所述参考值获取流体在所述管路部件的流体入口的入口水头,和所述流体在所述管路部件的流体出口的出口水头,根据所述入口水头和所述出口水头计算功率损耗;当所述参考值为初始参数值时,所述功率损耗为所述参考功率损耗,当所述参考值为目标参数值时,所述功率损耗为所述目标功率损耗。
根据本申请的第一方面,通过分别计算每个目标管路部件在目标参数序列的目标功率损耗,能够比较多个不同目标参数序列中每个目标管路部件的目标功率损耗,实现了通过计算单个目标管路部件的减阻优化值而对流体运输管路整体进行优化。
在一些实施例中,所述目标管路部件包括至少一个待优化管路部件所述目标管路部件包括至少一个待优化管路部件,所述优化目标值包括第一序列优化值,所述基于所述优化目标值选取所述目标管路部件的减阻优化值,包括:计算每个所述目标参数序列的第一序列优化值;所述第一序列优化值表征所述待优化管路部件的所述目标功率损耗;根据所述第一序列优化值最大的所述目标参数序列得到每个所述目标管路部件的减阻优化值。
在一些实施例中,所述基于所述优化目标值选取所述目标管路部件的减阻优化值,包括:获得每个所述目标参数序列的第一总优化目标值,所述第一总优化目标值表征一个所述目标参数序列的每个所述优化目标值之和;根据所述第一总优化目标值最大时的所述目标参数序列中的各个所述优化目标值选取所述目标管路部件的减阻优化值。
在一些实施例中,所述目标管路部件包括至少一个待优化管路部件;所述根据所述目标功率损耗和所述参考功率损耗计算所述目标参数序列的每个所述目标参数值对应的优化目标值,包括:获得每个所述管路部件的流量函数,所述流量函数表征所述管路部件目标时段的流量的变化;根据所述参考功率损耗和所述流量函数,计算每个所述初始参数值对应的目标时段参考能量损耗;根据所述目标功率损耗和所述流量函数,计算每个所述目标参数值对应的目标时段目标能量损耗;根据所述目标时段目标能量损耗和所述目标时段参考能量损耗获得每个所述目标参数值对应的优化目标值;所述优化目标值包括第二序列优化值,所述基于所述优化目标值选取所述目标管路部件的减阻优化值,包括:计算每个所述目标参数序列的第二序列优化值;所述第二序列优化值表征所述待优化管路部件的所述目标功率损耗;根据所述第二序列优化值最大的所述目标参数序列得到所述目标管路部件的所述减阻优化值。
在一些实施例中,所述根据所述目标功率损耗和所述参考功率损耗计算所述目标参数序列的每个所述目标参数值对应的优化目标值,包括获得每个所述管路部件的流量函数,所述流量函数表征所述管路部件目标时段的流量的变化根据所述参考功率损耗和所述流量函数,计算每个所述初始参数值对应的目标时段参考能量损耗;根据所述目标功率损耗和所述流量函数,计算每个所述目标参数值对应的目标时段目标能量损耗;根据所述目标时段目标能量损耗和所述目标时段参考能量损耗获得每个所述目标参数值对应的优化目标值;所述基于所述优化目标值选取所述目标管路部件的所述目标参数值,包括:获得每个所述目标参数序列的第二总优化目标值,所述第二总优化目标值表征一个所述目标参数序列的每个所述优化目标值之和;根据所述第二总优化目标值最大时的所述目标参数序列中的各个所述优化目标值选取所述目标管路部件的减阻优化值。
根据本申请的第二方面,提供了一种基于减阻优化值的流体运输管路部件优化方法,包括:获得减阻优化值对应的目标管路部件的代价参数;所述代价参数表征目标管路部件基于所述减阻优化值的优化成本;根据所述减阻优化值和流量函数获得所述目标管路部件的目标时段收益参数;所述目标时段收益参数表征所述目标管路部件基于所述减阻优化值在所述目标时段的能量节约;基于所述代价参数和所述目标时段收益参数,获得代价优化参数值;所述代价优化参数值表征所述流体运输管路的成本优化设计。
在一些实施例中,所述代价优化参数值包括:第一代价优化参数值、第二代价优化参数值、第三代价优化参数值以及第四代价优化参数值,所述第一代价优化参数值对应于根据上述的所述第一序列优化值获得的所述减阻优化值;所述第二代价优化参数值对应于根据上述的的所述第一总优化目标值获得的所述减阻优化值;所述第三代价优化参数值对应于根据上述的的所述第二序列优化值获得的所述减阻优化值;所述第四代价优化参数值对应于根据上述的所述第二总优化目标值获得的所述减阻优化值;在所述基于所述代价参数和所述目标时段收益参数,获得代价优化参数值之后,包括:将使所述第一代价优化参数值、第二代价优化参数值、第三代价优化参数值以及第四代价优化参数值最小的所述减阻优化值作为目标减阻优化值。
根据本申请实施例的第三方面,还提出了一种电子设备,包括存储器、处理器、通信总线、通信接口以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述通信总线用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信;所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述的基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法,和/或上述的基于减阻优化值的流体运输管路部件优化方法。
根据本申请实施例的第四方面,还提出了一种存储介质,所述存储介质为可读存储介质,所述可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序用于使计算机执行:如上述任一项所述的基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法,和/或上述的基于减阻优化值的流体运输管路部件优化方法。
根据本申请实施例的第五方面,还提出了一种基于泵系统的流体运输管路部件减阻装置,应用于流体运输管路,所述流体运输管路包括至少一个管路部件,所述装置包括:参考功率损耗计算装置,用于获取初始参数序列,所述初始参数序列包括每个所述管路部件的初始参数值;并基于所述初始参数值执行功率损耗计算过程,计算每个所述管路部件的参考功率损耗;目标参数序列获得模块,用于选取所述参考功率损耗大于或者等于预设参数阈值的至少一个所述管路部件作为目标管路部件;并将所述初始参数序列中所述目标管路部件的所述初始参数值修改为目标参数值,得到至少一个目标参数序列;目标功率损耗获得模块,用于对于每个所述目标参数序列,基于所述目标参数值执行功率损耗计算过程,计算每个所述管路部件的目标功率损耗;减阻优化值获得模块,用于根据所述目标功率损耗和所述参考功率损耗计算所述目标参数序列的每个所述目标参数值对应的优化目标值,并基于所述优化目标值选取所述目标管路部件的减阻优化值;其中,所述功率损耗计算过程,包括:获取参考值;根据每个所述管路部件的所述参考值获得每个所述管路部件的阻力系数和第一流速,所述第一流速表征流经所述管路部件的速度,根据所述第一流速和所述阻力系数计算功率损耗;或,根据所述参考值获取流体在所述管路部件的流体入口的入口水头,和所述流体在所述管路部件的流体出口的出口水头,根据所述入口水头和所述出口水头计算功率损耗;当所述参考值为初始参数值时,所述功率损耗为所述参考功率损耗,当所述参考值为目标参数值时,所述功率损耗为所述目标功率损耗。
可以理解的是,上述第二方面至第五方面与相关技术相比存在的有益效果与上述第一方面与相关技术相比存在的有益效果相同,可以参见上述第一方面中的相关描述,在此不再赘述。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1是本申请实施例的使用基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法的冷却水系统的第一部分示意图。
图2是本申请实施例的使用基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法的冷却水系统的第二部分示意图。
图3是本申请实施例的基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法的流程图。
图4是本申请实施例的流体运输管路在初始参数序列的各个管路部件的局部阻力分布图。
图5是本申请实施例的流体运输管路在初始参数序列的各个管路部件的参考功率损耗的分布图。
图6是本申请实施例的一种获得减阻优化值的方法的流程图。
图7是本申请实施例的另一种获得减阻优化值的方法的流程图。
图8是本申请实施例的是本申请实施例的一种获得目标时段中目标管路部件的优化目标值的方法的流程图。
图9是本申请实施例的另一种获得减阻优化值的方法的流程图。
图10是本申请实施例的另一种获得减阻优化值的方法的流程图。
图11是本申请实施例的电子设备的示意图。
图12是本申请实施例的基于泵系统的流体运输管路部件减阻装置的结构图。
具体实施方式
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本申请实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请实施例。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路、光路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本申请实施例的描述。
需要说明的是,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
为了表达方便简洁,本实施例中省略了部分公知的电路、连接结构、电路内部构造、处理器和芯片结构,本申请对上述构造不做限制同样且不影响本申请实施例的有益效果实现。
为了便于理解本申请方案,下面对本申请中出现的部分名词进行解释。
集中供冷,集中供冷是指在一定区域内设置集中的制冷站制备冷源,替代各公共建筑自建的分散制冷系统,然后通过输配管网,例如压力液体运输管道,将冷冻水输送进换冷站,经过冷交换后将7至9摄氏度左右的冷冻水输送到各用户的末端风盘系统。
流体运输管路,又叫压力流体运输管道,是指通过压力使液体或流体在管道中移动从而运输至预定位置的管道系统,压力流体运输管道通常包括水泵在内的多个管路部件,普遍运用于电力、石化、化工、供水、供热供冷等行业。
水头,是指指单位重量的液体所具有的机械能,包括,位置水头、压强水头、流速水头。
水头损失,水流在运动过程中单位重量液体的机械能的损失称为水头损失。是单位重量的水或其他液体在流动过程中因克服水流阻力做功而损失的机械能。包括沿程水头损失和局部水头损失两类,其中,沿程水头损失是流体克服沿程摩擦阻力做功而损失的水头,它随着流程长度而增加。
水泵有效功率,水泵有效功率是指水泵输入功率,也就是电机传给水泵轴的功率减去水泵叶轮的摩擦损失后的向流体运输管路输出的功率。由于在一些实施例中,水泵作为流体运输管路的唯一做功部件,因此水泵有效功率可以看作所有管路部件的功率损耗之和。
当量长度,是指在流体流过管件受到的局部(摩擦)阻力时,将该阻力折算成为相当于流体流过一定长度的该工况下的直管时的摩擦阻力对应的长度。
本申请的一种基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法例如可以具体地运用到集中供冷的冷却水系统中。图1是本申请实施例的使用基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法的冷却水系统1000的第一部分示意图。图2是本申请实施例的使用基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法的冷却水系统1000的第二部分示意图。
参考图1及图2,冷却水系统1000的第一部分1000-1和第二部分1000-2通过图1的C1以及图2的C2连接成一个整体。该冷却水系统1000中包括例如冷却水泵63,冷却水泵63将液体运输至冷却塔模块40,而后进入水泵出水口,水泵出水口例如渐扩管1为水泵进水口,渐缩管64为水泵出水口。在该冷却水系统中,还包括了止回阀4、冷凝器7、过滤器60、冷凝器在线清洗接头9、蝶阀11、蝶阀11、蝶阀32、蝶阀37、蝶阀43、多个三通管,例如第一90度三通管13、第二90度三通管14、汇流三通管15、多个90度弯头例如第一90度弯头16、第二90度弯头17、异径管、喷头、集水盘、冷却塔塔体等主要设备与管件,以及连接这些设备或管路部件的管路系统。
除了图1和图2的示出的冷却水系统之外,本申请还可以适用于例如空调制冷系统的冷却水管路,或者用于供暖的水暖系统,通过空气进行热交换的空调系统等,这类通过流体与一个或多个热源(或冷源)完成热交换并输出至外界的流体管路系统。
对于这类流体管路系统,一般通过两种方式来减少该系统的机械能损耗,(1)通过设计优化流体管路,降低流动阻力,降低水泵(或者空气泵)的功率。(2)在运行过程中,应该合理分配流量和运行参数,例如当流量低时应该适应性的调整运行参数,来降低在一段时间中水泵(或者空气泵)的运行耗电量。
在已知技术中,通过降低各个管路部件的压降来实现水泵功率的降低。例如,在空调冷却水系统中,一方面可以对制冷机冷凝器、冷却塔塔体、止回阀以及过滤器等管路部件进行选型,尽量选择低压降的型号,另一方面,可以对连通用的管路部件进行优化,例如避免采用三通管,将过滤器替换为直角扩散过滤器等措施来降低压降。
根据已知技术,其最终的优化结果在于,降低了流体运输管路的总压降,从而降低了流体运输管路中水泵(或者空气泵)的扬程,从而减少了流体运输管路的功率损耗。
但上述已知技术至少存在如下问题。(1)在一些场景上只需要对一个或者数个管路部件进行优化就能较好的减少流体运输管路的功率损耗,现有技术并不能针对单一部件产生的功率损耗进行优化,而对流体运输管路整体优化往往具有较高的优化成本。(2)由于在一时间段中,流体运输管路中的流体流量并不是完全一致的,例如对于集中供冷系统而言,在夏季的流量高于冬季,而流量不同时,不同管路部件的功率损耗变化并不相同,因此现有技术无法从一段时间的角度上对流体运输管路进行优化。
需要注意的是,在流体运输管路中,由于各个管路部件直接或者间接的连通,对单一管路部件的优化往往会影响其它相关联管路部件的功率损耗。各个管路部件的功率损耗随流量的变化可以一一对应。例如第一管路部件和第二管路部件构成的流体运输管路中,当单位时间内流体流量由n变为2n时,在一些实施例中,第一管路部件和第二管路部件的功率损耗可能同步增加,第一管路部件的功率损耗有k变为2k,第二管路部件的功率损耗由j变为2j,但在另一些实施例中,第一管路部件和第二管路部件的功率损耗的增加率并不相同,第一管路部件的功率损耗有k变为2k,第二管路部件的功率损耗由j变为1.5j。
本申请下述的实施例能解决上述中的至少一个问题。
图3是本申请实施例的基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法的流程图。
根据本申请的第一方面提出了一种基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法,应用于压力液体运输管路,流体运输管路包括至少一个管路部件,方法包括:
S100:获取初始参数序列,初始参数序列包括每个管路部件的初始参数值,并基于初始参数值执行功率损耗计算过程,计算每个管路部件的参考功率损耗;
S200:选取参考功率损耗大于或者等于预设参数阈值的至少一个管路部件作为目标管路部件;并将初始参数序列中目标管路部件的初始参数值修改为目标参数值,得到至少一个目标参数序列;
S300:对于每个目标参数序列,基于目标参数值执行功率损耗计算过程,计算每个管路部件的目标功率损耗;
S400:根据目标功率损耗和参考功率损耗计算目标参数序列的每个目标参数值对应的优化目标值,并基于优化目标值选取目标管路部件的减阻优化值。
在上述的基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法中,通过分别计算每个目标管路部件在目标参数序列的目标功率损耗,能够比较多个不同目标参数序列中每个目标管路部件的目标功率损耗,降低管路部件的功率损耗的过程实际上是对于管路部件的减阻优化过程,因此,实现了通过计算单个目标管路部件的减阻优化值而对流体运输管路整体进行优化。
下面结合图1-3对本申请实施例的基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法进行具体地说明。
在S100中,首先获取初始参数序列,初始参数序列例如表征流体运输管路的初始设计,包括了流体运输管路中每个管路部件的初始参数值。初始参数值例如包括管路部件类型、长度、横截面、内表面摩擦、型号等。初始参数序列还可以预设一个流量值来表征单位时间内,流体运输管路的参考流量。
并,基于初始参数序列的各个管路部件的初始参数值,执行功率损耗计算过程分别计算每个管路部件的参考功率损耗。
一些实施例中,功率损耗计算过程可以是:
S101:获取每个管路部件的初始参数值;
S102:根据初始参数值获得每个管路部件的阻力系数和第一流速;第一流速表征流经管路部件的速度;
S103:根据初始参数值计算参考功率损耗;
在S102中,局部阻力系数可以是通过手册查询、理论计算、实验测试等方法获得,也可以通过摩擦力计算,并通过下述公式1计算获得。
通过公式1可以在下述的公式2中获得流体运输管路的局部或沿程水头损失。
而第一流速则可以通过附着在管路部件的传感器获得,或者通过水力模拟软件计算获得。
在S103中,参考功率损耗是根据流体运输管路的总水头损失获得的,可以使用下述公式2和公式3来获得第i个管路部件的水头损失:
而参考功率损耗为:
在一些实施例中,参考功率损耗计算过程还可以通过下述步骤来实现。
S104:获取每个管路部件的初始参数值;
S105:根据初始参数值获取流体在管路部件的流体入口的入口水头;
S106:根据初始参数值获取流体在管路部件的流体出口的出口水头;
S107:根据入口水头和出口水头计算参考功率损耗。
在流体运输管路中,管路部件的总水头可以表示为:
其中,为流体密度,为第i个管路部件的总水头,为第i个管路部件的压力水头,为第i个管路部件的速度水头,为流经第i个管路部件的流体流速,为第i个管路部件的海拔水头,为第i个管路部件的海拔高度,g为重力加速度。
入口水头和出口水头可以通过在水力模拟软件中,输入初始参数值来获得,或者在管路部件i的入口和出口分别设置传感器来测量并通过公式4计算获得。
这样完成了S100,并可以通过S100获得每个管路部件在初始参数值的情况下的参考功率损耗。从而根据参考功率损耗执行S200。
图4是本申请实施例的流体运输管路在初始参数序列的各个管路部件的局部阻力分布图。
图5是本申请实施例的流体运输管路在初始参数序列的各个管路部件的参考功率损耗的统计图。
具体地,在S200中,可以在图4的实施例中设置一个或多个预设参数阈值来选取目标管路部件。参数阈值有多种类型。例如,在图1~图2的实施例中,可以通过设置预设参数阈值来选取冷却水系统1000包括的各个管路部件,预设参数阈值为功率损耗。因此,可以根据S100获得参考功率损耗进行目标管路部件的选取。具体地,参考图5,图5示出了在一个初始参数序列下冷却水系统1000的各个管路部件的参考功率损耗。
根据图4及图5,图5是图4的管路部件经过功率损耗计算过程后获得的。在图5中,设置预设参数阈值为2千瓦,即只选取参考功率损耗大于2千瓦的管路部件作为目标管路部件。这是考虑到对于功率损耗较小的管路部件,即使进行优化也不会对流体运输管路的功率损耗或者其他管路部件的功率损耗产生较大的影响,反而会增加计算过程的复杂度。
因此参考图5,选取了如图5的渐扩管1、止回阀4、冷凝器7、对向汇流三通管15、塔体扬程40、侧向汇流三通支管段51、背向分流三通管55、过滤器60作为目标管路部件。
在一些实施例中预设参数阈值也可以以扬程为单位进行优化,需要根据最终的优化目标选择。或者,根据优化的精确度要求,将预设参数阈值设置地更大或者更小。
因此在S200中,通过预设参数阈值选择了目标管路部件。
当参考值为初始参数值时,功率损耗为参考功率损耗;当参考值为目标参数值时,功率损耗为目标功率损耗。
进一步地,在S200中,还将初始参数序列中目标管路部件的初始参数值修改为目标参数值,得到至少一个目标参数序列。
具体地,获取一个或者多个目标参数序列,目标参数序列是包含着每个被选中的目标管路部件的目标参数值的数组,其目的在于优化流体运输管路。例如,对于渐扩管1,假设初始参数值中,渐扩管1作为水泵出口直径为DN300,使得渐扩入口的流体流速大,增加了流体阻力,因此可以将表征渐扩管1水泵出口直径的初始参数值修改为DN400,来减小机械功率损耗;又例如,对于止回阀4,可以通过将表征止回阀4的最大直径的初始参数值增加,而增大过流面积,从而达到减少局部阻力的目的;或者,对于冷凝器7,可以通过将表征冷凝器7的换热面积的初始参数值增加,或者将表征冷凝器7的管束数量的初始参数值增加,从而减少冷凝器7的管束内流体流动速度,减少冷凝器7的压降;又或是,对于对向汇流三通管15,通过改变初始参数值改变其类型将其设置为90度弯头,放置于总管的端部,这样可以大大减少局部阻力系数,降低压损,同时由于分流比的变化,或者流量分布的变化,降低管路部件压降;而对于冷却塔40塔体扬程,可以调整表征冷却塔40扬程的初始参数值,而降低表征冷却塔40落差的引起的功率损耗;而对于侧向汇流三通支管段51,则可以改变汇流三通支管段的设计通过总管分流集水的形式,避免使用代表三通形式的初始参数值;对于背向分流三通管55,同对向汇流三通管15一样,尽量避免采用代表对向汇流三通的初始参数值,采用代表90度弯头目标参数值代替,同时由于分流比的变化,或者流量分布的变化,降低管路部件压降;对于过滤器60,可以使用与初始参数值不同的过滤器,例如直角扩散过滤器,减少过滤器60的压降,等等优化手段。
需要注意的是,虽然本申请在上述说明了各个管路部件的优化手段,但是容易理解的,对于同一管路部件,本领域技术人员可以容易地获得多种优化手段,即,具有多个目标参数值,因此对于整个流体运输管路而言,可以获得多个目标参数序列。
从而获得了包括至少一个对应目标管路部件的目标参数值,和包括至少一个目标参数值,且与流体运输管路对应的至少一个目标参数序列。
从而,执行S300:对于每个目标参数序列,基于目标参数值执行功率损耗计算过程,计算每个目标管路部件的目标功率损耗。
在S300中,与S100相似的,可以使用如下计算方法。
S301:获取每个管路部件的目标参数值;
S302:根据目标参数值获得每个管路部件的阻力系数和第一流速;第一流速表征流经管路部件的速度;
S303:根据目标参数值计算目标功率损耗。
具体的计算步骤参考S101-S103的相关记载,但需要注意的是,在S303中目标功率损耗的计算也可以包括非目标管路部件的功耗计算,即目标功率损耗为,目标管路部件经过目标参数值修改后,各个管路部件的目标功率损耗。
或者使用如下计算方法。
S304:获取每个管路部件的目标参数值;
S305:根据目标参数值获取流体在管路部件的流体入口的入口水头;
S306:根据目标参数值获取流体在管路部件的流体出口的出口水头;
S307:根据入口水头和出口水头计算目标功率损耗。
具体的计算步骤参考S304-S307的相关记载,但需要注意的,在S304-S306中,如果管路部件没有目标参数值,则使用初始参数值,在S307中目标功率损耗的计算也可以包括非目标管路部件的功耗计算,即目标功率损耗为,目标管路部件经过目标参数值修改后,各个管路部件的目标功率损耗。
最后执行S400:根据目标功率损耗和参考功率损耗计算目标参数序列的每个目标参数值对应的优化目标值,并基于优化目标值选取目标管路部件的减阻优化值。
具体地,可以根据不同的优化目标获得不同的减阻优化值。
例如,优化目标为使某一个或者多个目标管路部件的功率损耗最小,此时目标管路部件包括待优化管路部件。图6是本申请实施例的一种获得减阻优化值的方法的流程图,根据图6,本申请的S400可以包括:
S401:计算每个目标参数序列的第一序列优化值;第一序列优化值表征待优化管路部件的目标功率损耗变化;
S402:根据第一序列优化值最小的目标参数序列得到每个目标管路部件的减阻优化值。
下面对S401和S402的步骤进行具体说明。
在一些实施例中,存在如下情况,单独的一个或者多个管路部件存在较大的功率损耗,而这些管路部件的自身成本很高,当其负载或磨损过高时,修理或更换需要较高费用。因此,基于成本考量或者其他因素,只对选定的待优化管路部件的初始参数值进行优化。
在S401中,在初始参数序列中流体运输管路的单个管路部件的在标准工况下的参考功率损耗为,在某一目标参数序列中,单个管路部件的在标准工况下的目标功率损耗为,此时,可以获得在该目标参数序列中待优化管路部件的第一序列优化值为:
计算并获得至少一个对应不同目标参数序列的第一序列优化值。
进而执行S402,比较各个第一序列优化值,当第一序列优化值最大时,表征待优化管路部件的优化率最大。此时可以认为,该第一序列优化值所在的目标参数序列满足了优化目标,
因此,在S400中,将该目标参数序列的各个目标管路部件的目标参数值选取为减阻优化值。
而在另一些实施例的S400中,优化目标与上述的S401、S402不同。
下面对优化目标为水泵有效功率大小最小为优化目标进行说明。在获得了目标参数序列的每个目标参数对应的优化目标值之后,图7是本申请实施例的另一种获得减阻优化值的方法的流程图,参考图7,本申请的S400包括:
S403:获得每个目标参数序列的第一总优化目标值,第一总优化目标值表征一个目标参数序列的每个优化目标值之和;
S404:根据第一总优化目标值最大时的目标参数序列中的各个优化目标值选取目标管路部件的减阻优化值。
具体地,优化目标值可以根据公式6计算每一个目标管路部件的功率损耗变化而获得。将每一个目标管路部件的优化目标值相加,则获得了该目标参数序列的第一总优化目标值。
接着,计算各个目标参数序列的第一总优化目标值,并比较出第一总优化目标值最大的目标参数序列。此时可以认为水泵有效功率变化最大,即获得了使水泵有效功率大小最小的设计。此时可以根据对应的目标参数序列中的各个优化目标值选取目标管路部件的减阻优化值。
在一些实施例中,流体运输管路的流量随时间发生变化,因此根据固定流量的水泵有效功率变化或者对待优化管路部件的功率损耗进行优化并不合理,因此本申请还具有根据管路部件目标时段的流量的变化来进行优化设计的方法。
具体的,图8是本申请实施例的一种获得目标时段中目标管路部件的优化目标值的方法的流程图,参考图8,本申请的S400中,根据目标功率损耗和参考功率损耗计算目标参数序列的每个目标参数对应的优化目标值,包括:
S405:获得每个管路部件的流量函数,流量函数表征管路部件目标时段的流量的变化;
S406:根据参考功率损耗和流量函数,计算每个初始参数值对应的目标时段参考能量损耗;
S407:根据目标功率损耗和流量函数,计算每个目标参数值对应的目标时段目标能量损耗;
S408:根据目标时段目标能量损耗和目标时段参考能量损耗获得每个目标参数值对应的优化目标值。
其中,流量函数可以通过长期测量流体运输管路获得或者通过水力模拟软件计算获得,又或者利用先验知识做出一个流量函数假设,例如流量实际上与流体运输管路的工况有关,当气温距离标准值过远(气温过高或过冷)流体运输管路的工况负载会提高,从而使得流量增大,基于已知的本地气候数据,可以推测目标时段内流体运输管路的工况负载(或流经第i个管路部件的流体流量)。
图9是本申请实施例的另一种获得目标管路部件的减阻优化值的方法的流程图。参考图9,对于以某一个或者多个目标管路部件的在目标时间段内能量损耗最小作为优化目标时,目标管路部件包括至少一个待优化管路部件,优化目标值包括第二序列优化值,基于优化目标值选取目标管路部件的减阻优化值,包括:
S409:计算每个目标参数序列的第二序列优化值;第二序列优化值表征待优化管路部件的目标功率损耗;
S410:根据第二序列优化值最大的目标参数序列得到目标管路部件的减阻优化值。
而后,根据第二序列优化值执行S410,当第二序列优化值最大时,表征待优化管路部件的优化率最大。此时可以认为,该第二序列优化值所在的目标参数序列满足了优化目标,因此将该目标参数序列的各个目标参数值作为目标管路部件的减阻优化值。
图10是本申请实施例的另一种获得目标管路部件的减阻优化值的方法的流程图。参考图10,在另一些实施例中,以目标时段水泵轴输出能量最小作为优化目标,此时S400在根据S405~S408获得了优化目标值之后,基于优化目标值选取目标管路部件的减阻优化值,包括:
S411:获得每个目标参数序列的第二总优化目标值,第二总优化目标值表征一个目标参数序列的每个优化目标值之和;
S412:根据第二总优化目标值最小时的目标参数序列中的各个优化目标值选取目标管路部件的减阻优化值。
具体地,优化目标值可以根据公式14计算在目标时段中,每一个目标管路部件在目标参数值下相较于初始参数值的能量损耗变化而获得。将每一个目标管路部件的优化目标值相加,则获得了该目标参数序列的第二总优化目标值。
接着,计算各个目标参数序列的第二总优化目标值,并比较出第二总优化目标值最大的目标参数序列。此时可以认为该目标参数序列使得在目标时段内水泵轴能量变化最大,即获得了使水泵轴能量损耗最小的设计。因此可以根据对应的目标参数序列中的各个优化目标值选取目标管路部件的减阻优化值。
基于上述的实施例,本申请根据四个不同的优化目标(1)使某一个或者多个目标管路部件的功率损耗最小;(2)使水泵有效功率大小最小;(3)使某一个或者多个目标管路部件的在目标时间段内能量损耗最小;(4)使目标时段水泵轴输出能量最小。分别提出了4种S400的执行方法,从而获得了四组不同的对于目标管路部件的减阻优化值。
容易理解的,上述S400的各个实施例都能够对于单一的管路部件做出优化,从而对整个流体运输管路进行优化。
但是对流体运输管路的优化的最终目的在于优化流体运输管路的运行成本,因此,在完成了S400之后,本申请实施例还提出了基于减阻优化值的流体运输管路部件优化方法S500,包括:
S501:获得减阻优化值对应的目标管路部件的代价参数;代价参数表征目标管路部件基于减阻优化值的优化成本;
S502:根据减阻优化值和流量函数获得目标管路部件的目标时段收益参数;目标时段收益参数表征目标管路部件基于减阻优化值在目标时段的能量节约;
S503:基于代价参数和目标时段收益参数,获得代价优化参数值;代价优化参数值表征流体运输管路的成本优化设计。
具体的,根据减阻优化值获取对应于减阻优化值的目标管路部件的代价参数。代价参数是与使用初始参数值对应目标管路部件相比使用减阻优化值的目标管路部件产生的成本变化,即优化成本。
则,对于代价参数可以通过公式17获得。
或者,
或者,
在一些实施例中,还可以通过运行周期来计算运行周期的净收益,例如对预期寿命为目标时段调节为N倍的流体运输管路,可以使用公式23或公式24来获得代价优化参数值:
因此,在选取成本优化设计时可以分别根据上述的四个优化目标的减阻优化值来分别计算代价优化参数值,并选取代价优化参数值最小的优化目标。
例如,根据四个不同的优化目标,可以分别获得第一代价优化参数值、第二代价优化参数值、第三代价优化参数值以及第四代价优化参数值,其中,第一代价优化参数值对应于根据第一序列优化值获得的减阻优化值;第二代价优化参数值对应于根据第一总优化目标值获得的减阻优化值;第三代价优化参数值对应于根据第二序列优化值获得的减阻优化值;第四代价优化参数值对应于根据第二总优化目标值获得的减阻优化值。
从而比较四个代价优化参数值的大小,并获得最佳代价优化参数值,例如:
此时,较优代价优化参数值所对应的目标参数序列的减阻优化值可以目标减阻优化值。
图11是本申请实施例的电子设备800的示意图,参考图11,本申请还提出了一种电子设备,包括存储器801、处理器802、通信总线803、通信接口804以及存储在存储器801上并可在处理器上运行的计算机程序,通信总线用于实现处理器802和存储器801之间的连接通信;处理器执行计算机程序时实现如上述的基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法。
图12是本申请实施例的基于泵系统的流体运输管路部件减阻装置900的结构图,参考图12,本申请的基于泵系统的流体运输管路部件减阻装置900,应用于流体运输管路,流体运输管路包括至少一个管路部件,包括:参考功率损耗计算装置901,用于获取初始参数序列,所述初始参数序列包括每个所述管路部件的初始参数值;并基于所述初始参数值执行功率损耗计算过程,计算每个所述管路部件的参考功率损耗;目标参数序列获得模块902,用于选取所述参考功率损耗大于或者等于预设参数阈值的至少一个所述管路部件作为目标管路部件;并将所述初始参数序列中所述目标管路部件的所述初始参数值修改为目标参数值,得到至少一个目标参数序列;目标功率损耗获得模块903,用于对于每个所述目标参数序列,基于所述目标参数值执行功率损耗计算过程,计算每个所述管路部件的目标功率损耗;减阻优化值获得模块904,用于根据所述目标功率损耗和所述参考功率损耗计算所述目标参数序列的每个所述目标参数值对应的优化目标值,并基于所述优化目标值选取所述目标管路部件的减阻优化值;其中,所述功率损耗计算过程,包括:获得参考值,根据每个所述管路部件的所述参考值获得每个所述管路部件的阻力系数和第一流速,所述第一流速表征流经所述管路部件的速度,根据所述第一流速和所述阻力系数计算功率损耗;或,根据所述参考值获取流体在所述管路部件的流体入口的入口水头,和所述流体在所述管路部件的流体出口的出口水头,根据所述入口水头和所述出口水头计算功率损耗;当所述参考值为初始参数值时,所述功率损耗为所述参考功率损耗,当所述参考值为目标参数值时,所述功率损耗为所述目标功率损耗。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被硬件(例如处理器等)执行,以本申请实施例中由任意设备执行的任意一种方法的部分或全部步骤。该计算机可读存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、计算机程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性或非易失性、可移除或不可移除的介质。计算机可读存储介质包括但不限于RAM(Random Access Memory,随机存取存储器),ROM(Read-Only Memory,只读存储器),EEPROM(Electrically Erasable Programmable read only memory,带电可擦可编程只读存储器)、闪存或其他存储器技术、CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory,光盘只读存储器),数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。
本领域的技术人员应该明白,上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件(可以用计算装置可执行的计算机程序代码来实现)、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中,在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分;例如,一个物理组件可以具有多个功能,或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器,如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件,或者被实施为硬件,或者被实施为集成电路,如专用集成电路。
还应当理解,在本申请实施例说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请实施例的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此,在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例,而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”,除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”,除非是以其他方式另外特别强调本申请实施例的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请实施例中的具体含义。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (9)
1.一种基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法,其特征在于,应用于流体运输管路,所述流体运输管路包括至少一个管路部件,所述方法包括:
获取初始参数序列,所述初始参数序列包括每个所述管路部件的初始参数值;并基于所述初始参数值执行功率损耗计算过程,计算每个所述管路部件的参考功率损耗;
选取所述参考功率损耗大于或者等于预设参数阈值的至少一个所述管路部件作为目标管路部件;并将所述初始参数序列中所述目标管路部件的所述初始参数值修改为目标参数值,得到至少一个目标参数序列;
对于每个所述目标参数序列,基于所述目标参数值执行功率损耗计算过程,计算每个所述管路部件的目标功率损耗;
根据所述目标功率损耗和所述参考功率损耗计算所述目标参数序列的每个所述目标参数值对应的优化目标值,并基于所述优化目标值选取所述目标管路部件的减阻优化值;
其中,所述功率损耗计算过程,包括:
获取参考值;
根据每个所述管路部件的所述参考值获得每个所述管路部件的阻力系数和第一流速,所述第一流速表征流经所述管路部件的速度,根据所述第一流速和所述阻力系数计算功率损耗;或,
根据所述参考值获取流体在所述管路部件的流体入口的入口水头,和所述流体在所述管路部件的流体出口的出口水头,根据所述入口水头和所述出口水头计算功率损耗;
当所述参考值为初始参数值时,所述功率损耗为所述参考功率损耗,当所述参考值为目标参数值时,所述功率损耗为所述目标功率损耗。
2.根据权利要求1所述的基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法,其特征在于,所述目标管路部件包括至少一个待优化管路部件,
所述优化目标值包括第一序列优化值,所述基于所述优化目标值选取所述目标管路部件的减阻优化值,包括:
计算每个所述目标参数序列的第一序列优化值;所述第一序列优化值表征所述待优化管路部件的所述目标功率损耗;
根据所述第一序列优化值最大的所述目标参数序列得到每个所述目标管路部件的减阻优化值。
3.根据权利要求1所述的基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法,其特征在于,
所述基于所述优化目标值选取所述目标管路部件的减阻优化值,包括:
获得每个所述目标参数序列的第一总优化目标值,所述第一总优化目标值表征一个所述目标参数序列的每个所述优化目标值之和;
根据所述第一总优化目标值最大时的所述目标参数序列中的各个所述优化目标值选取所述目标管路部件的减阻优化值。
4.根据权利要求1所述的基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法,其特征在于,所述目标管路部件包括至少一个待优化管路部件;
所述根据所述目标功率损耗和所述参考功率损耗计算所述目标参数序列的每个所述目标参数值对应的优化目标值,包括:
获得每个所述管路部件的流量函数,所述流量函数表征所述管路部件目标时段的流量的变化;
根据所述参考功率损耗和所述流量函数,计算每个所述初始参数值对应的目标时段参考能量损耗;
根据所述目标功率损耗和所述流量函数,计算每个所述目标参数值对应的目标时段目标能量损耗;
根据所述目标时段目标能量损耗和所述目标时段参考能量损耗获得每个所述目标参数值对应的优化目标值;
所述优化目标值包括第二序列优化值,所述基于所述优化目标值选取所述目标管路部件的减阻优化值,包括:
计算每个所述目标参数序列的第二序列优化值;所述第二序列优化值表征所述待优化管路部件的所述目标功率损耗;
根据所述第二序列优化值最大的所述目标参数序列得到所述目标管路部件的所述减阻优化值。
5.根据权利要求1所述的基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法,其特征在于,
所述根据所述目标功率损耗和所述参考功率损耗计算所述目标参数序列的每个所述目标参数值对应的优化目标值,包括:
获得每个所述管路部件的流量函数,所述流量函数表征所述管路部件目标时段的流量的变化;
根据所述参考功率损耗和所述流量函数,计算每个所述初始参数值对应的目标时段参考能量损耗;
根据所述目标功率损耗和所述流量函数,计算每个所述目标参数值对应的目标时段目标能量损耗;
根据所述目标时段目标能量损耗和所述目标时段参考能量损耗获得每个所述目标参数值对应的优化目标值;
所述基于所述优化目标值选取所述目标管路部件的所述目标参数值,包括:
获得每个所述目标参数序列的第二总优化目标值,所述第二总优化目标值表征一个所述目标参数序列的每个所述优化目标值之和;
根据所述第二总优化目标值最大时的所述目标参数序列中的各个所述优化目标值选取所述目标管路部件的减阻优化值。
6.一种基于减阻优化值的流体运输管路部件优化方法,其特征在于,包括:
获得减阻优化值对应的目标管路部件的代价参数;所述代价参数表征目标管路部件基于所述减阻优化值的优化成本;
根据所述减阻优化值和流量函数获得所述目标管路部件的目标时段收益参数;所述目标时段收益参数表征所述目标管路部件基于所述减阻优化值在所述目标时段的能量节约;
基于所述代价参数和所述目标时段收益参数,获得代价优化参数值;所述代价优化参数值表征所述流体运输管路的成本优化设计;
其中,所述代价优化参数值包括:第一代价优化参数值、第二代价优化参数值、第三代价优化参数值以及第四代价优化参数值,
所述第一代价优化参数值对应于根据权利要求2所述的所述第一序列优化值获得的所述减阻优化值;
所述第二代价优化参数值对应于根据权利要求3所述的所述第一总优化目标值获得的所述减阻优化值;
所述第三代价优化参数值对应于根据权利要求4所述的所述第二序列优化值获得的所述减阻优化值;
所述第四代价优化参数值对应于根据权利要求5所述的所述第二总优化目标值获得的所述减阻优化值;
在所述基于所述代价参数和所述目标时段收益参数,获得代价优化参数值之后,包括:
将使所述第一代价优化参数值、第二代价优化参数值、第三代价优化参数值以及第四代价优化参数值最小的所述减阻优化值作为目标减阻优化值。
7.一种基于泵系统的流体运输管路部件减阻装置,其特征在于,应用于流体运输管路,所述流体运输管路包括至少一个管路部件,所述装置包括:
参考功率损耗计算装置,用于获取初始参数序列,所述初始参数序列包括每个所述管路部件的初始参数值;并基于所述初始参数值执行功率损耗计算过程,计算每个所述管路部件的参考功率损耗;
目标参数序列获得模块,用于选取所述参考功率损耗大于或者等于预设参数阈值的至少一个所述管路部件作为目标管路部件;并将所述初始参数序列中所述目标管路部件的所述初始参数值修改为目标参数值,得到至少一个目标参数序列;
目标功率损耗获得模块,用于对于每个所述目标参数序列,基于所述目标参数值执行功率损耗计算过程,计算每个所述管路部件的目标功率损耗;
减阻优化值获得模块,用于根据所述目标功率损耗和所述参考功率损耗计算所述目标参数序列的每个所述目标参数值对应的优化目标值,并基于所述优化目标值选取所述目标管路部件的减阻优化值;
其中,所述功率损耗计算过程,包括:
获取参考值;
根据每个所述管路部件的所述参考值获得每个所述管路部件的阻力系数和第一流速,所述第一流速表征流经所述管路部件的速度,根据所述第一流速和所述阻力系数计算功率损耗;或,
根据所述参考值获取流体在所述管路部件的流体入口的入口水头,和所述流体在所述管路部件的流体出口的出口水头,根据所述入口水头和所述出口水头计算功率损耗;
当所述参考值为初始参数值时,所述功率损耗为所述参考功率损耗,当所述参考值为目标参数值时,所述功率损耗为所述目标功率损耗。
8.一种电子设备,包括存储器、处理器、通信总线、通信接口以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,
所述通信总线用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信;
所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任一项所述的基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法,和/或权利要求6所述的基于减阻优化值的流体运输管路部件优化方法。
9.一种存储介质,所述存储介质为可读存储介质,其特征在于,所述可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序用于使计算机执行:如权利要求1至5中任一项所述的基于泵系统的流体运输管路部件减阻方法,和/或权利要求6所述的基于减阻优化值的流体运输管路部件优化方法。
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