21
22
3. 通用水动力计算模型
目标节点
在一个系统中，没有必要把所有 部件的压力都作为直接求解的对 象—目标节点。目标节点要满足 以下条件： •分配集箱或混合集箱 •汽水分离器 •喷水减温器 •泵 •系统开始部件和结尾部件
23Biblioteka 3. 通用水动力计算模型 3.3 通用计算模型 代表各管组内或管组之间的流量或压差的关系式是一些非 线性方程：
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2. 软件的功能及特点
2.3 可靠性强、准确性高 软件的计算结果可以细化到每个管屏的每一根管
子，给出其进出口参数（包括压力、温度、焓、 干度）以及管内压力降（包括总压降、重位压降、 摩擦压降、局部压降、加速压降）。经过各大锅 炉厂的多个工程实例验证，取得了满意的结果。
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2. 软件的功能及特点
19
3. 通用水动力计算模型
3.1 锅炉汽水系统部件分类
1. 管件型部件 连接管、管屏、管段 2. 集箱型部件 混合集箱、分配集箱、汽水分离器、 喷水减温器、泵等 附属部件 弯头、节流圈、流量测量孔板、阀门、特殊部件
20
3. 通用水动力计算模型
3.2 锅炉汽水系统抽象示意图
根据锅炉汽水系统和电 路的相似性，将汽水系 统抽象成能够体现各个 部件连接关系的系统图。
3.5 压降计算迭代过程
0 po po
37
3. 通用水动力计算模型
3.6 分相点计算
超 临 界 流 体
单相
两相
两相 + 单相
单相 + 两相
单相 + 两相 + 单相
38
3. 通用水动力计算模型
3.7 节点压力法应用于锅炉水动力计算
39
3. 通用水动力计算模型
节点压力法在循环系统中的应用
28
3. 通用水动力计算模型
3.3.4 压力方程（组）
m n p pI i pi pI 0 ( gh) Ii I 0 p0 pI j ( gh) O j GS 0 0 RI i GI i RO j GO j j 1

i 1
0 2
G1
G2
p1 p2 G1 R1G10
p1
p1 p2 G2 0 R2 G2
35
3. 通用水动力计算模型
3.4 节点压力法总结 节点压力法是基于图论
的、和水动力计算特点 相结合的迭代算法。它 把对无序性的计算运用 到锅炉管路布置和压降 的计算中。
0
36
3. 通用水动力计算模型
32
3. 通用水动力计算模型
3.3.6 通过压差更新流量
U p gh RG 2 U 0 p gh R (G0 ) 2
R随着流量变化而变化很小，可认为不变。
U G2 2 U 0 G0
U G G0 U0
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3. 通用水动力计算模型
部件串联
p3
p1 p2 R1G
锅炉水动力计算软件介绍
西安交通大学 车得福教授课题组
提纲
1
1. 锅炉水动力计算简介
水动力计算是锅炉设计与校核中非常重要的环节。
锅炉水动力系统设计的合理性直接影响到锅炉安 全和正常运行。 1.1 锅炉水动力计算的任务 锅炉水动力计算的任务是计算锅炉受热管内的水 动力特性及流动阻力；选择锅炉受热面汽水系统 的最佳布置方案和结构尺寸；校核锅炉受热面的 工作可靠性并提出提高可靠性的措施。
4
1. 锅炉水动力计算简介
5
1. 锅炉水动力计算简介
6
1. 锅炉水动力计算简介
7
1. 锅炉水动力计算简介
1.5 水循环安全性校验 循环可靠性的校验就是对偏差管进行的。对于受
热弱的上升管校验其是否出现停滞、自由水面和 倒流，对受热最强管则校验其管壁温度、是否出 现过低的循环倍率和传热恶化。
2.4 软件使用方便 软件界面友好，操作方便。水动力计算软件安装
过程非常简便迅速。输入数据以Access文件保 存，输出数据以Excel文件保存，文件的打开和保 存方便。
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2. 软件的功能及特点
2.5 程序可拓展性强 本软件采用面向对象的编程方式，可以非常方便
地对软件中所使用的热负荷分布形式、阻力特性 和传热特性公式等进行及时更新。同时，由于软 件通用性强，可处理任意布置方式的汽水连接系 统，其应用范围将更加广阔，目前已拓展到气化 炉的水动力计算中。
10
1. 锅炉水动力计算简介
1.7 锅炉水动力计算软件开发的现状（续一） 赵振宁针对自然循环锅炉，通过将水动力计算中
沿程各部件抽象成一种“抽象管”的模型，并以其 为单元描述了整个水动力“流量压力”平衡的结 构，形成一套通用的水动力计算模型。 徐艳英、董竼等针对自然循环热水锅炉，阐述了 水动力回路分析法的计算原理，给出了自然循环 热水锅炉水冷壁和对流管束循环回路的水动力回 路分析法等效管路图、水动力计算数学方程组及 其相应的求解方法。
质量守恒方程式 动量或能量守恒方程式 各种压降的计算公式
因此，锅炉的水动力计算是一个求解非线性方程组的问题。
24
3. 通用水动力计算模型
3.3.1 质量守恒方程
进口总流量=出口总流量
GO 1 GS
GO 2
部 件 0
假设对于部件0有 m个入口 n个出口
m n
GI 1
GI 2

G
i1
11
1. 锅炉水动力计算简介
1.7 锅炉水动力计算软件开发的现状（续二） 前述水动力计算模型或程序大都是针对某一具体
炉型，或者仅能适合较为简单水循环系统，通用 性和扩展性差，所以开发通用的锅炉水动力计算 软件有着非常重要的实际意义。
12
2. 软件的功能及特点
由西安交通大学车得福教授课题组研发的锅炉水
其中 G 0 恒为正
27
3. 通用水动力计算模型
3.3.4 压力方程（组）
p gh 代入流量平衡方程 G 0 RG

m
G
i1
Ii


n
G
j 1
O j
G
S
以工质向上流动为例

i 1
m
n p pO i pI 0 ( gh) I i O 0 pI j ( gh) O j GS 0 0 RI i GI i RO j GO j j 1
Ii


G
j 1
O j
G
S
25
3. 通用水动力计算模型
3.3.2 管件型部件压降计算
p RG 2 gh
由于受热，上式中的R受流量和水的状态参数的影响。
单相流体R的表达式
1 l R 2 [( ) v v 2 v1 ] A 2d n 2
两相流体R的表达式
n
pref ：基准点的 压力计算值
p1 pref , p2 pref , p3 pref ,..., 0,... pn pref
PR：基准点的绝对压力
p1 pref P R, p 2 p ref P R, p 3 p ref P R,..., P R,...p n p ref P R
2
1. 锅炉水动力计算简介
1.2 锅炉水力系统的组成 锅炉的水力系统由相互连接的管子、联箱、锅筒
（直流锅炉无锅筒）和一系列附属装置所组成； 水力系统的作用是使水加热和蒸发，使蒸汽过热 并调节过热温度。水力系统中包括的附属装置有： 节流孔圈和流量测量孔板、保护套管、阀门、各 种类型的汽水分离器、热交换器和喷水装置等。
动力计算软件，采用Visual Basic 6.0 语言开 发，与Microsoft Access和Microsoft Excel相 结合，适合进行多种炉型的宽广压力范围内锅炉 水动力计算。主要有以下几个方面的特点：
模型通用性强 软件适用范围广 可靠性强、准确性高 软件使用方便 程序可拓展性强
14
发明专利证书
15
2. 软件的功能及特点
2.2 软件适用范围广 本软件能够进行不同用途（电站锅炉和工业锅
炉）、多种炉型（前后墙对冲、四角切圆、“W” 型火焰、塔式、循环流化床等）、各种压力范围 （超临界和亚临界）和各种循环方式（直流和自 然循环）的锅炉水动力计算。并适用于锅炉的各 种负荷工况。
[sgn( flow) j
j 1
n
(gh) j
0 RO jGO j
sgn( flow)i
i1
m
(gh)i ] 0 RIiGIi
GS
1, 工质流动方向与重力方向相同 sgn( flow) 1, 工质流动方向与重力方向相反
30
3. 通用水动力计算模型
3.3.5 求解压力方程（组）
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1. 锅炉水动力计算简介
1.7 锅炉水动力计算软件开发的现状 目前，许多厂家、科研院校都针对水动力算法与
软件都做了不少研究。 田圃等提出“串并联法”，并用该方法针对改进型 UP直流锅炉水冷壁进行了计算。 张志新、周云龙提出了一种水动力调整的新方 法—压降系数法。该方法能实现水动力调整的一 次到位，并根据该方法开发了直流锅炉水动力调 整优化程序。
3
1. 锅炉水动力计算简介
1.3 锅炉水循环方式 根据工质流经蒸发受热面的流动动力和循环方
式，锅炉的水循环可以分为自然循环、多次强制 循环、一次性通过（直流）以及复合循环等四种。 根据工质流动回路是否闭合可以分为两类：由上 升管和下降管组成的闭合水力系统称之为循环回 路。按直流原理工作的水力系统称为直流回路。
1 l R 2 {( )[1 x ( 1)] xc x j (v v)} A 2 2