本技术涉及换热器优化运行领域，特别是涉及一种换热网络的矩阵化建模分析方法、装置、设备及介质。
背景技术：
1、在工业生产中，换热器被广泛应用于石化、化工、制药等高能耗行业，其优化设计对于降低能耗和减少碳排放具有重要意义。然而，现有的换热器设计与运行计算方法存在效率低、精度不足等问题，难以满足现代工业对高效换热的需求。因此，开发一种高效、准确的换热器和换热网络计算方法，能够有效解决现有方法的不足，显得尤为重要。传统的换热器计算方法主要依赖于经验公式和迭代算法，但这些方法在应用过程中存在以下具体问题：计算效率低，传统方法通常需要大量的迭代计算，尤其在面对复杂的换热网络时，计算时间显著增加，难以快速得到优化结果；精度不足，由于经验公式基于理想条件或特定实验数据，无法全面反映实际工况中的多变因素，导致计算结果的精度有限，影响系统的优化效果；适用性差，经验公式和迭代算法往往适用于特定类型或特定规模的换热器，对于多样化和复杂化的工业换热系统，适用性较差，限制了方法的广泛应用；数据需求高，传统方法通常需要大量准确的物性参数和边界条件，获取这些数据往往耗时且困难，增加了计算的复杂性和不确定性。为了解决这些问题。
技术实现思路
1、本技术的目的是提供一种换热网络的矩阵化建模分析方法、装置、设备及介质，可实现换热网络的高效分析和计算，为工业系统的运行优化提供基础。
2、为实现上述目的，本技术提供了如下方案：
3、第一方面，本技术提供了一种换热网络的矩阵化建模分析方法，所述矩阵化建模分析方法包括：
4、构建单个换热器的温度传递矩阵；
5、根据单个换热器的温度传递矩阵，构建多种换热网络单元的温度传递矩阵；多种换热网络单元包括：并联换热网络、串联换热网络和多回路换热网络；
6、根据每种换热网络单元的温度传递矩阵，构建目标换热网络的矩阵化模型；
7、基于实测数据辨识目标换热网络中每个换热器的有效传热系数；
8、基于目标换热网络的矩阵化模型和目标换热网络中每个换热器的有效传热系数，计算目标换热网络在不同工况下的出口温度。
9、可选地，单个换热器的温度传递矩阵为：
10、
11、其中，th,o为换热器的热侧流体的出口温度，tc,o为换热器的冷侧流体的出口温度，th,i为换热器的热侧流体的进口温度，tc,i为换热器的冷侧流体的进口温度，x为换热器的第一判据参数，y为换热器的第二判据参数，x＝1/(rsgh)，y＝1/(rsgc)，rs为换热器的标准热阻，gh为换热器的热侧流体的热容量流，gc为换热器的冷侧流体的热容量流。
12、可选地，冷侧流体分成n股后分别流入n个换热器进行换热，形成并联换热网络，当换热网络单元为并联换热网络时，换热网络单元的温度传递矩阵为：
13、
14、其中，tc,o'为换热网络单元的冷侧流体的出口温度，tc,i'为换热网络单元的冷侧流体的进口温度，th,o,1、th,o,j、th,o,n分别为换热网络单元的第1个、第j个和第n个换热器的热侧流体的出口温度，th,i,1、th,i,j、th,i,n分别为换热网络单元的第1个、第j个和第n个换热器的热侧流体的进口温度，x1、xj、xn分别为换热网络单元的第1个、第j个和第n个换热器的第一判据参数，y1、yj、yn分别为换热网络单元的第1个、第j个和第n个换热器的第二判据参数，n为换热网络单元中换热器的数量。
15、可选地，冷侧流体依次流入n个换热器与热流体换热，形成串联换热网络，当换热网络单元为串联换热网络时，换热网络单元的温度传递矩阵为：
16、
17、其中，tc,o'为换热网络单元的冷侧流体的出口温度，tc,i'为换热网络单元的冷侧流体的进口温度，th,o,1、th,o,2、th,o,j、th,o,n-1、th,o,n分别为换热网络单元的第1个、第2个、第j个、第n-1个和第n个换热器的热侧流体的出口温度，th,i,1、th,i,2、th,i,j、th,o,n-1、th,i,n分别为换热网络单元的第1个、第2个、第j个、第n-1个和第n个换热器的热侧流体的进口温度，x1、xj、xn-1、xn分别为换热网络单元的第1个、第j个、第n-1个和第n个换热器的第一判据参数，y1、yj、yj-m、yn-1-m、yn-m、yj-1、yn-2、yn-1、yn分别为换热网络单元的第1个、第j个、第j-m个、第n-1-m个、第n-m个、第j-1个、第n-2个、第n-1个和第n个换热器的第二判据参数，n为换热网络单元中换热器的数量。
18、可选地，冷热流体经过n个换热器，通过n-1个中间回路换热，形成多回路换热网络，当换热网络单元为多回路换热网络时，换热网络单元的温度传递矩阵为：
19、
20、其中，tc,i'、tc,o'和gc'分别为换热网络单元的冷流体的进、出口温度和热容量流，th,o'、th,i'和gh'分别为换热网络单元中热流体的进、出口温度和热容量流，xj为换热网络单元的第j个换热器的第一判据参数，yj为换热网络单元的第j个换热器的第二判据参数，gj'为换热网络单元的第j'个中间回路中流体的热容量流，n为换热网络单元中换热器的数量。
21、可选地，基于实测数据辨识目标换热网络中每个换热器的有效传热系数，具体包括：
22、测量目标换热网络中每个换热器的热侧流体的进出口温度和热容量流以及目标换热网络中每个换热器的冷侧流体的进出口温度和热容量流；
23、根据目标换热网络中每个换热器的热侧流体的进出口温度和热容量流以及目标换热网络中每个换热器的冷侧流体的进出口温度和热容量流，采用对数平均温差法，计算目标换热器的有效传热系数。
24、可选地，采用对数平均温差法，计算目标换热网络中每个换热器的有效传热系数的公式为：
25、
26、其中，δtlmtd为对数平均温差，δtmax为换热器进口和出口温差中较大者，δtmin为换热器进口和出口温差中较小者，qh、qc分别为换热器的热侧流体的放热量和冷测流体的吸热量，qh＝gh(th,i-th,o)，qc＝gc(tc,o-tc,i)，gh为换热器的热侧流体的热容量流，gc为换热器的冷侧流体的热容量流。
27、第二方面，本技术提供了一种换热网络的矩阵化建模分析装置，所述换热网络的矩阵化建模分析装置应用上述的换热网络的矩阵化建模分析方法，所述换热网络的矩阵化建模分析装置包括：
28、第一温度传递矩阵构建模块，用于构建单个换热器的温度传递矩阵；
29、第二温度传递矩阵构建模块，用于根据单个换热器的温度传递矩阵，构建多种换热网络单元的温度传递矩阵；多种换热网络单元包括：并联换热网络、串联换热网络和多回路换热网络；
30、矩阵化模型构建模块，用于根据每种换热网络单元的温度传递矩阵，构建目标换热网络的矩阵化模型；
31、参数辨识模块，用于基于实测数据辨识目标换热网络中每个换热器的有效传热系数；
32、分析计算模块，用于基于目标换热网络的矩阵化模型和目标换热网络中每个换热器的有效传热系数，计算目标换热网络在不同工况下的出口温度。
33、第三方面，本技术提供了一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述的矩阵化建模分析方法。
34、第四方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实上述的矩阵化建模分析方法。
35、根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果：
36、本技术提供了一种换热网络的矩阵化建模分析方法、装置、设备及介质。本技术首先构建了单个换热器的温度传递矩阵，以此为基础，提供了三种基本典型的换热网络单元的温度传递矩阵，用来构建更为复杂的目标换热网络的矩阵化模型；基于换热器的实测数据，通过对数平均温差法辨识得到换热器的结构参数，结合矩阵化模型，计算不同工况的出口温度，从而可应用到实际工程中，根据传感器测得的实际入口温度和热容量流以及辨识得到的所有换热器的有效传热系数，通过目标换热网络的温度传递矩阵，计算得到不同工况下的出口温度。本技术采用构建温度传递矩阵进行直接计算的方式，进行换热网络的分析计算，无需循环的过程，减小了计算复杂性，实现了换热网络的高效分析和计算，为工业系统的运行优化提供基础。
1.一种换热网络的矩阵化建模分析方法，其特征在于，所述换热网络的矩阵化建模分析方法包括：
2.根据权利要求1所述的换热网络的矩阵化建模分析方法，其特征在于，单个换热器的温度传递矩阵为：
3.根据权利要求1所述的换热网络的矩阵化建模分析方法，其特征在于，冷侧流体分成n股后分别流入n个换热器进行换热，形成并联换热网络，当换热网络单元为并联换热网络时，换热网络单元的温度传递矩阵为：
4.根据权利要求1所述的换热网络的矩阵化建模分析方法，其特征在于，冷侧流体依次流入n个换热器与热流体换热，形成串联换热网络，当换热网络单元为串联换热网络时，换热网络单元的温度传递矩阵为：
5.根据权利要求1所述的换热网络的矩阵化建模分析方法，其特征在于，冷热流体经过n个换热器，通过n-1个中间回路换热，形成多回路换热网络，当换热网络单元为多回路换热网络时，换热网络单元的温度传递矩阵为：
6.根据权利要求1所述的换热网络的矩阵化建模分析方法，其特征在于，基于实测数据辨识目标换热网络中每个换热器的有效传热系数，具体包括：
7.根据权利要求6所述的换热网络的矩阵化建模分析方法，其特征在于，采用对数平均温差法，计算目标换热网络中每个换热器的有效传热系数的公式为：
8.一种换热网络的矩阵化建模分析装置，其特征在于，所述换热网络的矩阵化建模分析装置应用权利要求1-7任一项所述的换热网络的矩阵化建模分析方法，所述换热网络的矩阵化建模分析装置包括：
9.一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-7中任一项所述的矩阵化建模分析方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的矩阵化建模分析方法。
