Ontwerp- en prestasie-analise van 'n16kw DieselkragopwekkerVerkoelingstelsel wat afvalhitte gebruik

Uit die vorige navorsingsituasie is die ontwerp en simulasie van verspreide kragopwekkingstelsels te modieus.

1 stelselintegrasie-ontwerp

Die gekose eilandwoongebied word aangedryf deur 'n 16kw-dieselgenerator, die uitlaatgas van die dieselenjin bevat baie hitte-energie, en die litiumbromied-absorpsiekoeler gebruik die uitlaatgas as die werkende hittebron om vir gebruikers te verkoel. Om die verstelbare reeks verkoelingslading te verhoog, word die nabrandtipe yskas aangeneem. Die algehele ontwerp van die eiland se 16kw-dieselgeneratorstelsel word in figuur 1 geïllustreer.

Gebaseer op die ontwerpbeginsel van elektriese verkoeling (aanpassing van verkoeler volgens 16kw dieselgenerator), word die ooreenstemmende keuse van verkoeler in hierdie artikel uitgevoer. Die residensiële area het 'n bruto vloeroppervlakte van ongeveer 4 850 M2 en 'n 16 kW dieselgenerator met 'n nominale krag van 350 kW. Die 16 kW dieselgenerator produseer uitlaatgas teen 'n temperatuur van ongeveer 450°C, en die hitte-energie wat vir die verkoeler beskikbaar is, is ongeveer 420 kW. Die dubbeleffek parallelle litiumbromiedabsorpsieverkoeler met 'n verkoelingskoëffisiënt van 1.4 en 'n krag van 582 kW is gekies. Die gemiddelde verkoelingslas van eilandgebruikers is 120 W/m2. Volgens die ondersoek voldoen 120 W/m2 aan die vraag van eilandgebruikers vir verkoelingslas. Daarom, wanneer die 16 kW dieselgenerator onder die gegradeerde werkstoestande bedryf word, kan die afvalhitte van die uitlaatgas aan die vraag van die yskas voldoen. Die ontwerpparameters van die 16 kW dieselgenerator-verkoelingstelsel word in Tabel 1 getoon.

2. Wiskundige modellering

Die 16kw dieselgenerator-verkoelingstelsel is baie kompleks en behels baie onderwerpe soos dinamika, termodinamika en hitte-oordrag, daarom is dit baie belangrik om 'n geskikte modelleringsmetode te kies. In hierdie artikel word die simulasiemodel van die 16kw afvalhittebenutting-verkoelingstelsel opgestel deur die modulêre modelleringsmetode te gebruik. Die 16kw dieselgenerator-afvalhittebenutting-verkoelingstelsel is 'n tipiese termodinamiese stelsel, die modules word verdeel volgens die deurgang van werkstof en energie.

Nadat die hele modelleringsidee bepaal is, moet ons 'n redelike metode kies om die werking van die stelsel akkuraat te simuleer.

Hierdie artikel bestudeer hoofsaaklik die uitsetkrag en uitlaathitte-energie van 'n 16kw-dieselgenerator onder verskillende laste, sonder om die interne werkproses van die 16kw-dieselgenerator in ag te neem. Modellering met behulp van die gemiddelde metode verseker die akkuraatheid van die 16kw-dieselgeneratorsimulasie op die stelselintegrasievlak.

Daar is baie tipes hitteruilers in die 16kw dieselgenerator-verkoelingstelsel, en daar is druk-vloei-koppeling tussen die hitteruilers. Die tradisionele modelleringsmetode verdeel die module volgens die fisiese model, bereken die druk en vloei van elke module afsonderlik volgens die balansvergelyking, en moet aan die randgelyke beperkingsvoorwaarde voldoen. Daarom is die iteratiewe berekening onvermydelik en word die berekeningstyd verhoog. Om hierdie probleem op te los, word 'n simulasiemodel van 'n 16kw dieselgenerator-verkoelingstelsel wat afvalhitte gebruik, opgestel deur die volumetriese traagheidsmetode.

Volgens die volumetriese traagheidsmetode is die vloeitempo in elke komponent nie gebalanseerd nie, en elke komponent word beskou volgens die volumetriese traagheidskakel. Dit beskou elke komponent as 'n volumemodule, en die verbindingspyp tussen elke komponent as 'n weerstandsmodule. Vir die volumemodule, as die interne vloeistofweerstand geïgnoreer word, is die druk binne die volumemodule uniform. Die druk in die volumemodule kan bereken word volgens die verskil in massavloeitempo aan beide kante van die volumemodule en die temperatuurverandering in die volumemodule. Die drukverskil tussen die inlaat en uitlaat en die wrywingsverlies van die pypwand veroorsaak egter die vloedverandering, en die dinamiese waarde van die vloed kan bereken word volgens die behoud van momentum.

Deur 'n lengte van 'n l-pyp as voorbeeld te neem, word dit verdeel in 'n volumemodule en 'n weerstandsmodule, en die volumetraagheidsmodel daarvan word vasgestel.

1) volumemodule.

Die vloeitempo per tydseenheid in die volumemodule is M1, en die vloeitempo per tydseenheid uit die volumemodule is M2. Volgens die behoud van massa: Vloei in die volumemodule - vloei uit die volumemodule = volumemodule massa-inkrement, kan die volumemodule massa-inkrement bereken word:

In die formule: M is die massa van die werkvloeistof in die volumemodule, kg; v is die volume van die werkvloeistof in die volumemodule, M3; kg/m3 is die digtheid van die werkvloeistof in die volumemodule; M1 en M2 is die massavloei van die vloeistof in en uit die volumemodule, kg/s.

2) weerstandmodule.

In die weerstandmodule verander die vloeitempo as gevolg van die drukverskil en die wrywingsweerstand van die vloeistof. Volgens die wet van behoud van LINEÊRE MOMENTUM: Die momentum wat die weerstandmodule binnedring - die momentum wat die weerstandmodule verlaat + die momentum van die eksterne krag = die momentum-inkrement van die weerstandmodule, kan die massa van die vloeistof wat deur die dwarssnit van die weerstandmodule vloei, bereken word:

pagenumber_ebook=33, pagenumber_book=25

In die formule: M is die massavloeitempo van die werkvloeistof deur die pyp, kg/s; v is die snelheid van die werkvloeistof, m/s; a is die dwarssnitarea van die pyp, m²; l is die lengte van die pyp, m; p1 en P2 is die druk aan beide kante van die weerstandsmodule, PA; UL is die wrywingsweerstand van die vloeistof teen die wand van die pyp, die minusteken verteenwoordig die wrywingsweerstand in die teenoorgestelde rigting as die vloei van die vloeistof, U is die nat omtrek van die pyp, U is die wrywingsweerstand per eenheidsoppervlakte, = 1/2 FV2, F is die wrywingskoëffisiënt van die hitteruiler langs die pad, wat volgens die empiriese formule verkry kan word.

3 stelselprestasie-analise

In hierdie artikel word 'n vierslag-turbo-aangejaagde 16kw-dieselgenerator verdeel in 'n kompressor, turbine, turbinerotor, tussenkoeler, inlaat- en uitlaatpyp, reguleerder, silinder en generator. 'n 16kw-dieselgenerator-simulasiemodel is gebou met behulp van die gemiddelde metode.

Die 16kw dieselgenerator-verkoelingstelsel het 'n groot aantal hitteruilers, en die volumetriese traagheidsmetode word gebruik om die simulasiemodelle van elke komponent te bou. Die vloeibare werkmedium in die stelsel bestaan ​​hoofsaaklik uit afvalgas, litiumbromiedoplossing, water, waterdamp, ensovoorts. Om die akkuraatheid van die modelberekening te waarborg, is 'n model vir die berekening van die termiese eienskappe van die werkmedium volgens die gepaste formule opgestel. Die simulasiemodelle van 16kw en litiumbromied-absorpsiekoelers word onderskeidelik in Matlab/Simulink-sagteware gebou en ontfout. Laastens word die simulasiemodel van 16kw dieselgenerator-koelers wat afvalhitte gebruik, gekombineer soos in figuur 4 getoon.

In die bestendige-toestand simulasie, volgens die ontwerpparameters, word die randvoorwaardes eerstens in Matlab/Simulink simulasiesagteware gestel, en die aanvanklike waardes van die toestandsveranderlikes van die model word toegeken. Die ODE45 Algoritme met hoë simulasie-akkuraatheid word gebruik om die simulasietyd as 2000s in te stel. Tabel 2 toon die vergelyking tussen bestendige-toestand simulasie resultate en ontwerpparameters.

Tabel 2 toon dat die relatiewe fout tussen die bestendige-toestand simulasiewaarde en die ontwerpparameters van die 16kw dieselgenerator verkoelingstelsel minder as 3% is, wat voldoen aan die stelselsimulasie-presisievereiste en die korrektheid en akkuraatheid van die simulasiemodel verifieer. Die termiese parameters van die werkmedium in die stelsel word verkry deur die formule aan te pas, die nodige aannames word in die modellering gemaak, en die foute van die komponente sal vergroot word wanneer hulle saamgestel word, dit is die redes vir die relatiewe foute.

Gebaseer op die resultate van die bestendige toestand simulasie, is die totale energiebenuttingskoëffisiënt van die 16kw dieselgenerator afvalhitte benutting verkoelingstelsel geëvalueer. Die berekeningsmetode van die Totale Energiebenuttingskoëffisiënt van die stelsel is as 'n formule.

X is die totale Energiebenuttingskoëffisiënt van die 16 kW dieselgeneratorstelsel, PG is die 16 kW dieselgenerator, kW, RC is die libr-absorpsiekoeler, kW, EC is die ander energieverbruik van die stelsel, kW; Die FC is die dieselgenerator se brandstofverbruik, kW; die PC is die stelsel se kragverbruik, kW.

Onder die ontwerpte bedryfstoestande het die 16kw-dieselgenerator 'n kapasiteit van 357.6 kW, die litiumbromiedabsorpsiekoeler het 'n kapasiteit van 579.79 kW, die ander energieverbruik van die stelsel is 132 kW, en die brandstofverbruik van die 16kw-dieselgenerator is ongeveer 1286 kW, die kragverbruik van pompe en ander kragverbruikende toerusting in die stelsel is ongeveer 30kw.

Volgens die berekening van Formule (6) is die Totale Energiebenuttingskoëffisiënt van die 16kw dieselgenerator-verkoelingstelsel ongeveer 0.813, en die energiebenuttingsdoeltreffendheid is aansienlik verbeter, wat meer as 0.8 is, en voldoen aan die ontwerpvereistes.

Die las van die 16kw dieselgenerator word bepaal deur die kragverbruik. Die verandering van die las sal lei tot die verandering van die uitlaattemperatuur en vloeitempo van die 16kw dieselgenerator, wat die verkoelingskapasiteit van die litiumbromied-absorpsiekoeler stroomaf van die stelsel sal beïnvloed.

Die termodinamiese proses van die stelsel is kompleks, met traagheidsvertragings. Deur die hele simulasietyd op 6000's te stel, vanaf die 2000's, en die stapverandering by te voeg, word die las van die 16kw-dieselgenerator van 100% tot 80% verminder, en die dinamiese simulasieberekening word uitgevoer.

Vanaf die 2000's word die las verminder van 352,3 kW tot 287,48 kW, die uitlaatvloei van 1,3187 kg tot 1,1192 kg, en die uitlaattemperatuur van 462°C tot 453 °C vir die 16kw dieselgenerator. Die hele dinamiese reaksieproses is ongeveer 100s. Diesellading word met 20% verminder, dieselenjinspoed word verhoog, die reguleerder se vinnige reaksie, brandstofinspuiting word verminder om spoedstabiliteit by die ingestelde punt te handhaaf. Die afname in brandstofinspuiting in die dieselenjin lei tot die afname in uitlaattemperatuur en vloeitempo.

Die verkoelingskapasiteit het effens toegeneem en toe vinnig gedaal na 'n ander stabiele waarde, van 579.79 kW tot 507.15 kW. Soos uit figuur 9 gesien kan word, het die verkoelingskoëffisiënt effens toegeneem en toe afgeneem van 1.394 tot 1.402. Die afname in die 16 kW dieselgeneratorlas het gelei tot die afname in die hitte-energie wat die hele 16 kW dieselgeneratorstelsel binnedring, wat gelei het tot die afname in die verkoelingskapasiteit van die verkoeler, maar die verkoelingskoëffisiënt het effens toegeneem, en die hele dinamiese proses is teen ongeveer 2000's voltooi.

4 GEVOLGTREKKING

Deur 'n residensiële gebied van 'n eiland as voorbeeld te neem, word 'n nuwe energiebesparende verkoelingstegnologie bestudeer wat afvalhitte van dieselkragopwekking gebruik.

1) Die geïntegreerde ontwerp van 'n 16kw dieselgenerator-afvalhittebenutting-verkoelingstelsel is uitgevoer, en die ontwerpparameters is bepaal. Deur die statiese en dinamiese simulasieberekening van die stelsel word die stelselprestasie geanaliseer, dan word die beheerstelsel ontwerp en die optimalisering van die stelsel word gerealiseer.

2) die bestendige-toestand simulasie word uitgevoer in die ontwerptoestand, en die relatiewe fout is minder as 3%, wat voldoen aan die ontwerpvereiste en die akkuraatheid en korrektheid van die model bevestig. Volgens die resultate van die bestendige-toestand simulasie is die totale energieverbruikskoëffisiënt van die stelsel ongeveer 0.813, wat voldoen aan die ontwerpvereistes.

3) die dinamiese simulasie van 16kw lasversteuring word uitgevoer, wat lei tot die vermindering van die 16kw las, die vermindering van die kragopwekking, die vermindering van die hitte-energie van die uitlaatgas, die vermindering van die verkoelingskapasiteit en die effense toename van die verkoelingskoëffisiënt. Die simulasieresultate toon dat die verkoelingskapasiteit van die 16kw kragstasie laer is as dié van die 16kw kragstasie, en die uitset van die 16kw kragstasie is laer as dié van die 16kw kragstasie, en die hitte-energie van die uitlaatgas is laer as dié van die 16kw dieselgenerator.