Projektavimo ir našumo analizė16 kW dyzelinis generatoriusŠaldymo sistema, naudojanti šilumos perteklių

Remiantis ankstesne tyrimų situacija, paskirstytos kogeneracijos sistemos projektavimas ir modeliavimas yra pernelyg sudėtingas.

1 sistemos integracijos projektavimas

Pasirinktą salos gyvenamąjį rajoną varo 16 kW dyzelinis generatorius, dyzelinio variklio išmetamosiose dujose yra daug šilumos energijos, o ličio bromido absorbcinis aušintuvas naudoja išmetamąsias dujas kaip darbinį šilumos šaltinį, kad atšaldytų vartotojams skirtą šaldytuvą. Siekiant padidinti reguliuojamą aušinimo apkrovos diapazoną, naudojamas papildomo deginimo tipo šaldytuvas. Bendra salos 16 kW dyzelinio generatoriaus sistemos konstrukcija pavaizduota 1 paveiksle.

Remiantis elektrinio aušinimo projektavimo principu (atitinkantis aušintuvas pagal 16 kW dyzelinį generatorių), šiame straipsnyje atliekamas tinkamo aušintuvo parinkimas. Gyvenamojo ploto bendras plotas yra apie 4 850 m2, o 16 kW dyzelinio generatoriaus nominali galia – 350 kW. 16 kW dyzelinis generatorius išskiria apie 450 °C temperatūros išmetamąsias dujas.°C, o aušintuvui prieinama šiluminė energija yra apie 420 kW. Buvo pasirinktas dvigubo poveikio lygiagretus ličio bromido absorbcinis aušintuvas, kurio šaldymo koeficientas yra 1,4, o galia – 582 kW. Vidutinė salos vartotojų aušinimo apkrova yra 120 W/m2. Tyrimo duomenimis, 120 W/m2 patenkina salos vartotojų aušinimo apkrovos poreikį. Todėl, kai 16 kW dyzelinis generatorius veikia nominaliomis darbo sąlygomis, išmetamųjų dujų šiluma gali patenkinti šaldytuvo poreikį. 16 kW dyzelinio generatoriaus šaldymo sistemos projektiniai parametrai pateikti 1 lentelėje.

2. Matematinis modeliavimas

16 kW dyzelinio generatoriaus šaldymo sistema yra labai sudėtinga, apimanti daug dalykų, tokių kaip dinamika, termodinamika ir šilumos perdavimas, todėl labai svarbu pasirinkti tinkamą modeliavimo metodą. Šiame straipsnyje, naudojant modulinį modeliavimo metodą, sukurtas 16 kW šilumos utilizavimo šaldymo sistemos modeliavimo modelis. 16 kW dyzelinio generatoriaus šilumos utilizavimo šaldymo sistema yra tipinė termodinaminė sistema, moduliai suskirstyti pagal darbinės medžiagos ir energijos pralaidumą.

Nustačius visą modeliavimo idėją, turėtume pasirinkti tinkamą metodą, kaip tiksliai imituoti sistemos veikimą.

Šiame straipsnyje daugiausia nagrinėjama 16 kW dyzelinio generatoriaus išėjimo galia ir išmetamųjų dujų šiluminė energija esant skirtingoms apkrovoms, neatsižvelgiant į 16 kW dyzelinio generatoriaus vidinį darbo procesą. Modeliavimas naudojant vidurkinimo metodą užtikrina 16 kW dyzelinio generatoriaus modeliavimo tikslumą sistemos integracijos lygmeniu.

16 kW dyzelinio generatoriaus šaldymo sistemoje yra daug šilumokaičių tipų, tarp kurių yra slėgio ir srauto sąsaja. Tradicinis modeliavimo metodas padalija modulį pagal fizinį modelį, apskaičiuoja kiekvieno modulio slėgį ir srautą atskirai pagal balanso lygtį ir turi atitikti ribinę ribojimo sąlygą. Todėl iteracinis skaičiavimas yra neišvengiamas, o skaičiavimo laikas ilgėja. Siekiant išspręsti šią problemą, tūrinės inercijos metodu sukuriamas 16 kW dyzelinio generatoriaus šaldymo sistemos, naudojančios atliekų šilumą, modeliavimo modelis.

Pagal tūrinės inercijos metodą, srauto greitis kiekviename komponente nėra subalansuotas, ir kiekvienas komponentas vertinamas pagal tūrinės inercijos jungtį. Kiekvienas komponentas laikomas tūrio moduliu, o jungiamasis vamzdis tarp kiekvieno komponento – pasipriešinimo moduliu. Tūrio modulyje, ignoruojant vidinį skysčio pasipriešinimą, slėgis tūrio modulio viduje yra vienodas. Slėgį tūrio modulyje galima apskaičiuoti pagal masės srauto greičio skirtumą abiejuose tūrio modulio galuose ir temperatūros pokytį tūrio modulyje. Tačiau slėgio skirtumas tarp įleidimo ir išleidimo angų bei vamzdžio sienelės trinties nuostoliai keičia srautą, o dinaminę srauto vertę galima apskaičiuoti pagal impulso tvermės dėsnį.

Pavyzdžiui, l ilgio vamzdis padalijamas į tūrio modulį ir pasipriešinimo modulį ir nustatomas jo tūrio inercijos modelis.

1) tūrio modulis.

Srauto greitis per laiko vienetą į tūrio modulį yra M1, o srauto greitis per laiko vienetą iš tūrio modulio yra M2. Pagal masės tvermės dėsnį: srautas į tūrio modulį - srautas iš tūrio modulio = tūrio modulio masės prieaugis, tūrio modulio masės prieaugį galima apskaičiuoti:

Formulėje: M yra darbinio skysčio masė tūrio modulyje, kg; v yra darbinio skysčio tūris tūrio modulyje, M3; kg/m3 yra darbinio skysčio tankis tūrio modulyje; M1 ir M2 yra skysčio masės srautas į tūrio modulį ir iš jo, kg/s.

2) varžinis modulis.

Varžiniame modulyje srauto greitis kinta dėl slėgio skirtumo ir skysčio trinties pasipriešinimo. Pagal LINIJINIO MOMENTO tvermės dėsnį: į varžinį modulį patenkantis judesio kiekis - iš varžinio modulio išeinantis judesio kiekis + išorinės jėgos judesio kiekis = varžinio modulio judesio kiekio prieaugis, skysčio, tekančio per varžinio modulio skerspjūvį, masę galima apskaičiuoti:

pagenumber_ebook=33,pagenumber_book=25

Formulėje: M yra darbinio skysčio masės srautas per vamzdį, kg/s; v yra darbinio skysčio greitis, m/s; a yra vamzdžio skerspjūvio plotas, m 2; l yra vamzdžio ilgis, m; p 1 ir P 2 yra slėgiai abiejose varžinio modulio pusėse, PA; UL yra skysčio trinties varža į vamzdžio sienelę, minuso ženklas žymi trinties varžą priešinga kryptimi skysčio srautui, U yra vamzdžio drėgnasis perimetras, U yra trinties varža ploto vienete, = 1/2 FV 2, F yra šilumokaičio trinties koeficientas išilgai, kurį galima gauti pagal empirinę formulę.

3 sistemos veikimo analizė

Šiame straipsnyje keturtaktis 16 kW dyzelinis generatorius su turbokompresoriumi yra padalintas į kompresorių, turbiną, turbinos rotorių, tarpinį aušintuvą, įsiurbimo ir išmetimo vamzdį, reguliatorių, cilindrą ir generatorių, o 16 kW dyzelinio generatoriaus modeliavimo modelis buvo sukurtas naudojant vidurkių metodą.

16 kW dyzelinio generatoriaus šaldymo sistemoje yra daug šilumokaičių, o kiekvieno komponento modeliavimui naudojamas tūrinės inercijos metodas. Sistemoje esančią skystą darbinę terpę daugiausia sudaro išmetamosios dujos, ličio bromido tirpalas, vanduo, vandens garai ir kt. Siekiant užtikrinti modelio skaičiavimo tikslumą, pagal pritaikymo formulę buvo sukurtas darbinės terpės terminių savybių skaičiavimo modelis. 16 kW ir ličio bromido absorbcinių aušintuvų modeliavimo modeliai sukurti ir derinami atitinkamai naudojant „Matlab“ / „Simulink“ programinę įrangą. Galiausiai, 16 kW dyzelinio generatoriaus aušintuvų, naudojančių išmetamąją šilumą, modeliavimo modelis sujungtas, kaip parodyta 4 paveiksle.

Stacionarios būsenos modeliavime, atsižvelgiant į projektavimo parametrus, pirmiausia „Matlab“ / „Simulink“ modeliavimo programinėje įrangoje nustatomos kraštinės sąlygos ir priskiriamos pradinės modelio būsenos kintamųjų vertės. Modeliavimo laikui nustatyti naudojamas didelis modeliavimo tikslumas pasižymintis ODE45 algoritmas, kurio trukmė – 2000 s. 2 lentelėje pateiktas stacionarios būsenos modeliavimo rezultatų ir projektavimo parametrų palyginimas.

2 lentelėje parodyta, kad santykinė paklaida tarp pastoviosios būsenos modeliavimo vertės ir 16 kW dyzelinio generatoriaus šaldymo sistemos projektinių parametrų yra mažesnė nei 3 %, o tai atitinka sistemos modeliavimo tikslumo reikalavimą ir patvirtina modeliavimo modelio teisingumą bei tikslumą. Darbinės terpės terminiai parametrai sistemoje gaunami pritaikant formulę, modeliuojant daromos reikalingos prielaidos, o komponentų paklaidos padidės juos surinkus – tai yra santykinių paklaidų priežastys.

Remiantis stacionarios būsenos modeliavimo rezultatais, buvo įvertintas 16 kW dyzelinio generatoriaus šilumos panaudojimo šaldymo sistemos bendras energijos panaudojimo koeficientas. Sistemos bendro energijos panaudojimo koeficiento apskaičiavimo metodas yra formulė.

X yra bendras 16 kW dyzelinio generatoriaus sistemos energijos panaudojimo koeficientas, PG yra 16 kW dyzelinis generatorius, kW, RC yra skysčių absorbcinis aušintuvas, kW, EC yra kitos sistemos energijos sąnaudos, kW; FC yra dyzelinio generatoriaus degalų sąnaudos, kW; PC yra sistemos energijos suvartojimas, kW.

Projektuotomis eksploatavimo sąlygomis 16 kW dyzelinio generatoriaus galia yra 357,6 kW, ličio bromido absorbcinio aušintuvo galia – 579,79 kW, kitos sistemos energijos sąnaudos yra 132 kW, o 16 kW dyzelinio generatoriaus degalų sąnaudos yra apie 1286 kW, siurblių ir kitos energiją vartojančios sistemos įrangos energijos suvartojimas yra apie 30 kW.

Remiantis (6) formulės skaičiavimu, 16 kW dyzelinio generatoriaus šaldymo sistemos bendras energijos panaudojimo koeficientas yra apie 0,813, o energijos panaudojimo efektyvumas yra gerokai pagerintas – daugiau nei 0,8, atitinkantis projektavimo reikalavimus.

16 kW dyzelinio generatoriaus apkrova priklauso nuo energijos suvartojimo. Apkrovos pokytis lems 16 kW dyzelinio generatoriaus išmetamųjų dujų temperatūros ir srauto greičio pasikeitimą, o tai turės įtakos ličio bromido absorbcinio aušintuvo, esančio už sistemos, aušinimo galiai.

Sistemos termodinaminis procesas yra sudėtingas, su inerciniais vėlavimais. Nustačius visą modeliavimo laiką į 6000 s, pradedant nuo 2000 s, pridedant laiptinį pokytį, 16 kW dyzelinio generatoriaus apkrova sumažinama nuo 100 % iki 80 % ir atliekamas dinaminio modeliavimo skaičiavimas.

Nuo 2000-ųjų apkrova sumažinama nuo 352,3 kW iki 287,48 kW, išmetamųjų dujų srautas – nuo ​​1,3187 kg iki 1,1192 kg, o išmetamųjų dujų temperatūra – nuo ​​462 °C.16 kW dyzelinio generatoriaus temperatūra siekia nuo °C iki 453 °C. Visas dinaminio atsako procesas trunka apie 100 s. Dyzelinio variklio apkrova sumažinama 20 %, padidinamas dyzelinio variklio greitis, reguliatoriaus greitas atsakas, sumažinamas degalų įpurškimas, kad būtų išlaikytas greičio stabilumas nustatytame taške. Sumažinus degalų įpurškimą dyzeliniame variklyje, sumažėja išmetamųjų dujų temperatūra ir srautas.

Aušinimo galia šiek tiek padidėjo, o po to greitai sumažėjo iki kitos stabilios vertės – nuo ​​579,79 kW iki 507,15 kW. Kaip matyti iš 9 paveikslo, šaldymo koeficientas šiek tiek padidėjo, o po to sumažėjo nuo 1,394 iki 1,402. Sumažėjus 16 kW dyzelinio generatoriaus apkrovai, sumažėjo į visą 16 kW dyzelinio generatoriaus sistemą patenkančios šilumos energijos kiekis, o tai lėmė šaldytuvo šaldymo galios sumažėjimą, tačiau šaldymo koeficientas šiek tiek padidėjo, o visas dinaminis procesas buvo baigtas apie 2000-uosius metus.

4 IŠVADA

Remiantis salos gyvenamojo rajono pavyzdžiu, tiriama nauja energiją taupanti šaldymo technologija, naudojanti dyzelinių variklių gamybos metu susidarančią šilumą.

1) atliktas 16 kW dyzelinio generatoriaus šilumos utilizavimo šaldymo sistemos integruotas projektavimas ir nustatyti projektavimo parametrai. Atlikus sistemos statinius ir dinaminius modeliavimo skaičiavimus, analizuojamas sistemos veikimas, suprojektuojama valdymo sistema ir optimizuojama sistema.

2) stacionarios būsenos modeliavimas atliekamas projektinėmis sąlygomis, o santykinė paklaida yra mažesnė nei 3 %, o tai atitinka projektavimo reikalavimus ir patvirtina modelio tikslumą bei teisingumą. Remiantis stacionarios būsenos modeliavimo rezultatais, bendras sistemos energijos panaudojimo koeficientas yra apie 0,813, o tai atitinka projektavimo reikalavimus.

3) atliekamas 16 kW apkrovos trikdžio dinaminis modeliavimas, kurio metu sumažėja 16 kW apkrova, sumažėja energijos gamyba, sumažėja išmetamųjų dujų šiluminė energija, sumažėja aušinimo galia ir šiek tiek padidėja aušinimo koeficientas. Modeliavimo rezultatai rodo, kad 16 kW elektrinės aušinimo galia yra mažesnė nei 16 kW elektrinės, o 16 kW elektrinės galia yra mažesnė nei 16 kW elektrinės, o išmetamųjų dujų šiluminė energija yra mažesnė nei 16 kW dyzelinio generatoriaus.