Σχεδιασμός και Ανάλυση Απόδοσης ενόςΓεννήτρια ντίζελ 16kwΣύστημα ψύξης που χρησιμοποιεί απορριπτόμενη θερμότητα

Από την προηγούμενη ερευνητική κατάσταση, ο σχεδιασμός και η προσομοίωση ενός κατανεμημένου συστήματος συμπαραγωγής είναι πολύ μοντέρνος.

1 σχεδιασμός ολοκλήρωσης συστήματος

Η επιλεγμένη κατοικημένη περιοχή του νησιού τροφοδοτείται από γεννήτρια ντίζελ 16kw, τα καυσαέρια του κινητήρα ντίζελ περιέχουν πολλή θερμική ενέργεια και ο ψύκτης απορρόφησης βρωμιούχου λιθίου χρησιμοποιεί τα καυσαέρια ως πηγή θερμότητας λειτουργίας για την ψύξη των χρηστών. Προκειμένου να αυξηθεί το ρυθμιζόμενο εύρος του ψυκτικού φορτίου, υιοθετείται ψυγείο τύπου μετάκαυσης. Ο συνολικός σχεδιασμός του συστήματος γεννήτριας ντίζελ 16kw του νησιού απεικονίζεται στο σχήμα 1.

Με βάση την αρχή σχεδιασμού της ηλεκτρικής ψύξης (σύνδεσμος ψύκτη σύμφωνα με γεννήτρια ντίζελ 16kw), η επιλογή του κατάλληλου ψύκτη πραγματοποιείται σε αυτή την εργασία. Η οικιστική περιοχή έχει μικτό εμβαδόν δαπέδου περίπου 4.850 M2 και γεννήτρια ντίζελ 16 kw ονομαστικής ισχύος 350 kw. Η γεννήτρια ντίζελ 16 kW παράγει καυσαέρια σε θερμοκρασία περίπου 450°C.°C και η θερμική ενέργεια που διατίθεται στον ψύκτη είναι περίπου 420 kW. Επιλέχθηκε ο ψύκτης διπλής δράσης παράλληλης απορρόφησης βρωμιούχου λιθίου με συντελεστή ψύξης 1,4 και ισχύ 582 kW. Το μέσο ψυκτικό φορτίο των χρηστών του νησιού είναι 120 W/m2. Σύμφωνα με την έρευνα, τα 120 W/m2 καλύπτουν τη ζήτηση των χρηστών του νησιού για ψυκτικό φορτίο. Επομένως, όταν η γεννήτρια ντίζελ 16 kw λειτουργεί υπό τις ονομαστικές συνθήκες λειτουργίας, η απορριπτόμενη θερμότητα από τα καυσαέρια μπορεί να καλύψει τη ζήτηση του ψυγείου. Οι παράμετροι σχεδιασμού του συστήματος ψύξης της γεννήτριας ντίζελ 16 kw παρουσιάζονται στον Πίνακα 1.

2. Μαθηματική μοντελοποίηση

Το σύστημα ψύξης με γεννήτρια ντίζελ 16kw είναι πολύπλοκο, το οποίο περιλαμβάνει πολλά θέματα όπως δυναμική, θερμοδυναμική και μεταφορά θερμότητας, επομένως είναι πολύ σημαντικό να επιλεγεί μια κατάλληλη μέθοδος μοντελοποίησης. Σε αυτή την εργασία, το μοντέλο προσομοίωσης του συστήματος ψύξης αξιοποίησης απορριπτόμενης θερμότητας 16kw δημιουργείται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο αρθρωτής μοντελοποίησης. Το σύστημα ψύξης αξιοποίησης απορριπτόμενης θερμότητας με γεννήτρια ντίζελ 16kw είναι ένα τυπικό θερμοδυναμικό σύστημα, οι ενότητες του οποίου χωρίζονται ανάλογα με τη διέλευση της εργαζόμενης ουσίας και της ενέργειας.

Αφού προσδιορίσουμε ολόκληρη την ιδέα της μοντελοποίησης, θα πρέπει να επιλέξουμε μια λογική μέθοδο για την ακριβή προσομοίωση της λειτουργίας του συστήματος.

Αυτή η εργασία μελετά κυρίως την ισχύ εξόδου και την θερμική ενέργεια εξάτμισης μιας γεννήτριας ντίζελ 16kw υπό διαφορετικά φορτία, χωρίς να λαμβάνει υπόψη την εσωτερική διαδικασία λειτουργίας της γεννήτριας ντίζελ 16kw. Η μοντελοποίηση χρησιμοποιώντας τη μέθοδο μέσου όρου διασφαλίζει την ακρίβεια της προσομοίωσης της γεννήτριας ντίζελ 16kw σε επίπεδο ολοκλήρωσης συστήματος.

Υπάρχουν πολλοί τύποι εναλλακτών θερμότητας στο σύστημα ψύξης μιας γεννήτριας ντίζελ 16kw και υπάρχει σύζευξη πίεσης-ροής μεταξύ των εναλλακτών θερμότητας. Η παραδοσιακή μέθοδος μοντελοποίησης διαιρεί τη μονάδα σύμφωνα με το φυσικό μοντέλο, υπολογίζει την πίεση και τη ροή κάθε μονάδας ξεχωριστά σύμφωνα με την εξίσωση ισορροπίας και πρέπει να ικανοποιεί την συνθήκη περιορισμού οριακής ισότητας. Επομένως, ο επαναληπτικός υπολογισμός είναι αναπόφευκτος και ο χρόνος υπολογισμού αυξάνεται. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, δημιουργείται ένα μοντέλο προσομοίωσης ενός συστήματος ψύξης γεννήτριας ντίζελ 16kw που χρησιμοποιεί απορριπτόμενη θερμότητα με τη μέθοδο της ογκομετρικής αδράνειας.

Σύμφωνα με τη μέθοδο ογκομετρικής αδράνειας, ο ρυθμός ροής σε κάθε εξάρτημα δεν είναι ισορροπημένος και κάθε εξάρτημα εξετάζεται σύμφωνα με τον ογκομετρικό σύνδεσμο αδράνειας. Θεωρεί κάθε εξάρτημα ως μονάδα όγκου και τον σωλήνα σύνδεσης μεταξύ κάθε εξαρτήματος ως μονάδα αντίστασης. Για τη μονάδα όγκου, αγνοώντας την εσωτερική αντίσταση ρευστού, η πίεση στο εσωτερικό της μονάδας όγκου είναι ομοιόμορφη. Η πίεση στη μονάδα όγκου μπορεί να υπολογιστεί σύμφωνα με τη διαφορά του ρυθμού ροής μάζας και στα δύο άκρα της μονάδας όγκου και την αλλαγή θερμοκρασίας στη μονάδα όγκου. Ωστόσο, η διαφορά πίεσης μεταξύ εισόδου και εξόδου και η απώλεια τριβής του τοιχώματος του σωλήνα προκαλούν αλλαγή στη ροή και η δυναμική τιμή της ροής μπορεί να υπολογιστεί σύμφωνα με τη διατήρηση της ορμής.

Λαμβάνοντας ως παράδειγμα ένα μήκος σωλήνα l, αυτός χωρίζεται σε ενότητα όγκου και ενότητα αντίστασης, και δημιουργείται το μοντέλο αδράνειας όγκου του.

1) μονάδα όγκου.

Ο ρυθμός ροής ανά μονάδα χρόνου στη μονάδα όγκου είναι M1 και ο ρυθμός ροής ανά μονάδα χρόνου έξω από τη μονάδα όγκου είναι M2. Σύμφωνα με την αρχή διατήρησης της μάζας: Ροή στη μονάδα όγκου - ροή έξω από τη μονάδα όγκου = αύξηση μάζας μονάδας όγκου, η αύξηση μάζας μονάδας όγκου μπορεί να υπολογιστεί:

Στον τύπο: M είναι η μάζα του εργαζόμενου ρευστού στη μονάδα όγκου, kg· v είναι ο όγκος του εργαζόμενου ρευστού στη μονάδα όγκου, M3· kg/m3 είναι η πυκνότητα του εργαζόμενου ρευστού στη μονάδα όγκου· M1 και M2 είναι η ροή μάζας του ρευστού μέσα και έξω από τη μονάδα όγκου, kg/s.

2) μονάδα αντίστασης.

Στην αντιστατική μονάδα, ο ρυθμός ροής αλλάζει λόγω της διαφοράς πίεσης και της αντίστασης τριβής του ρευστού. Σύμφωνα με τον νόμο διατήρησης της ΓΡΑΜΜΙΚΗΣ ΟΡΜΗΣ: Η ορμή που εισέρχεται στην αντιστατική μονάδα - η ορμή που εξέρχεται από την αντιστατική μονάδα + η ορμή της εξωτερικής δύναμης = η αύξηση της ορμής της αντιστατικής μονάδας, η μάζα του ρευστού που ρέει μέσω της διατομής της αντιστατικής μονάδας μπορεί να υπολογιστεί:

pagenumber_ebook=33,pagenumber_book=25

Στον τύπο: M είναι η παροχή μάζας του εργαζόμενου ρευστού μέσω του σωλήνα, kg/s· v είναι η ταχύτητα του εργαζόμενου ρευστού, m/s· a είναι η διατομή του σωλήνα, m2· l είναι το μήκος του σωλήνα, m· p1 και P2 είναι οι πιέσεις και στις δύο πλευρές της μονάδας αντίστασης, PA· UL είναι η αντίσταση τριβής του ρευστού στο τοίχωμα του σωλήνα, το πρόσημο μείον αντιπροσωπεύει την αντίσταση τριβής στην αντίθετη κατεύθυνση από τη ροή του ρευστού, U είναι η υγρή περιφέρεια του σωλήνα, U είναι η αντίσταση τριβής ανά μονάδα επιφάνειας, = 1/2 FV2, F είναι ο συντελεστής τριβής του εναλλάκτη θερμότητας κατά μήκος της διαδρομής, ο οποίος μπορεί να ληφθεί σύμφωνα με τον εμπειρικό τύπο.

3 ανάλυση απόδοσης συστήματος

Σε αυτή την εργασία, μια τετράχρονη υπερτροφοδοτούμενη γεννήτρια ντίζελ 16kw χωρίζεται σε συμπιεστή, τουρμπίνα, ρότορα τουρμπίνας, intercooler, σωλήνα εισαγωγής και εξαγωγής, ρυθμιστή στροφών, κύλινδρο και γεννήτρια, ενώ κατασκευάστηκε ένα μοντέλο προσομοίωσης γεννήτριας ντίζελ 16kw χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του μέσου όρου.

Το σύστημα ψύξης με γεννήτρια ντίζελ 16kw διαθέτει μεγάλο αριθμό εναλλακτών θερμότητας και η μέθοδος ογκομετρικής αδράνειας χρησιμοποιείται για την κατασκευή των μοντέλων προσομοίωσης κάθε εξαρτήματος. Το υγρό μέσο εργασίας στο σύστημα αποτελείται κυρίως από απαέρια, διάλυμα βρωμιούχου λιθίου, νερό, υδρατμούς κ.ο.κ. Προκειμένου να διασφαλιστεί η ακρίβεια του υπολογισμού του μοντέλου, δημιουργήθηκε ένα μοντέλο για τον υπολογισμό των θερμικών ιδιοτήτων του μέσου εργασίας σύμφωνα με τον τύπο προσαρμογής. Τα μοντέλα προσομοίωσης των ψυκτών απορρόφησης 16kw και βρωμιούχου λιθίου κατασκευάζονται και διορθώνονται αντίστοιχα στο λογισμικό Matlab/Simulink. Τέλος, το μοντέλο προσομοίωσης των ψυκτών γεννήτριας ντίζελ 16kw που χρησιμοποιούν απορριπτόμενη θερμότητα συνδυάζεται όπως φαίνεται στο σχήμα 4.

Στην προσομοίωση σταθερής κατάστασης, σύμφωνα με τις παραμέτρους σχεδιασμού, αρχικά, ορίζονται οι οριακές συνθήκες στο λογισμικό προσομοίωσης Matlab/Simulink και ορίζονται οι αρχικές τιμές των μεταβλητών κατάστασης του μοντέλου. Ο αλγόριθμος ODE45 με υψηλή ακρίβεια προσομοίωσης χρησιμοποιείται για να ορίσει τον χρόνο προσομοίωσης στα 2000s. Ο Πίνακας 2 δείχνει τη σύγκριση μεταξύ των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης σταθερής κατάστασης και των παραμέτρων σχεδιασμού.

Ο Πίνακας 2 δείχνει ότι το σχετικό σφάλμα μεταξύ της τιμής προσομοίωσης σταθερής κατάστασης και των παραμέτρων σχεδιασμού του συστήματος ψύξης γεννήτριας ντίζελ 16kw είναι μικρότερο από 3%, γεγονός που πληροί την απαίτηση ακρίβειας προσομοίωσης συστήματος και επαληθεύει την ορθότητα και την ακρίβεια του μοντέλου προσομοίωσης. Οι θερμικές παράμετροι του μέσου εργασίας στο σύστημα λαμβάνονται με τον τύπο προσαρμογής, οι απαραίτητες υποθέσεις γίνονται στη μοντελοποίηση και τα σφάλματα των εξαρτημάτων θα μεγεθυνθούν κατά τη συναρμολόγησή τους, αυτοί είναι οι λόγοι για τα σχετικά σφάλματα.

Με βάση τα αποτελέσματα της προσομοίωσης σταθερής κατάστασης, αξιολογήθηκε ο Συντελεστής Συνολικής Χρήσης Ενέργειας του συστήματος ψύξης με γεννήτρια ντίζελ 16kw για την αξιοποίηση της απορριπτόμενης θερμότητας. Η μέθοδος υπολογισμού του Συντελεστή Συνολικής Χρήσης Ενέργειας του συστήματος είναι η μορφή ενός τύπου.

Το X είναι ο συνολικός Συντελεστής Αξιοποίησης Ενέργειας του συστήματος γεννήτριας ντίζελ 16kw, το PG είναι η γεννήτρια ντίζελ 16kw, σε kW, το RC είναι το ψυκτικό συγκρότημα απορρόφησης libr, σε kW, το EC είναι η άλλη κατανάλωση ενέργειας του συστήματος, σε kW. Το FC είναι η κατανάλωση καυσίμου της γεννήτριας ντίζελ, σε kW. Το PC είναι η κατανάλωση ισχύος του συστήματος, σε kW.

Υπό τις σχεδιασμένες συνθήκες λειτουργίας, η γεννήτρια ντίζελ 16kw έχει χωρητικότητα 357,6 kW, ο ψύκτης απορρόφησης βρωμιούχου λιθίου έχει χωρητικότητα 579,79 kW, η άλλη κατανάλωση ενέργειας του συστήματος είναι 132 kW και η κατανάλωση καυσίμου της γεννήτριας ντίζελ 16kw είναι περίπου 1286 kW, η κατανάλωση ισχύος των αντλιών και άλλου εξοπλισμού που καταναλώνει ενέργεια στο σύστημα είναι περίπου 30kw.

Σύμφωνα με τον υπολογισμό του Τύπου (6), ο Συντελεστής Συνολικής Χρήσης Ενέργειας του συστήματος ψύξης με γεννήτρια ντίζελ 16kw είναι περίπου 0,813 και η απόδοση χρήσης ενέργειας βελτιώνεται σημαντικά, η οποία είναι μεγαλύτερη από 0,8, και πληροί τις απαιτήσεις σχεδιασμού.

Το φορτίο της γεννήτριας ντίζελ 16kw καθορίζεται από την κατανάλωση ενέργειας. Η αλλαγή του φορτίου θα έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή της θερμοκρασίας και του ρυθμού ροής των καυσαερίων της γεννήτριας ντίζελ 16kw, η οποία θα επηρεάσει την ψυκτική ικανότητα του ψύκτη απορρόφησης βρωμιούχου λιθίου κατάντη του συστήματος.

Η θερμοδυναμική διαδικασία του συστήματος είναι πολύπλοκη, με αδρανειακές καθυστερήσεις. Ορίζοντας ολόκληρο τον χρόνο προσομοίωσης στα 6000s, ξεκινώντας από τη δεκαετία του 2000, προσθέτοντας τη βαθμιδωτή αλλαγή, το φορτίο της γεννήτριας ντίζελ 16kw μειώνεται από 100% σε 80% και πραγματοποιείται ο υπολογισμός της δυναμικής προσομοίωσης.

Ξεκινώντας από τη δεκαετία του 2000, το φορτίο μειώνεται από 352,3 kW σε 287,48 kW, η ροή καυσαερίων από 1,3187 kgs σε 1,1192 kgs και η θερμοκρασία καυσαερίων από 462°F.°C έως 453 °C για τη γεννήτρια ντίζελ 16kw. Η συνολική διαδικασία δυναμικής απόκρισης είναι περίπου 100 δευτερόλεπτα. Το φορτίο ντίζελ μειώνεται κατά 20%, οι στροφές του κινητήρα ντίζελ αυξάνονται, ο ρυθμιστής ταχείας απόκρισης μειώνει τον ψεκασμό καυσίμου για να διατηρηθεί η σταθερότητα της ταχύτητας στο καθορισμένο σημείο. Η μείωση του ψεκασμού καυσίμου στον κινητήρα ντίζελ έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της θερμοκρασίας και του ρυθμού ροής των καυσαερίων.

Η ψυκτική ισχύς αυξήθηκε ελαφρώς και στη συνέχεια μειώθηκε γρήγορα σε μια άλλη σταθερή τιμή, από 579,79 kW σε 507,15 kW. Όπως φαίνεται από το σχήμα 9, ο συντελεστής ψύξης αυξήθηκε ελαφρώς και στη συνέχεια μειώθηκε από 1,394 σε 1,402. Η μείωση του φορτίου της γεννήτριας ντίζελ 16kw είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση της θερμικής ενέργειας που εισερχόταν σε ολόκληρο το σύστημα γεννήτριας ντίζελ 16kw, γεγονός που οδήγησε στη μείωση της ψυκτικής ισχύος του ψύκτη, αλλά ο συντελεστής ψύξης αυξήθηκε ελαφρώς και ολόκληρη η δυναμική διαδικασία ολοκληρώθηκε περίπου στη δεκαετία του 2000.

4 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Λαμβάνοντας ως παράδειγμα μια κατοικημένη περιοχή ενός νησιού, μελετάται μια νέα τεχνολογία ψύξης εξοικονόμησης ενέργειας που χρησιμοποιεί την απορριπτόμενη θερμότητα από την παραγωγή ενέργειας από ντίζελ.

1) Πραγματοποιήθηκε ο ολοκληρωμένος σχεδιασμός ενός συστήματος ψύξης αξιοποίησης της απορριπτόμενης θερμότητας από γεννήτρια ντίζελ 16kw και προσδιορίστηκαν οι παράμετροι σχεδιασμού. Μέσω του στατικού και δυναμικού υπολογισμού προσομοίωσης του συστήματος, αναλύεται η απόδοση του συστήματος, στη συνέχεια σχεδιάζεται το σύστημα ελέγχου και πραγματοποιείται η βελτιστοποίηση του συστήματος.

2) η προσομοίωση σταθερής κατάστασης πραγματοποιείται στις συνθήκες σχεδιασμού και το σχετικό σφάλμα είναι μικρότερο από 3%, γεγονός που πληροί τις απαιτήσεις σχεδιασμού και επικυρώνει την ακρίβεια και την ορθότητα του μοντέλου. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της προσομοίωσης σταθερής κατάστασης, ο συνολικός συντελεστής αξιοποίησης ενέργειας του συστήματος είναι περίπου 0,813, ο οποίος πληροί τις απαιτήσεις σχεδιασμού.

3) Πραγματοποιείται δυναμική προσομοίωση διαταραχής φορτίου 16kw, η οποία έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του φορτίου 16kw, τη μείωση της παραγωγής ενέργειας, τη μείωση της θερμικής ενέργειας των καυσαερίων, τη μείωση της ψυκτικής ικανότητας και τη μικρή αύξηση του συντελεστή ψύξης. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης δείχνουν ότι η ψυκτική ικανότητα του σταθμού παραγωγής ενέργειας 16kw είναι χαμηλότερη από αυτή του σταθμού παραγωγής ενέργειας 16kw, και η απόδοση του σταθμού παραγωγής ενέργειας 16kw είναι χαμηλότερη από αυτή του σταθμού παραγωγής ενέργειας 16kw, και η θερμική ενέργεια των καυσαερίων είναι χαμηλότερη από αυτή της γεννήτριας ντίζελ 16kw.