李振和王海为“烤人厉害”的量化标准争论起来。
王海认为应该用辐射热流密度,李振觉得工人感受更接近“黑球温度”,这是一种综合考虑辐射和对流的体感温度指标。
两人谁也服不了谁,最后抱着一堆资料去找吕辰。
吕辰听完争论,问道:“你们觉得,未来设计辐射换热器,是更关心辐射热流密度,还是更关心工人体感温度?”
两人一愣,随即恍然,辐射换热器吸收的是辐射热,当然该用辐射热流密度。
但工人作业环境评估,黑球温度更有意义。
“所以,”吕辰总结,“两个指标都要。但用在不同的分析里。王海,你负责辐射热流密度的测量和估算;李振,你去查资料,学怎么测黑球温度,把它也作为评价指标之一。这不矛盾,这是互补。”
争论变成了分工合作。
刘跃文那边,把厂区抽象成几十个节点、上百条管路后,手算水力平衡算得头晕眼花。
厂区地势有高差,管路有弯头、阀门,蒸汽和水的物性还不同。
他算了两,结果和实际压力数据对不上。
“吕老师,我算的供水管压力损失比实际大了一倍。”刘跃文拿着草稿,一脸困惑。
吕辰看了看他的计算公式:“你用的沿程损失公式是达西-魏斯巴赫公式?”
“是。”
“摩擦系数λ你取的多少?”
“按光滑管取的0.02。”
“问题就在这。”吕辰拿起红笔,“厂里的蒸汽管道用了十几年了,内壁有锈蚀、有水垢、还有局部凹陷。实际粗糙度比你假设的大得多。λ应该取0.04到0.05。还有,你考虑局部损失了吗?阀门、弯头、变径,这些加起来可能比沿程损失还大。”
刘跃文恍然大悟,回去重新算。
这次他老老实实去查了每条管道的安装年限、维护记录,估算实际粗糙度,又把主要阀门弯头全数列出,查手册估算局部损失系数。
再算,结果就和实际数据吻合多了。
“工程计算,”吕辰事后对他,“不是套公式就校你得知道公式背后的假设,知道实际条件和假设差多远,然后去修正。”
一个月过去,热源普查进入收尾阶段。
李振主持绘制的“全厂热源地图”终于完成。
那是一张一米见方的大图,厂区建筑、道路清晰,上面用不同颜色和等高线表示了温度分布。
高温区集中在轧钢和锻造车间,像几座红色火山;中温区沿着冷却水管道延伸,如黄色河流;低温区散布在办公区和生活区周边,是蓝色的湖泊。
每个主要热源点都有详细的数据框,温度范围、流量、热功率、波动周期、可回收性评级。
还有用字标注的老师傅经验之谈:“此处烟囱偶有黑烟,需关注燃烧”“此段冷床易卡料,辐射热集直。
这不仅仅是一张技术图纸,它是十二个人一个月汗水的结晶,是无数个日夜记录、争论、计算的成果。
普查数据整理成册,厚厚三大本。
但更关键的是,这些数据被潘岑组整理成了周教授优化算法所需的“输入卡片”格式,可以直接读入计算机。
周教授看到这些成果时,眼镜后面的眼睛亮了:“好!好!有了这样扎实的输入数据,我的算法才能真正发挥作用。不然就是巧妇难为无米之炊。”
但接下来的任务更艰巨,周教授的优化算法是针对全厂热力系统整体建模的,变量多、约束复杂,以现有的计算能力,一次完整计算也要几时间,而且经常不收敛。
“不能这么硬算。”吕辰在课题会上,“我们得简化模型,抓大放。”
他提出了几条简化原则。
先优化典型工况,选取冬季设计工况、夏季典型工况、春秋过渡工况等几个代表性场景,而不是穷举所有可能。
将全厂网络分解为相对独立的子网络,加热炉发电区、轧钢供热区、生活供暖区。分别优化,再考虑耦合。
对一些次要变量设定合理取值范围,而不是精确求解,减少计算维度。
“但简化不能丧失物理意义。”吕辰强调,“比如你不能假设蒸汽管道没有压降,那是自欺欺人。我们可以用经验公式估算一个合理压降范围,作为约束条件。”
简化后的模型,计算量降到了原来的十分之一。
但即便如此,核心的矩阵运算仍需大量计算。
吕辰利用所里的计算机,展开人机结合式计算。
计算机负责最核心的矩阵求逆、线性规划求解;而预处理、迭代判断、部分子任务,交给学生团队用手摇计算机、计算尺甚至算盘来完成。
“他们必须亲手算,才知道算法在干什么,才知道哪个参数敏感,哪个约束苛刻。”吕辰对周教授解释,“否则他们就成了只会按按钮的操作员,出了问题都不知道从哪查起。”
于是,实验室里出现了奇特的一幕。
一边是电子管计算机嗡嗡作响,指示灯明灭;另一边,六个学生埋首于手摇计算机和算盘之间,空气中弥漫着机油味、纸带味,还有噼里啪啦的算盘声和手摇机齿轮转动的喀嗒声。
李振负责校验每次迭代后的热平衡,手摇计算机摇得胳膊发酸;王海用计算尺复核温度分布,尺子推来拉去;赵青和刘跃文合作水力计算,一个打算盘一个查表;龙楠和潘岑则整理中间结果,画趋势图。
经常一算就是一夜。
夜深人静时,实验室里只有机器声和低低的讨论声。
算错一个数,可能后面全错,得从头再来。
烦躁、疲惫时有发生,但没有人要放弃。
“吕老师,”李振红着眼睛拿着结果来找吕辰,“这次迭代,加热炉烟温约束总是被突破,算法在拼命压烟气回收热量来保发电,但这样供暖就不够了。”
吕辰看了看输出数据,又看了看原始的热源特性:“是不是你给烟气温度波动的上限设太死了?实际生产时,短时超一点温,锅炉是能承受的。你把上限放宽5%,再试试。”
李振回去调整参数,重新计算。
这次,算法找到了可行解。
“看到了吗?”吕辰对围过来的学生们,“算法没赢常识’,它只会死守你给的边界。但实际工程是有弹性的。你们的任务,就是用自己的工程判断,去给算法设定合理的、有弹性的边界。这才是人比机器强的地方。”
仿真验证阶段,吕辰决定做一个工厂热力系统物理沙盘。
在次生能源实验室一角,他们用木板搭起一个巨大的台子,上面按比例布置了厂区建筑模型。
热源用可调功率的电热丝模拟,蒸汽和热水管网用透明塑料管搭建,里面通真实的水,用微型阀门控制流量。
用电负荷用一排灯泡表示,亮暗代表用电量大。
沙盘做得粗糙,但功能齐全。
可以手动调节“热源”功率,模拟生产波动;可以开关“阀门”,模拟管网切换;可以调节“水泵”转速,改变水流量。
然后,他们编写“仿真剧本”。
第一个剧本:“冬季极寒+生产线满负荷”。
电热丝全开,模拟最大热源输出;沙盘室窗户打开,模拟低温环境;然后运校
学生们观察蒸汽压力能否维持?供暖水温够不够?灯泡阵列会不会因为电压不足而变暗?
第二个剧本:“春秋季+部分检修”。
关闭一部分热源,模拟加热炉检修;调整阀门,改变管网流向。
第三个剧本:“夏季+用电高峰”。
夏不需要供暖,热源减少,但用电负荷增大,电风扇等。
他们还故意制造事故,拔掉一根代表主蒸汽管的塑料管,模拟管道破裂;关掉一个主要热源,模拟余热锅炉故障。
沙盘上,事故后果直观可见,某片区域的灯泡全灭了,就是停电,某段供暖管水流停滞,就有冻堵风险。
每次事故,学生们都要讨论应急预案,如何切换备用管路?如何启动应急锅炉?如何调整发电和供暖的优先级?
数字模型和物理沙盘同步运校
同样的工况,先在计算机上算,再在沙盘上演示。
两者结果互相校验,也互相启发。
“这个好!”王海在一次事故模拟后兴奋地,“沙盘上一眼就能看出问题在哪,计算机输出一堆数字还得琢磨半。”
“但计算机能算我们手动画不出来的复杂网络。”刘跃文反驳,“沙盘只能定性,定量还得靠模型。”
“所以它们互补。”吕辰总结,“沙盘培养你们的工程直觉,模型培养你们的定量分析能力,一个好的工程师,两者都得樱”
课题进入最后阶段,编制《全厂余热利用系统设计与运行指南》。
这不是一篇论文,而是一本将来工程设计部门可以直接拿来用的工具书。
吕辰把各章节分配给六人。
李振和王海合写热源篇,详细描述四类热源的特性、测量方法、可回收潜力评估。
赵青写管网水力计算篇,给出简化计算方法和常用参数取值。
刘跃文写控制策略篇,基于优化结果,提出不同工况下的控制逻辑建议。
龙楠写经济性分析篇,介绍投资估算、收益计算、回收期分析的方法。
潘岑写数据管理与监测篇,规范数据记录、处理、归档的流程。
吕辰自己则撰写总论和关键决策部分,针对不同建设阶段和投资规模,给出几套阶梯化方案。
最低成本方案,只回收最易回收的高温烟气余热发电,供暖仍以燃煤锅炉为主。
投资最,回收期短,但节能效果有限。
平衡方案,回收烟气余热发电+轧钢辐射热供暖,保留部分燃煤锅炉作为调峰备用。投资适中,节能效果显着,回收期合理。
全面方案,四类热源全回收,实现发电+供暖全覆盖,完全淘汰燃煤锅炉。
投资最大,节能效果最好,但回收期较长,技术风险也最高。
每套方案都附上了关键设备参数、预期节能量、经济效益、以及需要注意的技术难点。
“还有这个,”吕辰拿出一叠活页纸,“异常情况处置库。把我们在仿真中遇到的各种问题、原因分析、解决方案,都整理成案例。比如主蒸汽管破裂应急预案、余热锅炉积灰导致效率下降处理流程、极寒气下供暖保障措施……。这是比设计指南更宝贵的东西,是花钱买不来的经验。”
六名学生领了任务,开始埋头撰写。
这次不再是数据整理或计算,而是把自己的理解、思考、甚至教训,系统性地表达出来。
经常为一个表述是否准确争论,为一个参数该取多少查遍资料。
吕辰则扮演主编和终审的角色。
他审阅每一章草稿,提出修改意见,有时是技术性的,有时是表述性的。
“李振,你这里写辐射热流密度建议取值300-500\/m2,依据是什么?是你们实测的统计值,还是文献推荐?要注明来源。”
“王海,控制策略这里,你写当室外温度低于-5c时,优先保障供暖,这个-5c的阈值是怎么来的?有没有考虑不同建筑保温性能的差异?建议给出一个可调整的范围。”
“潘岑,数据管理流程图画得很好,但缺少责任人和时间要求。每个步骤谁负责?什么时候完成?没有这些,流程就是空架子。”
一遍遍修改,一遍遍打磨。
稿纸上密密麻麻都是红笔批注。
有时学生被改得有点丧气,吕辰会:“别灰心,我现在挑刺挑得狠,是为了将来用这本指南的人少走弯路。你们写的每一个字,都可能影响几百万投资的效果,影响几千人冬的暖气和夏的用电。想想这个,就不觉得辛苦了。”
终于,十一月底,初稿完成。
六个年轻人把各自章节的稿纸整齐摞在吕辰桌上,加起来有半尺高。
他们站在那里,脸上有疲惫,但更多的是完成一件大事后的踏实福
吕辰没有立即翻看,而是看着他们,看了好一会儿。
“知道这一个月,你们最大的变化是什么吗?”他缓缓开口,“不是学会了多少公式,不是画了多少图,甚至不是完成了这个课题。”
“是你们现在站在这里,已经和一个月前不一样了。这些,是比任何技术都宝贵的东西,独立思考的习惯,质疑权威的勇气,关注细节的耐心,还有对工程的责任福”
他拿起最上面一本稿子:“这本指南,我会提交给项目组。但它的真正价值,不在纸上,在你们心里,这些东西已经长在你们身上,以后无论你们去哪里,这段经历都会跟着你们。”
六人静静地听着。
窗外,十一月的最后一场雪开始飘落,细碎的雪花在黄昏的光线中缓缓旋转。
“好了。”吕辰把稿子放回桌上,“课题告一段落。但你们的任务还没完。”
他走到黑板前,写下六个新的方向:
李振:基于“掐丝珐琅”控制柜的余热系统分布式控制器设计
王海:轧钢工艺辐射热非稳态回收模型的建立与验证
赵青:热网水力平衡动态调节算法
刘跃文:蒸汽-热水联合供暖的工况切换策略
龙楠:系统能效的在线监测与评估方法
潘岑:余热系统运行数据库与知识库构建
“这是根据你们在课题中表现出来的特长和兴趣,给你们每个人定的研究方向。”吕辰转身,“从下周开始,你们每人可以再带一到两名新同学,组成自己的课题组,深入研究。我还是你们的导师,但具体方向,你们自己把握,每周向我汇报进展。”
“记住,现在你们不再是跟着我干的学徒了。你们是有了自己方向的准研究者。要开始学着独当一面了。”
雪越下越大,覆盖了厂区的屋顶和道路。
实验室里,六个年轻人看着黑板上自己的名字和方向,眼神里充满了跃跃欲试的光芒。
余热利用项目有了扎实的基础,接下来,就该是真正的大规模建设了,但那已经是另一个阶段。
总有人接上,总有人在成长。
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