用于区域供热网络动态模拟的降阶模型
数值分析
2022-11-28 v1 数值分析
摘要
本研究涉及开发一种基于数据的紧凑模型，用于预测区域供热（DH）管道网络中的流体温度演化。这一所谓的“降阶模型”（ROM）由将每段管道的能量守恒律化简为半解析的输入-输出关系得到，该关系关联管道出口温度与管道入口及大地温度，并可由训练数据辨识。ROM 基本上对涉及三维非稳态传热与三维稳态流动的通用管道构型有效，只要传热机制线性依赖于温度场。此外，训练数据可由基于物理计算的“全阶”模型（FOMs）生成，亦可由（校准）实验或现场测量生成。使用针对单一一维管道构型的计算机训练数据的性能测试表明，ROM（i）可被成功辨识，且（ii）能准确描述出口温度对任意入口与大地温度输入曲线的响应。将 ROM 应用于两个案例研究，即小型 DH 网络的快速仿真与用于 DH 系统用户定义温度调节的控制器设计，证明了其对于实际系统亦具预测能力与效率。专门的成本分析进一步揭示，对于更高维管道构型，ROM 相较 FOMs 可（至多）按数量级大幅降低计算成本。这些发现将所提 ROM 推进为一种稳健且高效的实用 DH 系统仿真工具，其预测能力远胜现有紧凑模型。
引用
@article{arxiv.2211.14119,
title = {A reduced-order model for dynamic simulation of district heating networks},
author = {Mengting Jiang and Michel Speetjens and Camilo Rindt and David Smeulders},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.14119},
year = {2022}
}
备注
30 pages, 19 figures