एक का डिजाइन और प्रदर्शन विश्लेषण16 किलोवाट डीजल जनरेटरअपशिष्ट ऊष्मा का उपयोग करने वाली प्रशीतन प्रणाली

पिछले शोध की स्थिति से, वितरित सह उत्पादन प्रणाली का डिजाइन और सिमुलेशन बहुत मोड है।

1 सिस्टम एकीकरण डिज़ाइन

चयनित द्वीप आवासीय क्षेत्र 16 किलोवाट डीजल जनरेटर द्वारा संचालित है। डीजल इंजन की निकास गैस में बहुत अधिक ऊष्मा ऊर्जा होती है, और लिथियम ब्रोमाइड अवशोषण प्रशीतन यंत्र निकास गैस को कार्यशील ऊष्मा स्रोत के रूप में उपयोग करके उपयोगकर्ताओं के लिए प्रशीतन करता है। शीतलन भार की समायोज्य सीमा को बढ़ाने के लिए, आफ्टरबर्निंग प्रकार के रेफ्रिजरेटर का उपयोग किया जाता है। द्वीप के 16 किलोवाट डीजल जनरेटर सिस्टम का समग्र डिज़ाइन चित्र 1 में दर्शाया गया है।

विद्युत शीतलन के डिज़ाइन सिद्धांत (16 किलोवाट डीजल जनरेटर के अनुसार मिलान चिलर) के आधार पर, इस शोध पत्र में चिलर का मिलान चयन किया गया है। आवासीय क्षेत्र का कुल क्षेत्रफल लगभग 4,850 वर्ग मीटर है और 16 किलोवाट डीजल जनरेटर की रेटेड शक्ति 350 किलोवाट है। 16 किलोवाट डीजल जनरेटर लगभग 450 के तापमान पर निकास गैस उत्पन्न करता है।°C, और चिलर को उपलब्ध ऊष्मा ऊर्जा लगभग 420 kW है। 1.4 के प्रशीतन गुणांक और 582 kW की शक्ति वाले द्वि-प्रभाव समानांतर लिथियम ब्रोमाइड अवशोषण चिलर का चयन किया गया। द्वीप उपयोगकर्ताओं का औसत शीतलन भार 120W/m2 है। जाँच के अनुसार, 120W/m2 द्वीप उपयोगकर्ताओं की शीतलन भार की माँग को पूरा करता है। इसलिए, जब 16kw डीजल जनरेटर को निर्धारित कार्यशील स्थिति में संचालित किया जाता है, तो निकास गैस से निकलने वाली अपशिष्ट ऊष्मा रेफ्रिजरेटर की माँग को पूरा कर सकती है। 16kw डीजल जनरेटर प्रशीतन प्रणाली के डिज़ाइन पैरामीटर तालिका 1 में दर्शाए गए हैं।

2. गणितीय मॉडलिंग

16 किलोवाट डीजल जनरेटर प्रशीतन प्रणाली अत्यंत जटिल है, जिसमें गतिकी, ऊष्मागतिकी और ऊष्मा स्थानांतरण जैसे कई विषय शामिल हैं, इसलिए एक उपयुक्त मॉडलिंग पद्धति का चयन अत्यंत महत्वपूर्ण है। इस पत्र में, मॉड्यूलर मॉडलिंग पद्धति का उपयोग करके 16 किलोवाट अपशिष्ट ऊष्मा उपयोग प्रशीतन प्रणाली का सिमुलेशन मॉडल स्थापित किया गया है। 16 किलोवाट डीजल जनरेटर अपशिष्ट ऊष्मा उपयोग प्रशीतन प्रणाली एक विशिष्ट ऊष्मागतिकी प्रणाली है, जिसके मॉड्यूल कार्यशील पदार्थ और ऊर्जा के प्रवाह के अनुसार विभाजित होते हैं।

संपूर्ण मॉडलिंग विचार निर्धारित करने के बाद, हमें सिस्टम के संचालन को सटीक रूप से अनुकरण करने के लिए एक उचित विधि का चयन करना चाहिए।

यह शोधपत्र मुख्यतः 16 किलोवाट डीजल जनरेटर की आंतरिक कार्य प्रक्रिया पर विचार किए बिना, विभिन्न भारों के अंतर्गत उसकी निर्गत शक्ति और निकास ऊष्मा ऊर्जा का अध्ययन करता है। औसत विधि का उपयोग करके मॉडलिंग करने से सिस्टम एकीकरण स्तर पर 16 किलोवाट डीजल जनरेटर सिमुलेशन की सटीकता सुनिश्चित होती है।

16 किलोवाट डीजल जनरेटर प्रशीतन प्रणाली में कई प्रकार के ताप विनिमायक होते हैं, और ताप विनिमायकों के बीच दाब-प्रवाह युग्मन होता है। पारंपरिक मॉडलिंग विधि भौतिक मॉडल के अनुसार मॉड्यूल को विभाजित करती है, संतुलन समीकरण के अनुसार प्रत्येक मॉड्यूल के दाब और प्रवाह की अलग-अलग गणना करती है, और सीमांत समता प्रतिबंध शर्त को पूरा करना आवश्यक है। इसलिए, पुनरावृत्त गणना अपरिहार्य है और गणना समय बढ़ जाता है। इस समस्या के समाधान के लिए, अपशिष्ट ऊष्मा का उपयोग करके 16 किलोवाट डीजल जनरेटर प्रशीतन प्रणाली का एक सिमुलेशन मॉडल आयतन जड़त्व विधि द्वारा स्थापित किया गया है।

आयतनात्मक जड़त्व विधि के अनुसार, प्रत्येक घटक में प्रवाह दर संतुलित नहीं होती है, और प्रत्येक घटक को आयतनात्मक जड़त्व कड़ी के अनुसार माना जाता है। यह प्रत्येक घटक को आयतन मॉड्यूल और प्रत्येक घटक के बीच के संयोजी पाइप को प्रतिरोध मॉड्यूल मानता है। आयतन मॉड्यूल के लिए, आंतरिक द्रव प्रतिरोध की उपेक्षा करते हुए, आयतन मॉड्यूल के अंदर दबाव एकसमान होता है। आयतन मॉड्यूल में दबाव की गणना आयतन मॉड्यूल के दोनों सिरों पर द्रव्यमान प्रवाह दर के अंतर और आयतन मॉड्यूल में तापमान परिवर्तन के अनुसार की जा सकती है। हालाँकि, इनलेट और आउटलेट के बीच दबाव अंतर और पाइप की दीवार के घर्षण नुकसान के कारण फ्लक्स में परिवर्तन होता है, और फ्लक्स के गतिशील मान की गणना संवेग संरक्षण के अनुसार की जा सकती है।

उदाहरण के रूप में एल पाइप की लंबाई लेते हुए, इसे वॉल्यूम मॉड्यूल और प्रतिरोध मॉड्यूल में विभाजित किया गया है, और इसकी मात्रा जड़ता मॉडल स्थापित किया गया है।

1) वॉल्यूम मॉड्यूल.

आयतन मॉड्यूल में प्रति इकाई समय प्रवाह दर M1 है, और आयतन मॉड्यूल से प्रति इकाई समय प्रवाह दर M2 है। द्रव्यमान संरक्षण के अनुसार: आयतन मॉड्यूल में प्रवाह - आयतन मॉड्यूल से बाहर प्रवाह = आयतन मॉड्यूल द्रव्यमान वृद्धि, आयतन मॉड्यूल द्रव्यमान वृद्धि की गणना इस प्रकार की जा सकती है:

सूत्र में: M आयतन मॉड्यूल में कार्यशील तरल पदार्थ का द्रव्यमान है, किग्रा; v आयतन मॉड्यूल में कार्यशील तरल पदार्थ का आयतन है, M3; किग्रा/मी3 आयतन मॉड्यूल में कार्यशील तरल पदार्थ का घनत्व है; M1 और M2 आयतन मॉड्यूल के अंदर और बाहर तरल पदार्थ का द्रव्यमान प्रवाह है, किग्रा/सेकेंड।

2) प्रतिरोधक मॉड्यूल.

प्रतिरोधक मॉड्यूल में, दाब अंतर और द्रव के घर्षण प्रतिरोध के कारण प्रवाह दर में परिवर्तन होता है। रेखीय संवेग संरक्षण नियम के अनुसार: प्रतिरोधक मॉड्यूल में प्रवेश करने वाला संवेग - प्रतिरोधक मॉड्यूल से निकलने वाला संवेग + बाह्य बल का संवेग = प्रतिरोधक मॉड्यूल संवेग वृद्धि, प्रतिरोधक मॉड्यूल अनुप्रस्थ काट से प्रवाहित होने वाले द्रव के द्रव्यमान की गणना इस प्रकार की जा सकती है:

पेजनंबर_ईबुक=33, पेजनंबर_बुक=25

सूत्र में: M पाइप के माध्यम से कार्यशील तरल पदार्थ का द्रव्यमान प्रवाह दर है, किग्रा/सेकेंड; v कार्यशील तरल पदार्थ का वेग है, मी/से; a पाइप का अनुप्रस्थ काट क्षेत्र है, मी 2; l पाइप की लंबाई है, मी; p 1 और P 2 प्रतिरोधक मॉड्यूल के दोनों तरफ दबाव हैं, PA; UL पाइप की दीवार पर तरल पदार्थ का घर्षण प्रतिरोध है, माइनस चिह्न तरल पदार्थ के प्रवाह के विपरीत दिशा में घर्षण प्रतिरोध का प्रतिनिधित्व करता है, U पाइप की गीली परिधि है, U प्रति इकाई क्षेत्र घर्षण प्रतिरोध है, = 1/2 FV 2, F रास्ते में हीट एक्सचेंजर का घर्षण गुणांक है, जिसे अनुभवजन्य सूत्र के अनुसार प्राप्त किया जा सकता है।

3 सिस्टम प्रदर्शन विश्लेषण

इस पत्र में, एक चार स्ट्रोक टर्बोचार्ज्ड 16 किलोवाट डीजल जनरेटर को कंप्रेसर, टरबाइन, टरबाइन रोटर, इंटरकूलर, सेवन और निकास पाइप, गवर्नर, सिलेंडर और जनरेटर में विभाजित किया गया है, औसत विधि का उपयोग करके 16 किलोवाट डीजल जनरेटर सिमुलेशन मॉडल बनाया गया था।

16 किलोवाट डीजल जनरेटर प्रशीतन प्रणाली में बड़ी संख्या में ऊष्मा विनिमायक होते हैं, और प्रत्येक घटक के सिमुलेशन मॉडल बनाने के लिए आयतन जड़त्व विधि का उपयोग किया जाता है। प्रणाली में तरल कार्यशील माध्यम मुख्य रूप से अपशिष्ट गैस, लिथियम ब्रोमाइड विलयन, जल, जलवाष्प आदि से बना होता है। मॉडल गणना की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए, फिटिंग सूत्र के अनुसार कार्यशील माध्यम के तापीय गुणों की गणना हेतु एक मॉडल स्थापित किया गया था। 16 किलोवाट और लिथियम ब्रोमाइड अवशोषण प्रशीतन उपकरणों के सिमुलेशन मॉडल क्रमशः Matlab/Simulink सॉफ़्टवेयर में बनाए और डीबग किए गए हैं। अंत में, अपशिष्ट ऊष्मा का उपयोग करने वाले 16 किलोवाट डीजल जनरेटर प्रशीतन उपकरणों के सिमुलेशन मॉडल को चित्र 4 में दिखाए अनुसार संयोजित किया गया है।

स्थिर-अवस्था सिमुलेशन में, डिज़ाइन मापदंडों के अनुसार, सबसे पहले मैटलैब/सिमुलिंक सिमुलेशन सॉफ़्टवेयर में सीमा स्थितियाँ निर्धारित की जाती हैं और मॉडल के अवस्था चरों के प्रारंभिक मान निर्दिष्ट किए जाते हैं। सिमुलेशन समय को 2000s पर सेट करने के लिए उच्च सिमुलेशन सटीकता वाले ODE45 एल्गोरिथम का उपयोग किया जाता है। तालिका 2 स्थिर-अवस्था सिमुलेशन परिणामों और डिज़ाइन मापदंडों के बीच तुलना दर्शाती है।

तालिका 2 दर्शाती है कि 16 किलोवाट डीजल जनरेटर प्रशीतन प्रणाली के स्थिर-अवस्था सिमुलेशन मान और डिज़ाइन मापदंडों के बीच सापेक्ष त्रुटि 3% से कम है, जो सिस्टम सिमुलेशन परिशुद्धता आवश्यकता को पूरा करती है और सिमुलेशन मॉडल की शुद्धता और सटीकता की पुष्टि करती है। सिस्टम में कार्यशील माध्यम के तापीय मापदंडों को फिटिंग सूत्र द्वारा प्राप्त किया जाता है, मॉडलिंग में आवश्यक धारणाएँ बनाई जाती हैं, और घटकों की त्रुटियाँ संयोजन के समय बढ़ जाती हैं, यही सापेक्ष त्रुटियों के कारण हैं।

स्थिर अवस्था सिमुलेशन परिणामों के आधार पर, 16 किलोवाट डीजल जनरेटर अपशिष्ट ऊष्मा उपयोग प्रशीतन प्रणाली के कुल ऊर्जा उपयोग गुणांक का मूल्यांकन किया गया। प्रणाली के कुल ऊर्जा उपयोग गुणांक की गणना विधि एक सूत्र के रूप में है।

X, 16kw डीजल जनरेटर प्रणाली का कुल ऊर्जा उपयोग गुणांक है, PG, 16kw डीजल जनरेटर है, kW, RC, लाइब्रेरी अवशोषण चिलर है, kW, EC प्रणाली की अन्य ऊर्जा खपत है, kW; FC, डीजल जनरेटर ईंधन खपत है, kW; PC, प्रणाली बिजली खपत है, kW।

डिज़ाइन की गई परिचालन स्थितियों के तहत, 16 किलोवाट डीजल जनरेटर की क्षमता 357.6 किलोवाट है, लिथियम ब्रोमाइड अवशोषण चिलर की क्षमता 579.79 किलोवाट है, सिस्टम की अन्य ऊर्जा खपत 132 किलोवाट है, और 16 किलोवाट डीजल जनरेटर की ईंधन खपत लगभग 1286 किलोवाट है, सिस्टम में पंप और अन्य बिजली-खपत उपकरणों की बिजली खपत लगभग 30 किलोवाट है।

फॉर्मूला (6) की गणना के अनुसार, 16kw डीजल जनरेटर प्रशीतन प्रणाली का कुल ऊर्जा उपयोग गुणांक लगभग 0.813 है, और ऊर्जा उपयोग दक्षता में बहुत सुधार हुआ है, जो 0.8 से अधिक है, और डिजाइन आवश्यकताओं को पूरा करता है।

16 किलोवाट डीजल जनरेटर का भार बिजली की खपत से निर्धारित होता है। भार में परिवर्तन से 16 किलोवाट डीजल जनरेटर के निकास तापमान और प्रवाह दर में परिवर्तन होगा, जो सिस्टम के डाउनस्ट्रीम में लिथियम ब्रोमाइड अवशोषण चिलर की शीतलन क्षमता को प्रभावित करेगा।

प्रणाली की ऊष्मागतिक प्रक्रिया जटिल है और इसमें जड़त्वीय विलंब होता है। 2000 से शुरू करके, पूरे सिमुलेशन समय को 6000 सेंटीग्रेड पर सेट करके, चरण परिवर्तन जोड़कर, 16 किलोवाट डीजल जनरेटर का भार 100% से 80% तक कम किया जाता है, और गतिशील सिमुलेशन गणना की जाती है।

2000 के दशक से शुरू होकर, भार 352.3 किलोवाट से घटकर 287.48 किलोवाट हो गया है, निकास प्रवाह 1.3187 किलोग्राम से घटकर 1.1192 किलोग्राम हो गया है, और निकास तापमान 462 से घटकर 1.1192 किलोग्राम हो गया है।16 किलोवाट डीजल जनरेटर के लिए °C से 453 °C तक। संपूर्ण गतिशील प्रतिक्रिया प्रक्रिया लगभग 100 सेकंड की है। डीजल भार 20% कम हो जाता है, डीजल इंजन की गति बढ़ जाती है, गवर्नर तीव्र प्रतिक्रिया देता है, और निर्धारित बिंदु पर गति स्थिरता बनाए रखने के लिए ईंधन इंजेक्शन कम कर देता है। डीजल इंजन में ईंधन इंजेक्शन कम करने से निकास तापमान और प्रवाह दर में कमी आती है।

शीतलन क्षमता थोड़ी बढ़ी और फिर तेज़ी से गिरकर एक और स्थिर मान पर पहुँच गई, जो 579.79 किलोवाट से 507.15 किलोवाट हो गया। जैसा कि चित्र 9 से देखा जा सकता है, प्रशीतन गुणांक थोड़ा बढ़ा और फिर 1.394 से घटकर 1.402 हो गया। 16 किलोवाट डीजल जनरेटर के भार में कमी के परिणामस्वरूप पूरे 16 किलोवाट डीजल जनरेटर सिस्टम में प्रवेश करने वाली ऊष्मा ऊर्जा में कमी आई, जिससे चिलर की प्रशीतन क्षमता में कमी आई, लेकिन प्रशीतन गुणांक थोड़ा बढ़ा, और पूरी गतिशील प्रक्रिया लगभग 2000 के दशक में पूरी हुई।

4 निष्कर्ष

एक द्वीप के आवासीय क्षेत्र को उदाहरण के रूप में लेते हुए, डीजल विद्युत उत्पादन से अपशिष्ट ऊष्मा का उपयोग करके एक नई ऊर्जा-बचत प्रशीतन प्रौद्योगिकी का अध्ययन किया गया है।

1) 16 किलोवाट डीजल जनरेटर अपशिष्ट ऊष्मा उपयोग प्रशीतन प्रणाली का एकीकृत डिज़ाइन तैयार किया गया और डिज़ाइन पैरामीटर निर्धारित किए गए। सिस्टम के स्थैतिक और गतिशील सिमुलेशन गणना के माध्यम से, सिस्टम के प्रदर्शन का विश्लेषण किया गया, फिर नियंत्रण प्रणाली का डिज़ाइन तैयार किया गया और सिस्टम का अनुकूलन किया गया।

2) स्थिर-अवस्था सिमुलेशन डिज़ाइन की स्थिति में किया जाता है, और सापेक्ष त्रुटि 3% से कम होती है, जो डिज़ाइन की आवश्यकताओं को पूरा करती है और मॉडल की सटीकता और शुद्धता को प्रमाणित करती है। स्थिर-अवस्था सिमुलेशन के परिणामों के अनुसार, सिस्टम का कुल ऊर्जा उपयोग गुणांक लगभग 0.813 है, जो डिज़ाइन आवश्यकताओं को पूरा करता है।

3) 16 किलोवाट लोड गड़बड़ी का गतिशील सिमुलेशन किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप 16 किलोवाट लोड में कमी, बिजली उत्पादन में कमी, निकास गैस की ऊष्मा ऊर्जा में कमी, शीतलन क्षमता में कमी और शीतलन गुणांक में मामूली वृद्धि होती है। सिमुलेशन के परिणाम बताते हैं कि 16 किलोवाट पावर स्टेशन की शीतलन क्षमता 16 किलोवाट पावर स्टेशन की तुलना में कम है, और 16 किलोवाट पावर स्टेशन का उत्पादन 16 किलोवाट पावर स्टेशन की तुलना में कम है, और निकास गैस की ऊष्मा ऊर्जा 16 किलोवाट डीजल जनरेटर की तुलना में कम है।