基于PDMS的供暖系統(tǒng)水力計算軟件開發(fā)及應(yīng)用

王世軍，張宏宇

(內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

目前，在利用PDMS三維設(shè)計軟件自身功能進行供暖管道設(shè)計時，主要用于供暖系統(tǒng)的設(shè)備管道模型布置設(shè)計和檢查碰撞，不能夠進行管系水力計算。通常在PDMS平臺之外進行水力計算工作，再根據(jù)計算結(jié)果手動修改調(diào)整模型。供暖系統(tǒng)管系錯綜復(fù)雜，若使三維模型與水力計算結(jié)果相一致，需要設(shè)計人員進行大量的手動重復(fù)修改模型工作，總體設(shè)計效率較低，且不能很好地保證最終模型的準確度和精細度。因此，有必要在PDMS平臺上進行二次開發(fā)，使其可以實現(xiàn)水力計算功能，并自動調(diào)整模型，以提高工作效率和設(shè)計成果的精確度。

1 軟件主要功能及框架

軟件采用PDMS的PML(Programmable Macro Language)用戶開發(fā)語言編寫。該語言內(nèi)置函數(shù)豐富，開發(fā)便捷，與PDMS無縫對接。開發(fā)軟件主要功能需求：能夠自動識別供暖管路系統(tǒng)模型并糾正連接錯誤；根據(jù)設(shè)定參數(shù)進行水力計算，并同步調(diào)整三維模型管徑；輸出水力計算書、設(shè)備材料統(tǒng)計報表等多種功能。

軟件總體設(shè)計流程見圖1。

圖1 軟件總體設(shè)計流程圖

2 軟件開發(fā)實現(xiàn)

2.1 管道模型連接檢測及糾錯

用戶選擇好初步建立的管道系統(tǒng)模型后，需要對管道連接信息進行檢查，只有連接信息正確且完善的情況下才能進行水力計算。對管道進行連接完整性檢查需要對管道整體進行遍歷，采用遞歸的方式進行遍歷,先遍歷主干管道，遇見分支管道則暫停對主干的遍歷，轉(zhuǎn)而遍歷分支管道，遍歷完分支管道返回繼續(xù)遍歷主管道。其它部分要對管道進行遍歷，也是采用同樣的方式和算法。遞歸算法是把問題轉(zhuǎn)化為規(guī)?？s小了的同類問題的子問題，對供暖管道整體進行遍歷可以分解為對每個分支管道進行遍歷，而一個分支管道又是一個完整的管道，所以采用遞歸算法對供暖管道進行遍歷非常合適。

2.2 整體管系水力計算

根據(jù)檢測出的供暖管系拓撲結(jié)構(gòu)，按照管路系統(tǒng)經(jīng)濟比摩阻及接口資用壓力條件，對整體管系進行水力計算，計算流程見圖2。

圖2 整體管系水力計算流程圖

具體規(guī)則如下：

(1)與散熱設(shè)備連接的管道分支的管徑，根據(jù)與之直接連接的散熱設(shè)備散熱量進行水力計算確定。計算后，對應(yīng)修改管道管徑和散熱設(shè)備接口管嘴口徑。

(2)三通匯合處的管徑由對三通下游所有的散熱設(shè)備散熱量進行水力計算確定。計算后，對應(yīng)修改管道管徑。

(3)管道中出現(xiàn)管徑變化的管段，應(yīng)添加相應(yīng)的變徑管件。

水力計算采用等溫降法，參照《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》方法。

2.3 水力平衡計算

對散熱器管道拓撲結(jié)構(gòu)整體進行水力計算后，各并聯(lián)環(huán)路(不包括公用段)壓力損失可能存在差額，規(guī)范要求相對差額不應(yīng)大于15%。對于壓力損失相對差額超過規(guī)定的并聯(lián)環(huán)路，就需要進行水力平衡計算。水力平衡計算時，對與散熱設(shè)備直接連接的各分支管(基層分支)不進行改動，只依據(jù)各個基層分支的信息對各并聯(lián)環(huán)路主分支管道進行水力計算，計算采用的公式與整體水力計算一致。選擇要調(diào)整并聯(lián)環(huán)路分支，設(shè)定比摩阻限定值，使該分支與其它分支相對壓力損失差額符合規(guī)范要求。阻力水力平衡計算流程見圖3。

圖3 水力平衡計算流程圖

2.4 修改管道管徑

通過水力計算可以計算出每個散熱器設(shè)備所需要的管徑以及管道匯總后的管徑。遍歷管道，從水力計算結(jié)果中讀取管段對應(yīng)的管徑，然后修改管道管徑，流程見圖4。

圖4 修改管道管徑流程圖

2.5 導(dǎo)出計水力算書和設(shè)備材料統(tǒng)計報表

將水力計算的結(jié)果輸出到表格文件中，形成水力計算書。對供暖設(shè)備和管道材料進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果為可編輯的Excel表格，最終可以將統(tǒng)計結(jié)果文件轉(zhuǎn)換為DWG格式，文件樣式應(yīng)與實際工程設(shè)計中的設(shè)備明細表和零件明細表一致。

3 軟件應(yīng)用

3.1 軟件使用條件及主要功能

以散熱器供暖系統(tǒng)水力計算為例，使用該模塊前，確保散熱器供暖系統(tǒng)設(shè)備和管道初步建模完成。即，管道走向及空間定位布置完成，管徑可不做限定，可以采用一種管徑或初步估算管徑；管道與散熱器連接完畢。

該模塊主要功能為：對已初步建立的散熱器供暖系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)置，包括：散熱器散熱量設(shè)置、水力計算參數(shù)設(shè)置；自動檢測系統(tǒng)模型并糾正連接錯誤；對所選管路系統(tǒng)進行水力計算并同步自動調(diào)整模型；進行分支管路水力平衡分析計算；輸出計算書。該功能模塊的界面見圖5。

圖5 軟件主要界面

3.2 初始參數(shù)設(shè)置及修改

3.2.1 散熱器散熱量設(shè)置

散熱器散熱量是單片散熱器片的散熱量，軟件提供默認值設(shè)置，也就說該供暖系統(tǒng)默認情況下認為所有散熱器片的散熱量都是默認值。如果該散熱器系統(tǒng)中存在特殊散熱器片，即散熱量不同的散熱器片，可以通過“局部修改Q值”按鈕的功能實現(xiàn)。

3.2.2 管系水力計算參數(shù)設(shè)置

在進行水力計算前用戶還需設(shè)置供暖系統(tǒng)設(shè)計供回水溫度、設(shè)計比摩阻限定值等參數(shù)。水的物理學(xué)參數(shù)在程序內(nèi)置數(shù)據(jù)庫中自動選擇提取。

3.3 模型檢測及糾錯

用戶在進行水力計算前，要保證管系模型連接完整并且正確。軟件提供了模型自動檢測及糾正功能。點擊“模型檢測及糾錯”按鈕，軟件自動檢測管道連接拓撲結(jié)構(gòu)，并且在模型空間中高亮顯示，自動列出缺少連接信息的管道及管件。

根據(jù)檢測出的提示信息，用戶選擇哪一條連接缺失或錯誤信息，軟件會自動定位到相應(yīng)的三維模型，并且放大顯示。用戶根據(jù)缺失或錯誤連接的類型通過 “連接BRANCH”和“連接NOZZLE”來完善連接信息。檢測糾錯后的完整模型見圖6。

3.4 管道系統(tǒng)整體水力計算

管系經(jīng)過檢測糾錯系統(tǒng)確保無錯誤信息后，用戶可以進行整體水力計算。點擊“管道系統(tǒng)整體計算”按鈕，軟件自動完成所選關(guān)系的整體水力計算并同步修改模型中各段管道(及其所含所有管件)的管徑。若供暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，不需要做分支水力平衡計算的，可以直接輸出水力計算書。圖7中，各段管線管徑均已按計算結(jié)果調(diào)整。

管道口徑變化處，軟件自動增加變徑，見圖8。

圖7 水力計算調(diào)整后的管系模型

圖8 管徑變化處自動增加變徑

3.5 水力平衡計算

對于復(fù)雜管路系統(tǒng)，需要做分支水力平衡計算，先選擇最不利管系，設(shè)定比摩阻限定值，點擊“干管支管分開計算”。輸出計算書，分析計算分支要達到水力平衡條件所需求的阻力。根據(jù)阻力需求，設(shè)置分支管平均比摩阻限定值，選擇分支管進行水力計算，最終使其設(shè)計阻力達到要求阻力值，并輸出各系統(tǒng)水力計算書。

3.6 設(shè)備材料統(tǒng)計

進入設(shè)備材料統(tǒng)計模塊，該模塊主要功能為：對設(shè)計內(nèi)容中所包含的供暖設(shè)備、材料進行詳細統(tǒng)計，包括設(shè)備材料規(guī)格型號參數(shù)、數(shù)量等，自動生成CSV格式報表，并按定制格式輸出DWG格式出圖文件。

4 結(jié)語

在PDMS三維平臺下開發(fā)專門適用于供暖系統(tǒng)水力計算的軟件，使供暖系統(tǒng)三維設(shè)計即具備合理布置、解決碰撞功能，又具備實時計算、同步修改模型功能，同時可輸出水力計算書、材料統(tǒng)計報表。軟件實現(xiàn)實時交互式信息雙向反饋功能，解決了傳統(tǒng)應(yīng)用PDMS平臺進行供暖系統(tǒng)三維設(shè)計時，僅用于布置建模，無法進行設(shè)計計算，在設(shè)計中后期手動重復(fù)性修改模型的工作量龐大等問題。