一种可调节喷射泵速度系数确定的方法与流程

一种可调节喷射泵速度系数确定的方法
【技术领域】
1.本发明属于能源工程技术领域，尤其涉及一种可调节喷射泵速度系数确定的方法。


背景技术：

2.随着供热系统由于水力失衡问题导致供热质量不佳、能源浪费的问题日益严重，国内学者重新重视起对喷射泵在供热工程中的应用研究，并通过实际的工程案例说明了喷射泵良好的节能性和水力平衡能力。喷射泵的速度系数用来表示流体在喷嘴、混合室入口段、混合室和扩压管内流动过程中的不可逆损失。不同的厂家由于生产工艺上的差别，制造的喷射泵的速度系数有较大的差别。尤其自从可调节喷射泵研制成功以后，喷射泵在结构上有了改进，可调节喷射泵速度系数与传统喷射泵的速度系数差别很大。而实际情况下，由于喷射泵生产工艺和结构上的差异，不同喷射泵的速度系数偏差较大，求解准确的速度系数对与喷射泵进一步研究和应用有着很大的意义。另外，喷射泵内部的实际流动情况比较复杂，属于三维的流体力学问题，在国内外都尚未有精确的计算方法。本发明提出采用实验测定和最小二乘法相结合的确定方法，求解喷射泵的速度系数。本发明通过现场测量和利用最小二乘法求解特性方程组来求解速度系数的方法，精确求解喷射泵的速度系数，相较于参考值来说，所确定得到的速度系数与喷射泵更为适配，从而大大的提高了喷射泵的性能。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种可调节喷射泵速度系数确定的方法，所述方法包含：
4.步骤s1：建立喷射泵模型；
5.步骤s2：搭建喷射泵模拟现场；
6.步骤s3：基于模拟现场，获取喷射泵现场中喷射泵在不同调节位置的运行参数，并计算求解所对应的各个速度系数；
7.步骤s4：求解速度系数；
8.步骤s5：根据求解的速度系数对包含可调节喷射泵的现场可调节喷射泵系统进行调整。
9.进一步的，用相应类型的模拟元件来代替包含喷射泵的现场元件，基于水流关系连接模拟元件以构建喷射泵现场；根据现场情况设置模拟元件参数。
10.进一步的，喷射泵现场中，用户由一个球阀代替，用来模拟其阻力。
11.进一步的，智能型数字压力表、电磁流量计实时记录各点瞬时压力和流量值。
12.进一步的，所述喷射泵的型号为pn1g。
13.一种可调节喷射泵速度系数确定系统，其特征在于，所述系统包括：客户端，服务器。
14.进一步的，所述客户端为一个或多个，服务器为云服务器。
15.进一步的，客户端用于发起速度系数确定请求，并从服务器接收服务器速度系数确定请求的请求结果；服务器用于确定速度系数；所述客户端还用于基于速度系数的确定结果对包含可调节喷射泵的现场可调节喷射泵系统进行调节。
16.进一步的，根据确定的速度系数更新速度系数的参考值。
17.进一步的，服务器基于求解的速度系进行现场模拟设置以对求解过程进行再次优化。
18.本发明的有益效果包括：通过现场测量和利用最小二乘法求解特性方程组来求解速度系数的方法，精确求解喷射泵的速度系数，相较于参考值来说，所确定得到的速度系数与喷射泵更为适配，从而大大的提高了喷射泵的性能。
【附图说明】
19.此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
20.图1为本发明的可调节喷射泵结构示意图。
21.图2为本发明喷射泵现场示意图。
[0022]1‑
膨胀水箱，2
‑
循环水泵，3,4,5
‑
流量计，6,7,8
‑
压力表，9
‑
可调节喷射泵，10
‑
球阀(用于模拟用户末端阻力)
【具体实施方式】
[0023]
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0024]
喷射泵是一种完成质量、能量传递及混合反应的流体机械设备。可调节喷射泵的结构示意图如附图1所示。高压的工作流体在喷嘴中被加速，直至喷嘴的末端，达到最大速度，在吸入室内形成低压，引射流体被不断引射进吸入室。两股流体在混合室进行动量和能量交换，直到混合室出口，两股流体的速度和压力逐渐趋近于一致，随后混合流体进入扩压管，进行动能和势能的转换，最后流出喷射泵。喷射泵的速度系数与厂家的生产工艺和喷射泵的结构有关，同一可调节喷射泵的调节机构位置不同，喷嘴的速度系数也不一样。喷射泵的速度系数分别为喷嘴、混合室入口段、扩压管和混合室的速度系数，用来表示流体在喷嘴、混合室入口段、混合室和扩压管内流动过程中的不可逆损失。目前喷射泵速度系数常采用统一的参考值，通常为索科洛夫给出的速度系数的参考值，例如：而可调节喷射泵在现有喷射泵的基础上增加了调节机构，用来改变喷嘴出口截面积。喷射泵内部的实际流动情况比较复杂，那么如何确定可调节喷射泵的喷射泵速度系数对于进行包含喷射泵系统的优化设置非常重要，能够使得包含喷射泵的现场能够达到最佳效果。
[0025]
为了使得包含喷射泵的现场能够达到最佳效果，减少生产工艺和结构上的差异，优化设置现场不同喷射泵的速度系数，本发明提出了一种可调节喷射泵速度系数的确定方法，所述方法包括如下步骤：
[0026]
步骤s1：建立喷射泵模型；具体的：基于主成分分析法选择混合比u、压差比h、截面
积比m等无因次参数，在对喷射泵内部流体流动过程简化的基础上建立喷射泵模型。
[0027]
影响喷射泵的性能参数主要有工作流体和引射流体的压力、流量以及出口流体的压力、流量等，影响因素较多。本发明基于主成分分析法选择混合比u、压差比h、截面积比m等无因次参数来创建喷射泵模型。在对喷射泵内部流体流动过程简化的基础上，基于质量守恒、动量守恒和能量守恒建立喷射泵模型如下式(1)～(3)。
[0028]
g3＝g1 g2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式1
[0029][0030][0031]
式中，g3：混合流体的质量流量，kg/s；ρ1：流体密度，kg/m3；分别为喷嘴、混合室入口段、扩压管和混合室的速度系数，用来表示流体在喷嘴、混合室入口段、混合室和扩压管内流动过程中的不可逆损失。
[0032]
其中：混合比u采用式(4)计算
[0033][0034]
式中，g1：工作流体的质量流量，kg/s；g2：引射流体的质量流量，kg/s；
[0035]
压差比h采用式(5)计算
[0036][0037]
式中，p1：工作流体在进水口的压力，pa；p2：引射流体在回水口的压力，pa；p3：混合流体在扩压管出口的压力，pa。
[0038]
截面积比m采用式(6)计算
[0039][0040]
式中，a3——混合室截面积，mm2；a1——喷嘴出口截面积，mm2。
[0041]
步骤s2：搭建喷射泵模拟现场；具体的：用相应类型的模拟元件来代替包含喷射泵的现场元件，基于水流关系连接模拟元件以构建喷射泵现场；根据现场情况设置模拟元件参数。
[0042]
如附图2所示，实施例中现场的循环水泵为变频水泵，用来提供喷射泵工作所需压差，通过变频器调节水泵频率。膨胀水箱用于补充循环水量及稳定回水压力。从循环水泵流出的高压工作流体通过喷射泵，将回水管的部分回水吸入，工作流体与引射流体二者混合后，流向用户。
[0043]
优选的：用户由一个球阀代替，用来模拟其阻力。
[0044]
优选的：智能型数字压力表、电磁流量计实时记录各点瞬时压力和流量值。
[0045]
优选的：所述喷射泵的型号为pn1g(dn32)，其混合室横截面积a3为169.63mm2，最大喷嘴出口截面积al
max
为21.23mm2。
[0046]
步骤s3：基于模拟现场，获取喷射泵现场中喷射泵在不同调节位置的运行参数，并
计算求解所对应的各个速度系数；具体的：调节喷射泵调节机构的位置，将喷嘴出口截面积调整到不同大小，保持不变，同时打开循环泵，调整水泵频率和工作压差，然后调节用户阻力，记录一系列调节用户阻力所对应的运行参数，通过计算求解喷射泵在不同调节位置时的各速度系数。其中：运行参数包括：流体的质量流量g1、混合比u以及压差比h。
[0047]
以附图2中所对应的现场实施例中，确定可调节喷射泵喷嘴出口截面积最大时(al＝almax)的速度系数为例。调节喷射泵调节机构的位置，将喷嘴出口截面积调至最大，保持不变。打开循环泵，调整水泵频率为50hz，为喷射泵运行提供所需的工作压差0.22mpa，调节用户阻力，记录一系列用户阻力下的运行参数，通过计算求解喷射泵这一位置时的各速度系数。所测得的喷射泵现场数据如表1所示。
[0048]
表1喷射泵现场数据
[0049]
序号用户阻力(kpa)g1(m3/h)g2(m3/h)g3(m3/h)δp1
‑
2(kpa)δp3
‑
2(kpa)混合比u压差比h101.582.44223.601.518987342021.471.582.44223.10.251.5189873420.00112057433.21.582.33.9223.61.151.4556962030.00514311345.371.582.13.7223.64.41.3291139240.01967799657.391.5823.6223.36.261.2658227850.02803403569.481.581.83.5223.38.411.1392405060.037662338711.361.541.753.3223.310.171.1363636360.045544111813.231.541.73.2223.312.511.1038961040.056023287915.141.541.53.1222.814.130.9740259740.0634201081018.71.521.22.8222.918.130.7894736840.0813369221120.431.541.12.7222.919.750.7142857140.0886047551223.131.560.92.4222.622.920.5769230770.102964961325.181.510.72.3222.624.430.4635761590.109748428
[0050]
步骤s4：求解速度系数；包括如下步骤：
[0051]
步骤s41：求解速度系数具体的：根据式(7)变换得到速度系数
[0052][0053]
优选的：基于多组实验数据求得的进行平均后得到喷嘴的速度系数，以附图2中所对应的现场实施例中，确定现场所用喷射泵在喷嘴出口面积最大时的喷嘴速度系数为0.964，高于参考值。
[0054]
步骤s42：求解速度系数具体的：通过喷射泵模型式(1)～(3)求解速度系数
[0055]
步骤s43：将每组实验求得的喷嘴速度系数和现场采集数据代入式(8)中，计算得到矩阵和常数d，利用最小二乘法解超静定方程组的方法求解，即[cx
‑
d]t[cx
‑
d]最小时方程组的解，进而得到的值，其中常数项数项
[0056]
步骤s44：给定的取值范围，利用约束线性最小二乘法求解速度系数
[0057]
以附图2中所对应的现场实施例为例，设置x的上界和下界分别为ub＝[1.4,1,1]，lb＝[1,0.7,0.7]，用matlab中的lsqlin函数进行求解，求得上、下限向量的取值很重要，一般情况给出的范围越大，求得的解误差越小，但会偏离实际值，可以根据实际情况确定取值。
[0058]
可替换的，利用遗传算法求解约束线性最小二乘法求解速度系数
[0059]
如表2所示，表2附图2中所对应的现场实施例中13组现场数据确定得到矩阵矩阵和d。
[0060]
表2模拟数据所得的计算系数
[0061][0062][0063]
步骤s5：根据求解的速度系数对包含可调节喷射泵的可调节喷射泵系统进行调整；
[0064]
可替换的：基于求解的速度系数进行现场模拟的重新设置，以对求解过程进行再次优化，重新上述确定过程以再次进行系数确定优化；
[0065]
可替换的：基于求解的速度系数做仿真优化；
[0066]
可替换的：基于求解的速度系进行现场模拟设置以对求解过程进行再次优化；
[0067]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0068]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流
程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0069]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0070]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0071]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
[0072]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0073]
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0074]
本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：rom/ram、磁碟、光盘等。
[0075]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。