تحليل التصميم والأداء لـمولد ديزل 16 كيلو واتنظام التبريد باستخدام الحرارة المهدرة

من خلال البحث السابق، فإن تصميم ومحاكاة نظام توليد الطاقة المشترك الموزع هو أيضًا وضع.

1 تصميم تكامل النظام

يتم تشغيل منطقة السكن الجزيرة المحددة بواسطة مولد ديزل 16 كيلو وات، يحتوي غاز العادم لمحرك الديزل على الكثير من الطاقة الحرارية، ويأخذ مبرد امتصاص بروميد الليثيوم غاز العادم كمصدر حرارة عامل لتبريد المستخدمين. من أجل زيادة النطاق القابل للتعديل لحمل التبريد، يتم اعتماد ثلاجة من نوع الاحتراق اللاحق. يظهر التصميم العام لنظام مولد الديزل 16 كيلو وات في الجزيرة في الشكل 1.

استنادًا إلى مبدأ تصميم التبريد الكهربائي (مطابقة المبرد وفقًا لمولد ديزل 16 كيلو وات)، يتم إجراء اختيار مطابقة المبرد في هذه الورقة. تبلغ المساحة الأرضية الإجمالية للمنطقة السكنية حوالي 4850 مترًا مربعًا ومولد ديزل 16 كيلو وات بقوة مقدرة 350 كيلو وات. ينتج مولد الديزل 16 كيلو وات غاز العادم عند درجة حرارة تبلغ حوالي 450°c، والطاقة الحرارية المتاحة للمبرد حوالي 420 كيلو واط. تم اختيار مبرد امتصاص بروميد الليثيوم المتوازي مزدوج التأثير مع معامل تبريد 1.4 وقوة 582 كيلو واط. يبلغ متوسط ​​حمل التبريد لمستخدمي الجزيرة 120 واط / م 2. وفقًا للتحقيق، فإن 120 واط / م 2 تلبي طلب مستخدمي الجزيرة لحمل التبريد. لذلك، عندما يتم تشغيل مولد الديزل 16 كيلو واط في ظل ظروف العمل المقدرة، يمكن للحرارة المهدرة من غاز العادم تلبية طلب الثلاجة. تظهر معلمات تصميم نظام تبريد مولد الديزل 16 كيلو واط في الجدول 1.

2. النمذجة الرياضية

نظام تبريد مولد الديزل 16 كيلو وات معقد للغاية، والذي ينطوي على العديد من الموضوعات مثل الديناميكيات والديناميكا الحرارية ونقل الحرارة، لذلك من المهم جدًا اختيار طريقة النمذجة المناسبة. في هذه الورقة، تم إنشاء نموذج محاكاة لنظام تبريد استغلال الحرارة المهدرة 16 كيلو وات باستخدام طريقة النمذجة المعيارية. نظام تبريد استغلال الحرارة المهدرة لمولد الديزل 16 كيلو وات هو نظام ترموديناميكي نموذجي، يتم تقسيم الوحدات وفقًا لمرور المادة العاملة والطاقة.

بعد تحديد فكرة النمذجة بأكملها، يجب علينا اختيار طريقة معقولة لمحاكاة تشغيل النظام بدقة.

تدرس هذه الورقة بشكل أساسي طاقة الخرج وطاقة الحرارة العادمة لمولد ديزل بقدرة 16 كيلو وات تحت أحمال مختلفة، دون النظر في عملية العمل الداخلية لمولد ديزل بقدرة 16 كيلو وات. يضمن النمذجة باستخدام طريقة المتوسط ​​دقة محاكاة مولد الديزل بقدرة 16 كيلو وات على مستوى تكامل النظام.

هناك العديد من أنواع المبادلات الحرارية في نظام تبريد مولد الديزل 16 كيلو وات، وهناك اقتران ضغط-تدفق بين المبادلات الحرارية. طريقة النمذجة التقليدية تقسم الوحدة وفقًا للنموذج الفيزيائي، وتحسب الضغط والتدفق لكل وحدة على حدة وفقًا لمعادلة التوازن، ويجب أن تلبي شرط تقييد الحدود المتساوية. لذلك، فإن الحساب التكراري أمر لا مفر منه ويتم زيادة وقت الحساب. من أجل حل هذه المشكلة، يتم إنشاء نموذج محاكاة لنظام تبريد مولد الديزل 16 كيلو وات باستخدام الحرارة المهدرة بواسطة طريقة القصور الذاتي الحجمي.

وفقًا لطريقة القصور الذاتي الحجمي، فإن معدل التدفق في كل مكون غير متوازن، ويتم اعتبار كل مكون وفقًا لرابط القصور الذاتي الحجمي. فهو يعتبر كل مكون كوحدة حجم، وأنبوب التوصيل بين كل مكون كوحدة مقاومة. بالنسبة لوحدة الحجم، وتجاهل المقاومة الداخلية للسائل، يكون الضغط داخل وحدة الحجم موحدًا. يمكن حساب الضغط في وحدة الحجم وفقًا لاختلاف معدل تدفق الكتلة عند كلا طرفي وحدة الحجم وتغير درجة الحرارة في وحدة الحجم. ومع ذلك، فإن فرق الضغط بين المدخل والمخرج وفقدان الاحتكاك لجدار الأنبوب يجعل التدفق يتغير، ويمكن حساب القيمة الديناميكية للتدفق وفقًا لحفظ الزخم.

بأخذ أنبوب بطول l كمثال، يتم تقسيمه إلى وحدة حجم ووحدة مقاومة، ويتم إنشاء نموذج حجم القصور الذاتي الخاص به.

1) وحدة الحجم.

معدل التدفق لكل وحدة زمنية إلى وحدة الحجم هو م1، ومعدل التدفق لكل وحدة زمنية خارج وحدة الحجم هو م2. وفقًا لحفظ الكتلة: التدفق إلى وحدة الحجم - التدفق خارج وحدة الحجم = زيادة كتلة وحدة الحجم، يمكن حساب زيادة كتلة وحدة الحجم:

في الصيغة: m هي كتلة السائل العامل في وحدة الحجم، كجم؛ v هو حجم السائل العامل في وحدة الحجم، م3؛ kg/m3 هي كثافة السائل العامل في وحدة الحجم؛ m1 وm2 هما تدفق كتلة السائل داخل وخارج وحدة الحجم، كجم/ثانية.

2) وحدة مقاومة.

في الوحدة المقاومة، يتغير معدل التدفق بسبب فرق الضغط ومقاومة الاحتكاك للسائل. وفقًا لقانون الحفاظ على الزخم الخطي: الزخم الذي يدخل الوحدة المقاومة - الزخم الذي يغادر الوحدة المقاومة + زخم القوة الخارجية = زيادة زخم الوحدة المقاومة، يمكن حساب كتلة السائل المتدفق عبر المقطع العرضي للوحدة المقاومة:

pagenumber_ebook=33,pagenumber_book=25

في الصيغة: m هو معدل تدفق كتلة السائل العامل عبر الأنبوب، كجم/ثانية؛ v هي سرعة السائل العامل، م/ثانية؛ a هي مساحة المقطع العرضي للأنبوب، م²؛ l هو طول الأنبوب، م؛ p 1 و p 2 هي الضغوط على جانبي الوحدة المقاومة، pa؛ ul هي مقاومة الاحتكاك للسائل على جدار الأنبوب، تمثل علامة الطرح مقاومة الاحتكاك في الاتجاه المعاكس لتدفق السائل، u هو محيط الأنبوب الرطب، u هي مقاومة الاحتكاك لكل وحدة مساحة، = 1/2 fv 2، f هو معامل الاحتكاك للمبادل الحراري على طول الطريق، والذي يمكن الحصول عليه وفقًا للصيغة التجريبية.

3 تحليل أداء النظام

في هذه الورقة، تم تقسيم مولد ديزل رباعي الأشواط بشاحن توربيني 16 كيلو وات إلى ضاغط، توربين، دوار توربيني، مبرد داخلي، أنبوب سحب وعادم، محافظ، أسطوانة ومولد، تم بناء نموذج محاكاة مولد ديزل 16 كيلو وات باستخدام الطريقة المتوسطة.

يحتوي نظام تبريد مولد الديزل 16 كيلو وات على عدد كبير من المبادلات الحرارية، ويتم استخدام طريقة القصور الذاتي الحجمي لبناء نماذج محاكاة لكل مكون. يتكون وسط العمل السائل في النظام بشكل أساسي من غاز النفايات، ومحلول بروميد الليثيوم، والماء، وبخار الماء، وما إلى ذلك. من أجل ضمان دقة حساب النموذج، تم إنشاء نموذج لحساب الخصائص الحرارية لوسط العمل وفقًا لصيغة التركيب. تم بناء نماذج محاكاة مبردات الامتصاص 16 كيلو وات وبروميد الليثيوم وتصحيح أخطائها على التوالي في برنامج MATLAB / SIMULINK. أخيرًا، تم دمج نموذج محاكاة مبردات مولد الديزل 16 كيلو وات باستخدام الحرارة المهدرة كما هو موضح في الشكل 4.

في محاكاة الحالة المستقرة، وفقًا لمعلمات التصميم، أولاً، يتم تعيين الشروط الحدودية في برنامج محاكاة matlab/simulink، ويتم تعيين القيم الأولية لمتغيرات الحالة للنموذج. يتم استخدام خوارزمية ode45 ذات دقة المحاكاة العالية لتعيين وقت المحاكاة على أنه 2000s. يوضح الجدول 2 المقارنة بين نتائج محاكاة الحالة المستقرة ومعلمات التصميم.

يوضح الجدول 2 أن الخطأ النسبي بين قيمة محاكاة الحالة المستقرة ومعلمات تصميم نظام تبريد مولد الديزل 16 كيلو وات أقل من 3٪ ، مما يلبي متطلبات دقة محاكاة النظام ويتحقق من صحة ودقة نموذج المحاكاة. يتم الحصول على المعلمات الحرارية لوسط العمل في النظام عن طريق صيغة التركيب ، ويتم إجراء الافتراضات اللازمة في النمذجة ، وسيتم تكبير أخطاء المكونات عند تجميعها ، وهذه هي أسباب الأخطاء النسبية.

بناءً على نتائج محاكاة الحالة المستقرة، تم تقييم معامل استخدام الطاقة الإجمالي لنظام تبريد استغلال الحرارة المهدرة لمولد الديزل 16 كيلو وات. طريقة حساب معامل استخدام الطاقة الإجمالي للنظام هي صيغة.

x هو معامل استخدام الطاقة الإجمالي لنظام مولد الديزل 16 كيلو وات، pg هو مولد الديزل 16 كيلو وات، kw، rc هو مبرد الامتصاص libr، kw، ec هو استهلاك الطاقة الآخر للنظام، kw؛ fc هو استهلاك وقود مولد الديزل، kw؛ pc هو استهلاك طاقة النظام، kw.

في ظل ظروف التشغيل المصممة، فإن مولد الديزل 16 كيلو وات لديه سعة 357.6 كيلو وات، ومبرد امتصاص بروميد الليثيوم لديه سعة 579.79 كيلو وات، واستهلاك الطاقة الأخرى للنظام هو 132 كيلو وات، واستهلاك الوقود لمولد الديزل 16 كيلو وات حوالي 1286 كيلو وات، واستهلاك الطاقة للمضخات وغيرها من المعدات المستهلكة للطاقة في النظام حوالي 30 كيلو وات.

وفقًا لحساب الصيغة (6)، فإن معامل استخدام الطاقة الإجمالي لنظام تبريد مولد الديزل 16 كيلو وات هو حوالي 0.813، ويتم تحسين كفاءة استخدام الطاقة بشكل كبير، والتي تزيد عن 0.8، وتلبي متطلبات التصميم.

يتم تحديد حمل مولد الديزل 16 كيلو وات من خلال استهلاك الطاقة. سيؤدي تغيير الحمل إلى تغيير درجة حرارة العادم ومعدل تدفق مولد الديزل 16 كيلو وات، مما سيؤثر على قدرة التبريد لمبرد امتصاص بروميد الليثيوم أسفل النظام.

العملية الديناميكية الحرارية للنظام معقدة، مع تأخيرات بالقصور الذاتي. ضبط وقت المحاكاة بالكامل إلى 6000 ثانية، بدءًا من عام 2000، وإضافة تغيير الخطوة، يتم تقليل حمل مولد الديزل 16 كيلو وات من 100٪ إلى 80٪، ويتم إجراء حساب المحاكاة الديناميكية.

بدءًا من العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، تم تقليل الحمل من 352.3 كيلو وات إلى 287.48 كيلو وات، وتدفق العادم من 1.3187 كجم إلى 1.1192 كجم، ودرجة حرارة العادم من 462تتراوح درجة الحرارة من °c إلى 453 °c لمولد الديزل 16 كيلو وات. تستغرق عملية الاستجابة الديناميكية بأكملها حوالي 100 ثانية. يتم تقليل حمل الديزل بنسبة 20٪، وتزداد سرعة محرك الديزل، ويستجيب المنظم بسرعة، ويقلل من حقن الوقود للحفاظ على استقرار السرعة عند نقطة الضبط. يؤدي انخفاض حقن الوقود في محرك الديزل إلى انخفاض درجة حرارة العادم ومعدل التدفق.

زادت سعة التبريد قليلاً ثم انخفضت بسرعة إلى قيمة مستقرة أخرى، من 579.79 كيلو وات إلى 507.15 كيلو وات. كما يمكن أن نرى من الشكل 9، زاد معامل التبريد قليلاً ثم انخفض من 1.394 إلى 1.402. أدى انخفاض حمل مولد الديزل 16 كيلو وات إلى انخفاض الطاقة الحرارية التي تدخل نظام مولد الديزل 16 كيلو وات بالكامل، مما أدى إلى انخفاض سعة التبريد للمبرد، لكن معامل التبريد زاد قليلاً، وتم الانتهاء من العملية الديناميكية بأكملها حوالي عام 2000.

4 الخاتمة

من خلال استخدام منطقة سكنية في جزيرة كمثال، تتم دراسة تقنية تبريد جديدة موفرة للطاقة باستخدام الحرارة المهدرة من توليد الطاقة بالديزل.

1) تم تنفيذ التصميم المتكامل لنظام تبريد استغلال الحرارة المهدرة لمولد ديزل بقدرة 16 كيلو وات، وتم تحديد معلمات التصميم. من خلال حسابات المحاكاة الثابتة والديناميكية للنظام، يتم تحليل أداء النظام، ثم يتم تصميم نظام التحكم وتحقيق تحسين النظام.

2) يتم إجراء محاكاة الحالة المستقرة في حالة التصميم، والخطأ النسبي أقل من 3٪، مما يلبي متطلبات التصميم ويثبت دقة وصحة النموذج. وفقًا لنتائج محاكاة الحالة المستقرة، فإن معامل استخدام الطاقة الإجمالي للنظام هو حوالي 0.813، وهو ما يلبي متطلبات التصميم.

3) يتم إجراء محاكاة ديناميكية لاضطراب الحمل 16 كيلو وات، مما يؤدي إلى تقليل الحمل 16 كيلو وات، وتقليل توليد الطاقة، وتقليل الطاقة الحرارية لغاز العادم، وتقليل سعة التبريد والزيادة الطفيفة في معامل التبريد. تظهر نتائج المحاكاة أن سعة التبريد لمحطة الطاقة 16 كيلو وات أقل من محطة الطاقة 16 كيلو وات، وأن ناتج محطة الطاقة 16 كيلو وات أقل من ناتج محطة الطاقة 16 كيلو وات، وأن الطاقة الحرارية لغاز العادم أقل من تلك الموجودة في مولد الديزل 16 كيلو وات.