Projekteerimise ja toimivuse analüüs A16 kW diiselgeneraatorJäätmesoojust kasutav külmutussüsteem

Varasema uurimisolukorra põhjal on hajutatud koostootmissüsteemi projekteerimine ja simulatsioon liiga keeruline.

1 süsteemi integreerimise disain

Valitud saare elamupiirkonda toidab 16 kW diiselgeneraator, diiselmootori heitgaas sisaldab palju soojusenergiat ja liitiumbromiidil töötav absorptsioonjahuti võtab heitgaasi töötava soojusallikana, et kasutajatele jahutada. Jahutuskoormuse reguleerimisulatuse suurendamiseks kasutatakse järelpõlemistüüpi külmikut. Saare 16 kW diiselgeneraatori süsteemi üldine disain on illustreeritud joonisel 1.

Selles artiklis valitakse sobiv jahuti, mis põhineb elektrilise jahutuse projekteerimispõhimõttel (sobiv jahuti vastavalt 16 kW diiselgeneraatorile). Elamu pindala on umbes 4850 m2 ja 16 kW diiselgeneraatori nimivõimsus on 350 kW. 16 kW diiselgeneraator toodab heitgaase temperatuuril umbes 450 °C.°C ja jahutile kättesaadav soojusenergia on umbes 420 kW. Valiti kahetoimeline paralleelne liitiumbromiidi absorptsioonjahuti jahutuskoefitsiendiga 1,4 ja võimsusega 582 kW. Saarekasutajate keskmine jahutuskoormus on 120 W/m2. Uuringu kohaselt vastab 120 W/m2 saarekasutajate jahutusvajadusele. Seega, kui 16 kW diiselgeneraator töötab nimitöötingimustes, saab heitgaaside jääksoojus rahuldada külmiku vajaduse. 16 kW diiselgeneraatori jahutussüsteemi projekteerimisparameetrid on esitatud tabelis 1.

2. Matemaatiline modelleerimine

16 kW diiselgeneraatori jahutussüsteem on väga keerukas, hõlmates paljusid valdkondi, nagu dünaamika, termodünaamika ja soojusülekanne, seega on väga oluline valida sobiv modelleerimismeetod. Selles töös luuakse 16 kW jääksoojuse kasutamisega jahutussüsteemi simulatsioonimudel modulaarse modelleerimismeetodi abil. 16 kW diiselgeneraatori jääksoojuse kasutamisega jahutussüsteem on tüüpiline termodünaamiline süsteem, moodulid on jagatud vastavalt tööaine ja energia läbipääsule.

Pärast kogu modelleerimisidee kindlaksmääramist peaksime valima mõistliku meetodi süsteemi toimimise täpseks simuleerimiseks.

See artikkel uurib peamiselt 16 kW diiselgeneraatori väljundvõimsust ja heitgaaside soojusenergiat erinevate koormuste korral, arvestamata 16 kW diiselgeneraatori sisemist tööprotsessi. Keskmistamismeetodi abil modelleerimine tagab 16 kW diiselgeneraatori simulatsiooni täpsuse süsteemi integreerimise tasandil.

16 kW diiselgeneraatori jahutussüsteemis on mitut tüüpi soojusvaheteid ning soojusvahetite vahel on rõhu-voolu seos. Traditsiooniline modelleerimismeetod jagab mooduli vastavalt füüsikalisele mudelile, arvutab iga mooduli rõhu ja voolu eraldi vastavalt tasakaaluvõrrandile ning peab vastama võrdse piiri tingimusele. Seetõttu on iteratiivne arvutamine vältimatu ja arvutusaeg pikeneb. Selle probleemi lahendamiseks luuakse mahulise inertsi meetodil 16 kW diiselgeneraatori jahutussüsteemi simulatsioonimudel, mis kasutab jääksoojust.

Mahulise inertsi meetodi kohaselt ei ole iga komponendi voolukiirus tasakaalustatud ja iga komponenti vaadeldakse mahulise inertsi seose järgi. See käsitleb iga komponenti mahumoodulina ja iga komponendi vahelist ühendustoru takistusmoodulina. Mahumooduli puhul, ignoreerides sisemist vedeliku takistust, on rõhk mahumoodulis ühtlane. Rõhku mahumoodulis saab arvutada mahumooduli mõlema otsa massivoolukiiruse erinevuse ja mahumooduli temperatuurimuutuse järgi. Sisse- ja väljalaskeava vaheline rõhuerinevus ning toru seina hõõrdekadu muudavad aga voogu ning dünaamilist voo väärtust saab arvutada impulsi jäävuse seaduse järgi.

Näiteks l-toru pikkus jagatakse mahumooduliks ja takistusmooduliks ning luuakse selle mahu inertsi mudel.

1) helitugevuse moodul.

Voolukiirus ajaühikus mahumoodulisse on M1 ja voolukiirus ajaühikus mahumoodulist välja on M2. Massi jäävuse seaduse kohaselt: vool mahumoodulisse - vool mahumoodulist välja = mahumooduli massi juurdekasv, mahumooduli massi juurdekasvu saab arvutada järgmiselt:

Valemis: M on töövedeliku mass mahumoodulis, kg; v on töövedeliku maht mahumoodulis, M3; kg/m3 on töövedeliku tihedus mahumoodulis; M1 ja M2 on vedeliku massivool mahumoodulisse sisse ja välja, kg/s.

2) takistusmoodul.

Takistikus moodulis muutub voolukiirus rõhu erinevuse ja vedeliku hõõrdetakistuse tõttu. Lineaarse impulsi jäävuse seaduse kohaselt: takistusmoodulisse sisenev impulss - takistusmoodulist lahkuv impulss + välise jõu impulss = takistusmooduli impulsi juurdekasv, takistusmooduli ristlõike läbiva vedeliku massi saab arvutada järgmiselt:

pagenumber_ebook=33,pagenumber_book=25

Valemis: M on töövedeliku massivoolukiirus läbi toru, kg/s; v on töövedeliku kiirus, m/s; a on toru ristlõikepindala, m 2; l on toru pikkus, m; p 1 ja P 2 on rõhud takistusmooduli mõlemal küljel, PA; UL on vedeliku hõõrdetakistus toru seinal, miinusmärk tähistab hõõrdetakistust vedeliku voolu suhtes vastassuunas, U on toru märgümbermõõt, U on hõõrdetakistus pindalaühiku kohta, = 1/2 FV 2, F on soojusvaheti hõõrdetegur piki teekonda, mille saab empiirilise valemi abil.

3 süsteemi jõudluse analüüs

Selles töös jagatakse neljataktiline turbomootoriga 16 kW diiselgeneraator kompressoriks, turbiiniks, turbiini rootoriks, vahejahutiks, sisselaske- ja väljalasketoruks, regulaatoriks, silindriks ja generaatoriks ning 16 kW diiselgeneraatori simulatsioonimudel ehitati keskmise meetodi abil.

16 kW diiselgeneraatori jahutussüsteemil on suur hulk soojusvaheteid ja iga komponendi simulatsioonimudelite loomiseks kasutatakse mahulise inertsi meetodit. Süsteemi vedel töökeskkond koosneb peamiselt heitgaasist, liitiumbromiidi lahusest, veest, veeaurust jne. Mudelarvutuse täpsuse tagamiseks loodi sobitusvalemi alusel mudel töökeskkonna termiliste omaduste arvutamiseks. 16 kW ja liitiumbromiidi absorptsioonjahutite simulatsioonimudelid on loodud ja silutud vastavalt Matlab/Simulink tarkvaras. Lõpuks on heitsoojust kasutavate 16 kW diiselgeneraatori jahutite simulatsioonimudel ühendatud, nagu on näidatud joonisel 4.

Püsiseisundi simulatsioonis seatakse vastavalt projekteerimisparameetritele esmalt Matlab/Simulink simulatsioonitarkvaras rajatingimused ja määratakse mudeli olekumuutujate algväärtused. Simulatsiooniajaks seatakse 2000 sekundit, kasutades suure simulatsioonitäpsusega ODE45 algoritmi. Tabel 2 näitab püsiseisundi simulatsioonitulemuste ja projekteerimisparameetrite võrdlust.

Tabel 2 näitab, et 16 kW diiselgeneraatori jahutussüsteemi püsiseisundi simulatsiooniväärtuse ja projekteerimisparameetrite vaheline suhteline viga on alla 3%, mis vastab süsteemi simulatsiooni täpsusnõudele ning kinnitab simulatsioonimudeli õigsust ja täpsust. Süsteemi töökeskkonna termilised parameetrid saadakse valemi sobitamise teel, modelleerimisel tehakse vajalikud eeldused ja komponentide vead suurenevad kokkupanemisel, mis on suhteliste vigade põhjused.

Püsiseisundi simulatsiooni tulemuste põhjal hinnati 16 kW diiselgeneraatori jääksoojuse utiliseerimise külmutussüsteemi koguenergia kasutustegurit. Süsteemi koguenergia kasutusteguri arvutamise meetod on valem.

X on 16 kW diiselgeneraatori süsteemi koguenergia kasutustegur, PG on 16 kW diiselgeneraator, kW, RC on vedeliku absorptsioonjahuti, kW, EC on süsteemi muu energiatarve, kW; FC on diiselgeneraatori kütusekulu, kW; PC on süsteemi energiatarve, kW.

Projekteeritud töötingimustes on 16 kW diiselgeneraatori võimsus 357,6 kW, liitiumbromiidi absorptsioonjahuti võimsus on 579,79 kW, süsteemi muu energiatarve on 132 kW ja 16 kW diiselgeneraatori kütusekulu on umbes 1286 kW, pumpade ja muude süsteemi energiat tarbivate seadmete energiatarve on umbes 30 kW.

Valemi (6) arvutuse kohaselt on 16 kW diiselgeneraatori jahutussüsteemi koguenergia kasutamise koefitsient umbes 0,813 ja energia kasutamise efektiivsus on oluliselt paranenud, ületades 0,8 ja vastates projekteerimisnõuetele.

16 kW diiselgeneraatori koormus määratakse energiatarbimise järgi. Koormuse muutus toob kaasa 16 kW diiselgeneraatori heitgaaside temperatuuri ja voolukiiruse muutuse, mis omakorda mõjutab süsteemi allavoolu asuva liitiumbromiidi absorptsioonjahuti jahutusvõimsust.

Süsteemi termodünaamiline protsess on keeruline ja inertsiaalsete viivitustega. Määrates kogu simulatsiooniajaks 6000 sekundit, alustades 2000 sekundist, lisades astmelise muutuse, vähendatakse 16 kW diiselgeneraatori koormust 100%-lt 80%-le ja teostatakse dünaamilise simulatsiooni arvutus.

Alates 2000. aastatest on koormus vähenenud 352,3 kW-lt 287,48 kW-le, heitgaaside vool 1,3187 kg-lt 1,1192 kg-le ja heitgaaside temperatuur 462 °C-lt.16 kW diiselgeneraatori temperatuur langeb 453 °C-ni. Kogu dünaamiline reageerimisprotsess kestab umbes 100 sekundit. Diiselmootori koormust vähendatakse 20%, diiselmootori pöörlemiskiirust suurendatakse, regulaatori kiire reageerimine ja kütuse sissepritse vähendatakse, et säilitada kiiruse stabiilsus seatud punktis. Kütuse sissepritse vähenemine diiselmootoris toob kaasa heitgaaside temperatuuri ja voolukiiruse languse.

Jahutusvõimsus suurenes veidi ja langes seejärel kiiresti uue stabiilse väärtuseni, 579,79 kW-lt 507,15 kW-ni. Nagu jooniselt 9 näha, suurenes jahutustegur veidi ja seejärel vähenes 1,394-lt 1,402-le. 16 kW diiselgeneraatori koormuse vähenemine tõi kaasa kogu 16 kW diiselgeneraatori süsteemi siseneva soojusenergia vähenemise, mis omakorda viis jahuti jahutusvõimsuse vähenemiseni, kuid jahutustegur suurenes veidi ja kogu dünaamiline protsess lõppes umbes 2000 sekundi pärast.

4 JÄRELDUS

Näiteks saare elamurajoonis uuritakse uut energiasäästlikku külmutustehnoloogiat, mis kasutab diiselmootoriga elektritootmise jääksoojust.

1) Viidi läbi 16 kW diiselgeneraatori jääksoojuse kasutamise külmutussüsteemi integreeritud projekteerimine ja määrati kindlaks projekteerimisparameetrid. Süsteemi staatilise ja dünaamilise simulatsiooniarvutuse abil analüüsiti süsteemi jõudlust, seejärel projekteeriti juhtimissüsteem ja optimeeriti süsteem.

2) statsionaarse simulatsiooni läbiviimiseks on kasutatud projekteerimistingimusi ja suhteline viga on alla 3%, mis vastab projekteerimisnõuetele ning kinnitab mudeli täpsust ja õigsust. Statsionaarse simulatsiooni tulemuste kohaselt on süsteemi koguenergia kasutamise koefitsient umbes 0,813, mis vastab projekteerimisnõuetele.

3) viiakse läbi 16 kW koormuse häiringu dünaamiline simulatsioon, mille tulemuseks on 16 kW koormuse vähenemine, energiatootmise vähenemine, heitgaaside soojusenergia vähenemine, jahutusvõimsuse vähenemine ja jahutusteguri vähene suurenemine. Simulatsiooni tulemused näitavad, et 16 kW elektrijaama jahutusvõimsus on madalam kui 16 kW elektrijaamal ning 16 kW elektrijaama väljundvõimsus on madalam kui 16 kW elektrijaamal ja heitgaaside soojusenergia on madalam kui 16 kW diiselgeneraatoril.