一种冰浆供冷管路流通滞阻微压热导调控系统及方法与流程

本发明涉及管路流通滞阻调控，具体涉及一种冰浆供冷管路流通滞阻微压热导调控系统及方法。

背景技术：

1、区域供冷与集中供热相呼应，是一种解决特定服务范围内建筑群空调冷量需求的能源系统，可实现品位对应、温度对口、梯级利用、多能互补的能源生产与利用，具备良好的节能潜力和广阔的发展空间。其中，管网冷量输送效率，是衡量区域供冷系统节能性、环保性和适用性的重要指标。近年来，利用冰浆高载能介质代替常规冷冻水、以相变全热代替温差显热降温用户建筑，成为区域供冷系统能效提升的新动力。

2、然而，如何将冰浆携带的全热冷量按预设工况，安全高效地输送至用户建筑仍面临巨大挑战。因为冰浆是具有相变特性的固液两相流体，冰颗粒与载流体间密度差、冰颗粒间粒径差、固液混合物与环境间温度差的存在，使得冰浆在管路内呈非均质、非绝热、非等粒度流动。特别是流经管路局部构件时，边壁变化导致流动方向和速度急剧转变，冰颗粒间反复聚并和破碎加速固液相间分离，在某些漩涡区甚至出现冰颗粒滞留和堆积，由此引起局部能量损失骤增，诱发流通滞阻。若未能及时调控，则会引起水泵电机过载烧毁，连续供冷被迫中断。开发适用于冰浆供冷管路流通滞阻的调控系统和方法，具有重要的工程应用价值。

3、目前，由于对流通滞阻机理的认识不清，迄今无法建立有效的调控方法。近年，我国天然气水合物开采技术日趋成熟，其涉及的管路解堵方法对冰浆流通滞阻调控具有一定借鉴价值。其中，加抑制剂法、机械法、调压法和注热法，是较为常用的解堵方法。加抑制剂法是通过改变浆体相平衡条件解堵，可能引起流体改性，流动性能降低。机械法是对堵塞处进行机械疏通，需关停系统拆卸，流程复杂。相较而言，调压法和注热法适用性更强。但是，调压法易引起输送管网水力失调，流量分配不均，影响系统稳定性。注热法虽然能快速解堵，但会抵消流体携带冷量与额外热量，造成双重能量损失。因此，尽量规避现有调控方法的负面效应，充分结合调压法和注热法优点，亟待发展可靠、高效的冰浆管路流通滞阻调控系统及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种管路流通滞阻微压热导调控系统及方法，其不仅能够实现冰浆供冷管路流通滞阻高效调控，而且最大限度地消除现行调控方式易引起供冷管路水力失调、冷热抵消的弊端。

2、为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种冰浆供冷管路流通滞阻微压热导调控系统，包括主管路，与主管路相连的进口管路上依次设有第一微压调节阀、第一质量流量计、第一压力传感器和第一视镜，与主管路相连的出口管路上依次设有第二视镜、第二压力传感器、第二质量流量计和第二微压调节阀；当发生流通滞阻时，所述主管路上设有加热模块，该加热模块包括加热主体，所述加热主体上设有加热功率显示屏、加热功率调控按钮和加热模块启停按钮。

3、进一步地，所述进口管路与主管路之间设有第一连接段，该第一连接段包括依次设置的主管路上游管段、上游管段法兰、进口密封垫片、进口隔热垫片和主管路进口法兰；所述主管路与出口管路之间设有第二连接段，该第二连接段包括依次设置的主管路管段、出口法兰、出口隔热垫片、出口密封垫片和主管路下游管段法兰。

4、进一步地，所述加热主体通过多个卡夹安装在主管路上。

5、进一步地，所述加热主体、卡夹的装配板上均设有与主管路匹配的凹槽。

6、本实施例还提供一种冰浆供冷管路流通滞阻微压热导调控方法，包括：

7、构建流动流型识别模型；

8、确定冰浆供冷管路流通滞阻相关参数，建立管路流通滞阻等级判据；

9、根据冰浆供冷管路流通滞阻相关参数阈值和等级判据，结合供冷管路管径、几何结构、冰浆初始粒度、浓度、载流溶液浓度、流速实际运行参数，判断管路流通滞阻等级；利用动量和能量守恒原理，估算流通滞阻解除所需的调压量和增热量；

10、基于流通滞阻解除所需的调压量和增热量，调整主管路上下游的第一微压调节阀、第二微压调节阀开度，以及加热模块的加热功率；根据下游的第二质量流量计和第二压力传感器实时的监测数据，判断滞阻是否解除；若解除，重置第一微压调节阀、第二微压调节阀开度，移除加热模块；若未解除，重新估算调压量和增热量，再次调整第一微压调节阀、第二微压调节阀开度和加热模块的位置。

11、进一步地，建立流动流型识别模型具体方式为：

12、基于冰浆流动开展多工况数值模拟，得到均质流、非均质流、移动床和固定床流型数据样本，提取冰浆粒度、浓度、速度、压力脉动信号，运用小波包分解技术获得信息熵，确定由信息熵构成的脉动信号特征向量；将脉动信号特征向量和流型数据样本，作为以神经网络为核心的机器学习模型输入和输出信号，然后对机器学习模型进行训练，构建特征向量与流型间非线性映射关系，得到流动流型识别模型。

13、进一步地，确定冰浆供冷管路流通滞阻相关参数方式为：通过管路内均质流、非均质流、移动床和固定床流型对应的管路上部冰颗粒堆积比例ω和管路横截面上冰颗粒浓度分布不均匀度η，确定流通滞阻管路参数、流体参数、运行参数的阈值。

14、进一步地，管路上部冰颗粒堆积比例ω为：

15、

16、式中，αs(aq)代表示性函数，当αs≥0.52，αs(aq)＝1，否则αs(aq)＝0；aq代表管路横截面处冰颗粒浓度节点位置q处对应的截面积。

17、进一步地，管路横截面上冰颗粒浓度分布不均匀度η为：

18、

19、式中，q代表管路横截面处冰颗粒浓度节点位置。

20、本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：本发明结合有限调压与增热联动，建立一种冰浆供冷管路流通滞阻微压热导调控系统及方法。其交叉机器学习及流体输配理论，结合流动流型分级表征管路流通滞阻多参数阈值，弥补了忽现行方法以临界流速作为唯一阈值的不足。同时，通过微压调节阀实现微量调压，通过加热模块实现管壁加热可移动、可旋转、可调节。

21、本发明不仅能够实现冰浆供冷管路流通滞阻高效调控，而且最大限度地消除现行调控方式易引起供冷管路水力失调、冷热抵消的弊端。其对于突破冰浆供冷管路输送技术瓶颈、降低局部冰堵风险、引领高能耗建筑空调系统低碳节能转型发展具有重大科学价值。

技术特征：

1.一种冰浆供冷管路流通滞阻微压热导调控系统，其特征在于，包括主管路，与主管路相连的进口管路上依次设有第一微压调节阀、第一质量流量计、第一压力传感器和第一视镜，与主管路相连的出口管路上依次设有第二视镜、第二压力传感器、第二质量流量计和第二微压调节阀；当发生流通滞阻时，所述主管路上设有加热模块，该加热模块包括加热主体，所述加热主体上设有加热功率显示屏、加热功率调控按钮和加热模块启停按钮。

2.根据权利要求1所述一种冰浆供冷管路流通滞阻微压热导调控系统，其特征在于，所述进口管路与主管路之间设有第一连接段，该第一连接段包括依次设置的主管路上游管段、上游管段法兰、进口密封垫片、进口隔热垫片和主管路进口法兰；所述主管路与出口管路之间设有第二连接段，该第二连接段包括依次设置的主管路管段、出口法兰、出口隔热垫片、出口密封垫片和主管路下游管段法兰。

3.根据权利要求1所述一种冰浆供冷管路流通滞阻微压热导调控系统，其特征在于，所述加热主体通过多个卡夹安装在主管路上。

4.根据权利要求3所述一种冰浆供冷管路流通滞阻微压热导调控系统，其特征在于，所述加热主体、卡夹的装配板上均设有与主管路匹配的凹槽。

5.一种冰浆供冷管路流通滞阻微压热导调控方法，其基于权利要求1-4任一项所述系统实施，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述一种冰浆供冷管路流通滞阻微压热导调控方法，其特征在于，建立流动流型识别模型具体方式为：

7.根据权利要求5所述一种冰浆供冷管路流通滞阻微压热导调控方法，其特征在于，确定冰浆供冷管路流通滞阻相关参数方式为：通过管路内均质流、非均质流、移动床和固定床流型对应的管路上部冰颗粒堆积比例ω和管路横截面上冰颗粒浓度分布不均匀度η，确定流通滞阻管路参数、流体参数、运行参数的阈值。

8.根据权利要求7所述一种冰浆供冷管路流通滞阻微压热导调控方法，其特征在于，管路上部冰颗粒堆积比例ω为：

9.根据权利要求7所述一种冰浆供冷管路流通滞阻微压热导调控方法，其特征在于，管路横截面上冰颗粒浓度分布不均匀度η为：

技术总结
本发明公开了一种冰浆供冷管路流通滞阻微压热导调控系统及方法，其结合供冷管路管径、几何结构、冰浆初始粒度、浓度、载流溶液浓度、流速实际运行参数，判断管路流通滞阻等级；利用动量和能量守恒原理，估算流通滞阻解除所需的调压量和增热量；调整主管路上下游的第一微压调节阀、第二微压调节阀开度，以及加热模块的加热功率；判断滞阻是否解除；若解除，重置第一微压调节阀、第二微压调节阀开度，移除加热模块；若未解除，重新估算调压量和增热量，再次调整第一微压调节阀、第二微压调节阀开度和加热模块的位置。其能够实现冰浆供冷管路流通滞阻高效调控，而且最大限度地消除现行调控方式易引起供冷管路水力失调、冷热抵消的弊端。

技术研发人员：吕燕捷,王继红,王树刚,张腾飞
受保护的技术使用者：中国建筑科学研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4