Tervezési és teljesítményelemzés16 kW-os dízelgenerátorHulladékhőt használó hűtőrendszer

A korábbi kutatási helyzet alapján az elosztott kogenerációs rendszer tervezése és szimulációja túl bonyolult.

1 rendszerintegrációs terv

A kiválasztott szigetlakó területet egy 16 kW-os dízelgenerátor hajtja, a dízelmotor kipufogógáza sok hőenergiát tartalmaz, és a lítium-bromid abszorpciós hűtő a kipufogógázt használja hőforrásként a felhasználók számára történő hűtéshez. A hűtési terhelés állítható tartományának növelése érdekében utóégető típusú hűtőszekrényt alkalmaznak. A sziget 16 kW-os dízelgenerátor rendszerének általános kialakítását az 1. ábra szemlélteti.

Az elektromos hűtés tervezési elve alapján (a 16 kW-os dízelgenerátorhoz illő hűtőberendezés) ebben a cikkben a megfelelő hűtőberendezés kiválasztását végezzük el. A lakóövezet bruttó alapterülete körülbelül 4850 m2, egy 16 kW-os dízelgenerátor névleges teljesítménye pedig 350 kW. A 16 kW-os dízelgenerátor körülbelül 450 °C hőmérsékletű füstgázt termel.°C, és a hűtő számára rendelkezésre álló hőenergia körülbelül 420 kW. Egy kettős hatású, párhuzamos lítium-bromid abszorpciós hűtőt választottak, amelynek hűtési együtthatója 1,4 és teljesítménye 582 kW. A szigetfelhasználók átlagos hűtési terhelése 120 W/m2. A vizsgálat szerint a 120 W/m2 kielégíti a szigetfelhasználók hűtési terhelési igényét. Ezért, amikor a 16 kW-os dízelgenerátort névleges üzemi körülmények között üzemeltetik, a kipufogógázból származó hulladékhő kielégítheti a hűtőszekrény igényét. A 16 kW-os dízelgenerátor hűtőrendszerének tervezési paramétereit az 1. táblázat mutatja.

2. Matematikai modellezés

A 16 kW-os dízelgenerátoros hűtőrendszer nagyon összetett, számos témát foglal magában, mint például a dinamika, a termodinamika és a hőátadás, ezért nagyon fontos a megfelelő modellezési módszer kiválasztása. Ebben a cikkben a 16 kW-os hulladékhő-hasznosító hűtőrendszer szimulációs modelljét moduláris modellezési módszerrel hozzuk létre. A 16 kW-os dízelgenerátoros hulladékhő-hasznosító hűtőrendszer egy tipikus termodinamikai rendszer, a modulokat a munkaközeg és az energia áthaladása szerint osztjuk fel.

Miután meghatároztuk a teljes modellezési ötletet, ki kell választanunk egy ésszerű módszert a rendszer működésének pontos szimulálására.

Ez a tanulmány főként egy 16 kW-os dízelgenerátor kimenő teljesítményét és kipufogógáz hőenergiáját vizsgálja különböző terhelések mellett, a 16 kW-os dízelgenerátor belső működési folyamatának figyelembevétele nélkül. Az átlagolási módszerrel végzett modellezés biztosítja a 16 kW-os dízelgenerátor szimulációjának pontosságát a rendszerintegráció szintjén.

A 16 kW-os dízelgenerátoros hűtőrendszerben számos hőcserélő található, és a hőcserélők között nyomás-áramlás csatolás van. A hagyományos modellezési módszer a fizikai modell szerint osztja fel a modult, az egyensúlyi egyenlet szerint külön-külön számítja ki az egyes modulok nyomását és áramlását, és meg kell felelnie a határegyenlőségi korlátozási feltételnek. Ezért az iteratív számítás elkerülhetetlen, és a számítási idő megnő. A probléma megoldása érdekében egy 16 kW-os dízelgenerátoros hűtőrendszer hulladékhőjét felhasználó szimulációs modelljét hozták létre a volumetrikus tehetetlenségi módszerrel.

A térfogati tehetetlenségi módszer szerint az egyes komponensekben az áramlási sebesség nincs kiegyensúlyozva, és minden komponenst a térfogati tehetetlenségi kapcsolat szerint vesznek figyelembe. Minden komponenst térfogatmodulnak, az egyes komponensek közötti összekötő csövet pedig ellenállásmodulnak tekinti. A térfogatmodul esetében, a belső folyadékellenállást figyelmen kívül hagyva, a térfogatmodulon belüli nyomás egyenletes. A térfogatmodulban lévő nyomás a térfogatmodul két végén lévő tömegáram különbsége és a térfogatmodulban bekövetkező hőmérsékletváltozás alapján számítható ki. A bemenet és a kimenet közötti nyomáskülönbség és a csőfal súrlódási vesztesége azonban megváltoztatja a fluxust, és a fluxus dinamikus értéke a lendületmegmaradás törvénye alapján számítható ki.

Példaként egy l hosszúságú csövet veszünk, amelyet térfogatmodulra és ellenállásmodulra osztunk, és létrehozzuk a térfogati tehetetlenségi modelljét.

1) kötetmodul.

A térfogatmodulba belépő időegységre jutó áramlási sebesség M1, a térfogatmodulból kilépő időegységre jutó áramlási sebesség pedig M2. A tömegmegmaradás törvénye szerint: Beáramlás a térfogatmodulba - kiáramlás a térfogatmodulból = térfogatmodul tömegnövekménye, a térfogatmodul tömegnövekménye a következőképpen számítható ki:

A képletben: M a térfogatmodulban lévő munkaközeg tömege, kg; v a térfogatmodulban lévő munkaközeg térfogata, M3; kg/m3 a térfogatmodulban lévő munkaközeg sűrűsége; M1 és M2 a térfogatmodulba belépő és onnan kilépő folyadék tömegárama, kg/s.

2) ellenállásmodul.

Az ellenállásmodulban az áramlási sebesség a nyomáskülönbség és a folyadék súrlódási ellenállása miatt változik. A LINEÁRIS INGERLEGmegmaradás törvénye szerint: Az ellenállásmodulba belépő lendület - az ellenállásmodulból távozó lendület + a külső erő lendülete = az ellenállásmodul lendületnövekménye, az ellenállásmodul keresztmetszetén átáramló folyadék tömege kiszámítható:

oldalszám_ebook=33,oldalszám_könyv=25

A képletben: M a munkaközeg tömegárama a csövön keresztül, kg/s; v a munkaközeg sebessége, m/s; a a cső keresztmetszeti területe, m 2; l a cső hossza, m; p 1 és P 2 a nyomás az ellenállásmodul mindkét oldalán, PA; UL a folyadék súrlódási ellenállása a cső falán, a mínusz előjel a folyadék áramlásával ellentétes irányú súrlódási ellenállást jelöli, U a cső nedves kerülete, U az egységnyi felületre jutó súrlódási ellenállás, = 1/2 FV 2, F a hőcserélő súrlódási együtthatója az út mentén, amely az empirikus képlet szerint kapható meg.

3 rendszerteljesítmény-elemzés

Ebben a cikkben egy négyütemű, turbófeltöltős, 16 kW-os dízelgenerátort osztunk fel kompresszorra, turbinára, turbinarotorra, köztes hűtőre, szívó- és kipufogócsőre, szabályozóra, hengerre és generátorra, majd egy 16 kW-os dízelgenerátor szimulációs modellt építettünk fel az átlagolási módszerrel.

A 16 kW-os dízelgenerátoros hűtőrendszer nagyszámú hőcserélővel rendelkezik, és az egyes komponensek szimulációs modelljeinek felépítéséhez a volumetrikus tehetetlenségi módszert alkalmazzák. A rendszerben lévő folyékony munkaközeg főként hulladékgázból, lítium-bromid oldatból, vízből, vízgőzből stb. áll. A modellszámítás pontosságának garantálása érdekében az illesztési képlet szerint létrehoztak egy modellt a munkaközeg termikus tulajdonságainak kiszámítására. A 16 kW-os és lítium-bromid abszorpciós hűtők szimulációs modelljeit Matlab/Simulink szoftverben építették fel és hibakeresték. Végül a hulladékhőt használó 16 kW-os dízelgenerátoros hűtők szimulációs modelljét a 4. ábra szerint kombinálták.

Az állandósult állapotú szimuláció során a tervezési paramétereknek megfelelően először a peremfeltételeket állítják be a Matlab/Simulink szimulációs szoftverben, és hozzárendelik a modell állapotváltozóinak kezdeti értékeit. A nagy szimulációs pontosságú ODE45 algoritmust használják a szimulációs idő 2000 másodpercre állítására. A 2. táblázat az állandósult állapotú szimulációs eredmények és a tervezési paraméterek összehasonlítását mutatja.

A 2. táblázat azt mutatja, hogy a 16 kW-os dízelgenerátoros hűtőrendszer állandósult állapotú szimulációs értéke és tervezési paraméterei közötti relatív hiba kevesebb, mint 3%, ami megfelel a rendszerszimulációs pontossági követelménynek, és igazolja a szimulációs modell helyességét és pontosságát. A rendszerben lévő munkaközeg termikus paramétereit illesztési képlettel kapjuk meg, a modellezés során a szükséges feltételezéseket elvégezzük, és az alkatrészek hibái az összeszerelés során felerősödnek, ezek a relatív hibák okai.

Az állandósult állapotú szimulációs eredmények alapján kiértékelték a 16 kW-os dízelgenerátor hulladékhő-hasznosító hűtőrendszerének teljes energiafelhasználási együtthatóját. A rendszer teljes energiafelhasználási együtthatójának kiszámítási módja egy képlet.

X a 16 kW-os dízelgenerátor rendszer teljes energiafelhasználási együtthatója, PG a 16 kW-os dízelgenerátor, kW, RC az abszorpciós hűtő, kW, EC a rendszer egyéb energiafogyasztása, kW; Az FC a dízelgenerátor üzemanyag-fogyasztása, kW; a PC a rendszer energiafogyasztása, kW.

A tervezett üzemi körülmények között a 16 kW-os dízelgenerátor teljesítménye 357,6 kW, a lítium-bromid abszorpciós hűtő teljesítménye 579,79 kW, a rendszer egyéb energiafogyasztása 132 kW, a 16 kW-os dízelgenerátor üzemanyag-fogyasztása pedig körülbelül 1286 kW, a rendszerben található szivattyúk és egyéb energiafogyasztó berendezések energiafogyasztása körülbelül 30 kW.

A (6) képlet számítása szerint a 16 kW-os dízelgenerátoros hűtőrendszer teljes energiafelhasználási együtthatója körülbelül 0,813, és az energiafelhasználási hatékonyság jelentősen javul, meghaladja a 0,8-at, és megfelel a tervezési követelményeknek.

A 16 kW-os dízelgenerátor terhelését az energiafogyasztás határozza meg. A terhelés változása a 16 kW-os dízelgenerátor kipufogógáz-hőmérsékletének és áramlási sebességének változását eredményezi, ami befolyásolja a rendszer utáni lítium-bromid abszorpciós hűtő hűtőkapacitását.

A rendszer termodinamikai folyamata összetett, tehetetlenségi késleltetésekkel. A teljes szimulációs időt 6000 másodpercre állítva, 2000 másodperctől kezdve, hozzáadva az ugrásszerű változást, egy 16 kW-os dízelgenerátor terhelését 100%-ról 80%-ra csökkentjük, és elvégezzük a dinamikus szimulációs számítást.

A 2000-es évektől kezdődően a terhelés 352,3 kW-ról 287,48 kW-ra, a kipufogógáz-áram 1,3187 kg-ról 1,1192 kg-ra, a kipufogógáz-hőmérséklet pedig 462 °C-ról csökkent.°C-ról 453 °C-ra a 16 kW-os dízelgenerátor esetében. A teljes dinamikus válaszidő körülbelül 100 másodperc. A dízel terhelése 20%-kal csökken, a dízelmotor fordulatszáma megnő, a szabályozó gyors reagálású, az üzemanyag-befecskendezés csökkentése a fordulatszám-stabilitás fenntartása a beállított ponton. A dízelmotorban az üzemanyag-befecskendezés csökkentése a kipufogógáz hőmérsékletének és az áramlási sebesség csökkenését eredményezi.

A hűtőteljesítmény kismértékben nőtt, majd gyorsan visszaesett egy újabb stabil értékre, 579,79 kW-ról 507,15 kW-ra. Amint a 9. ábrán látható, a hűtési együttható kismértékben nőtt, majd 1,394-ről 1,402-re csökkent. A 16 kW-os dízelgenerátor terhelésének csökkenése a teljes 16 kW-os dízelgenerátor rendszerbe belépő hőenergia csökkenését eredményezte, ami a hűtőberendezés hűtőteljesítményének csökkenéséhez vezetett, de a hűtési együttható kismértékben nőtt, és a teljes dinamikus folyamat körülbelül 2000 másodperc körül befejeződött.

4 KÖVETKEZTETÉS

Egy sziget lakóövezetét tekintve példaként egy új, energiatakarékos hűtési technológiát vizsgálnak, amely a dízelüzemű áramtermelés hulladékhőjét hasznosítja.

1) Elvégezték egy 16 kW-os dízelgenerátor hulladékhő-hasznosító hűtőrendszer integrált tervezését, és meghatározták a tervezési paramétereket. A rendszer statikus és dinamikus szimulációs számításán keresztül elemezték a rendszer teljesítményét, majd megtervezték a vezérlőrendszert és megvalósították a rendszer optimalizálását.

2) az állandósult állapotú szimulációt a tervezési körülmények között hajtották végre, és a relatív hiba kevesebb, mint 3%, ami megfelel a tervezési követelménynek, és igazolja a modell pontosságát és helyességét. Az állandósult állapotú szimuláció eredményei szerint a rendszer teljes energiafelhasználási együtthatója körülbelül 0,813, ami megfelel a tervezési követelményeknek.

3) 16 kW-os terhelészavar dinamikus szimulációját hajtják végre, amely a 16 kW-os terhelés csökkenését, az energiatermelés csökkenését, a kipufogógáz hőenergiájának csökkenését, a hűtőkapacitás csökkenését és a hűtési együttható enyhe növekedését eredményezi. A szimulációs eredmények azt mutatják, hogy a 16 kW-os erőmű hűtőkapacitása alacsonyabb, mint a 16 kW-os erőműé, a 16 kW-os erőmű teljesítménye alacsonyabb, mint a 16 kW-os erőműé, a kipufogógáz hőenergiája pedig alacsonyabb, mint a 16 kW-os dízelgenerátoré.