Dizaina un veiktspējas analīze A16 kW dīzeļģeneratorsSaldēšanas sistēma, kas izmanto siltuma pārpalikumu

No iepriekšējās pētniecības situācijas izkliedētās koģenerācijas sistēmas projektēšana un simulācija ir pārāk sarežģīta.

1 sistēmas integrācijas dizains

Izvēlēto salas dzīvojamo zonu darbina 16 kW dīzeļģenerators, dīzeļdzinēja izplūdes gāzes satur daudz siltumenerģijas, un litija bromīda absorbcijas dzesētājs izmanto izplūdes gāzes kā darba siltuma avotu, lai atdzesētu lietotājus. Lai palielinātu regulējamo dzesēšanas slodzes diapazonu, tiek izmantots pēcdedzes tipa ledusskapis. Salas 16 kW dīzeļģeneratora sistēmas kopējais dizains ir parādīts 1. attēlā.

Pamatojoties uz elektriskās dzesēšanas projektēšanas principu (atbilstošs dzesētājs atbilstoši 16 kW dīzeļģeneratoram), šajā darbā tiek veikta atbilstoša dzesētāja izvēle. Dzīvojamās zonas kopējā platība ir aptuveni 4850 m2, un 16 kW dīzeļģeneratora nominālā jauda ir 350 kW. 16 kW dīzeļģenerators rada izplūdes gāzes aptuveni 450 °C temperatūrā.°C, un dzesētājam pieejamā siltumenerģija ir aptuveni 420 kW. Tika izvēlēts divkāršā efekta paralēlais litija bromīda absorbcijas dzesētājs ar saldēšanas koeficientu 1,4 un jaudu 582 kW. Salu lietotāju vidējā dzesēšanas slodze ir 120 W/m2. Saskaņā ar pētījumu, 120 W/m2 atbilst salu lietotāju dzesēšanas slodzes pieprasījumam. Tādēļ, kad 16 kW dīzeļģenerators darbojas nominālajos darba apstākļos, izplūdes gāzu siltums var apmierināt ledusskapja pieprasījumu. 16 kW dīzeļģeneratora saldēšanas sistēmas projektētie parametri ir parādīti 1. tabulā.

2. Matemātiskā modelēšana

16 kW dīzeļģeneratora saldēšanas sistēma ir ļoti sarežģīta, kas ietver daudzus aspektus, piemēram, dinamiku, termodinamiku un siltuma pārnesi, tāpēc ir ļoti svarīgi izvēlēties piemērotu modelēšanas metodi. Šajā rakstā, izmantojot modulāro modelēšanas metodi, ir izveidots 16 kW siltuma pārstrādes saldēšanas sistēmas simulācijas modelis. 16 kW dīzeļģeneratora siltuma pārstrādes saldēšanas sistēma ir tipiska termodinamiskā sistēma, moduļi ir sadalīti atbilstoši darba vielas un enerģijas plūsmai.

Pēc visas modelēšanas idejas noteikšanas mums jāizvēlas saprātīga metode, lai precīzi simulētu sistēmas darbību.

Šajā rakstā galvenokārt tiek pētīta 16 kW dīzeļģeneratora izejas jauda un izplūdes siltumenerģija pie dažādām slodzēm, neņemot vērā 16 kW dīzeļģeneratora iekšējo darba procesu. Modelēšana, izmantojot vidējošanas metodi, nodrošina 16 kW dīzeļģeneratora simulācijas precizitāti sistēmas integrācijas līmenī.

16 kW dīzeļģeneratora saldēšanas sistēmā ir daudz dažādu siltummaiņu veidu, un starp siltummaiņiem pastāv spiediena un plūsmas sasaiste. Tradicionālā modelēšanas metode sadala moduli atbilstoši fiziskajam modelim, aprēķina katra moduļa spiedienu un plūsmu atsevišķi saskaņā ar līdzsvara vienādojumu un tai jāatbilst robežvienādības ierobežojuma nosacījumam. Tāpēc iteratīvais aprēķins ir neizbēgams, un aprēķina laiks tiek palielināts. Lai atrisinātu šo problēmu, ar tilpuma inerces metodi tiek izveidots 16 kW dīzeļģeneratora saldēšanas sistēmas simulācijas modelis, izmantojot atlikumsiltumu.

Saskaņā ar tilpuma inerces metodi plūsmas ātrums katrā komponentā nav līdzsvarots, un katrs komponents tiek ņemts vērā atbilstoši tilpuma inerces saitei. Tajā katrs komponents tiek uzskatīts par tilpuma moduli, un savienojošā caurule starp katru komponentu ir pretestības modulis. Tilpuma modulī, ignorējot iekšējo šķidruma pretestību, spiediens tilpuma moduļa iekšpusē ir vienmērīgs. Spiedienu tilpuma modulī var aprēķināt pēc masas plūsmas ātruma starpības abos tilpuma moduļa galos un temperatūras izmaiņām tilpuma modulī. Tomēr spiediena starpība starp ieplūdi un izplūdi un caurules sienas berzes zudumi maina plūsmu, un plūsmas dinamisko vērtību var aprēķināt pēc impulsa nezūdamības likuma.

Ņemot par piemēru l garu cauruli, tā tiek sadalīta tilpuma modulī un pretestības modulī, un tiek izveidots tās tilpuma inerces modelis.

1) tilpuma modulis.

Plūsmas ātrums laika vienībā tilpuma modulī ir M1, un plūsmas ātrums laika vienībā no tilpuma moduļa ir M2. Saskaņā ar masas nezūdamības likumu: plūsma tilpuma modulī - plūsma no tilpuma moduļa = tilpuma moduļa masas pieaugums, tilpuma moduļa masas pieaugumu var aprēķināt:

Formulā: M ir darba šķidruma masa tilpuma modulī, kg; v ir darba šķidruma tilpums tilpuma modulī, M3; kg/m3 ir darba šķidruma blīvums tilpuma modulī; M1 un M2 ir šķidruma masas plūsma, kas ieplūst tilpuma modulī un izplūst no tā, kg/s.

2) rezistīvais modulis.

Rezistīvajā modulī plūsmas ātrums mainās spiediena starpības un šķidruma berzes pretestības dēļ. Saskaņā ar LINEĀRĀ IMPULSA nezūdamības likumu: impulss, kas ienāk pretestības modulī, - impulss, kas iziet no pretestības moduļa + ārējā spēka impulss = pretestības moduļa impulsa pieaugums, šķidruma masu, kas plūst caur pretestības moduļa šķērsgriezumu, var aprēķināt:

pagenumber_ebook=33,pagenumber_book=25

Formulā: M ir darba šķidruma masas plūsmas ātrums caur cauruli, kg/s; v ir darba šķidruma ātrums, m/s; a ir caurules šķērsgriezuma laukums, m 2; l ir caurules garums, m; p 1 un P 2 ir spiedieni abās pretestības moduļa pusēs, PA; UL ir šķidruma berzes pretestība pret caurules sienu, mīnusa zīme apzīmē berzes pretestību pretējā virzienā šķidruma plūsmai, U ir caurules mitrais apkārtmērs, U ir berzes pretestība uz laukuma vienību, = 1/2 FV 2, F ir siltummaiņa berzes koeficients visā ceļā, ko var iegūt pēc empīriskās formulas.

3 sistēmas veiktspējas analīze

Šajā rakstā četrtaktu 16 kW dīzeļģenerators ar turbokompresoru ir sadalīts kompresorā, turbīnā, turbīnas rotorā, starpdzesētājā, ieplūdes un izplūdes caurulē, regulatorā, cilindrā un ģeneratorā, un, izmantojot vidējo vērtību metodi, tika izveidots 16 kW dīzeļģeneratora simulācijas modelis.

16 kW dīzeļģeneratora saldēšanas sistēmai ir liels skaits siltummaiņu, un katra komponenta simulācijas modeļu izveidei tiek izmantota tilpuma inerces metode. Sistēmas šķidrā darba vide galvenokārt sastāv no atkritumgāzēm, litija bromīda šķīduma, ūdens, ūdens tvaikiem utt. Lai garantētu modeļa aprēķina precizitāti, saskaņā ar pielāgošanas formulu tika izveidots modelis darba vides termisko īpašību aprēķināšanai. 16 kW un litija bromīda absorbcijas dzesētāju simulācijas modeļi tiek izveidoti un atkļūdoti attiecīgi Matlab/Simulink programmatūrā. Visbeidzot, 16 kW dīzeļģeneratora dzesētāju simulācijas modelis, izmantojot atkritumsiltumu, ir apvienots, kā parādīts 4. attēlā.

Stacionārās simulācijas laikā, atbilstoši projektēšanas parametriem, vispirms Matlab/Simulink simulācijas programmatūrā tiek iestatīti robežnosacījumi un piešķirtas modeļa stāvokļa mainīgo sākotnējās vērtības. Simulācijas laika iestatīšanai uz 2000 s tiek izmantots ODE45 algoritms ar augstu simulācijas precizitāti. 2. tabulā parādīts stacionārās simulācijas rezultātu un projektēšanas parametru salīdzinājums.

2. tabulā redzams, ka relatīvā kļūda starp stacionārā stāvokļa simulācijas vērtību un 16 kW dīzeļģeneratora saldēšanas sistēmas projektēšanas parametriem ir mazāka par 3 %, kas atbilst sistēmas simulācijas precizitātes prasībai un apstiprina simulācijas modeļa pareizību un precizitāti. Darba vides termiskie parametri sistēmā tiek iegūti, pielāgojot formulu, modelēšanā tiek izdarīti nepieciešamie pieņēmumi, un komponentu kļūdas palielināsies, kad tie tiks salikti, kas ir relatīvo kļūdu iemesli.

Pamatojoties uz stacionārā stāvokļa simulācijas rezultātiem, tika novērtēts 16 kW dīzeļģeneratora siltuma pārpalikuma izmantošanas saldēšanas sistēmas kopējais enerģijas izmantošanas koeficients. Sistēmas kopējā enerģijas izmantošanas koeficienta aprēķina metode ir formula.

X ir 16 kW dīzeļģeneratora sistēmas kopējais enerģijas izmantošanas koeficients, PG ir 16 kW dīzeļģenerators, kW, RC ir šķidruma absorbcijas dzesētājs, kW, EC ir sistēmas pārējais enerģijas patēriņš, kW; FC ir dīzeļģeneratora degvielas patēriņš, kW; PC ir sistēmas jaudas patēriņš, kW.

Saskaņā ar projektētajiem ekspluatācijas apstākļiem 16 kW dīzeļģeneratora jauda ir 357,6 kW, litija bromīda absorbcijas dzesētāja jauda ir 579,79 kW, pārējais sistēmas enerģijas patēriņš ir 132 kW, un 16 kW dīzeļģeneratora degvielas patēriņš ir aptuveni 1286 kW, sūkņu un citu enerģiju patērējošu iekārtu enerģijas patēriņš sistēmā ir aptuveni 30 kW.

Saskaņā ar formulas (6) aprēķinu, 16 kW dīzeļģeneratora saldēšanas sistēmas kopējais enerģijas izmantošanas koeficients ir aptuveni 0,813, un enerģijas izmantošanas efektivitāte ir ievērojami uzlabota, kas ir vairāk nekā 0,8, un atbilst projektēšanas prasībām.

16 kW dīzeļģeneratora slodzi nosaka jaudas patēriņš. Slodzes izmaiņas izraisīs 16 kW dīzeļģeneratora izplūdes gāzu temperatūras un plūsmas ātruma izmaiņas, kas ietekmēs litija bromīda absorbcijas dzesētāja dzesēšanas jaudu lejpus sistēmas.

Sistēmas termodinamiskais process ir sarežģīts, ar inerciālām aizkavēm. Iestatot visu simulācijas laiku uz 6000 s, sākot no 2000 s, pievienojot soļa izmaiņas, 16 kW dīzeļģeneratora slodze tiek samazināta no 100% līdz 80%, un tiek veikts dinamiskās simulācijas aprēķins.

Sākot ar 2000. gadiem, slodze tiek samazināta no 352,3 kW līdz 287,48 kW, izplūdes gāzu plūsma no 1,3187 kg līdz 1,1192 kg un izplūdes gāzu temperatūra no 462 °F.°C līdz 453 °C 16 kW dīzeļģeneratoram. Viss dinamiskās reakcijas process ir aptuveni 100 s. Dīzeļdegvielas slodze samazināta par 20%, dīzeļdzinēja apgriezienu skaits palielināts, regulatora ātrā reakcija, degvielas iesmidzināšana samazināta, lai uzturētu ātruma stabilitāti iestatītajā punktā. Degvielas iesmidzināšanas samazināšana dīzeļdzinējā izraisa izplūdes gāzu temperatūras un plūsmas ātruma samazināšanos.

Dzesēšanas jauda nedaudz palielinājās un pēc tam strauji samazinājās līdz vēl vienai stabilai vērtībai no 579,79 kW līdz 507,15 kW. Kā redzams 9. attēlā, saldēšanas koeficients nedaudz palielinājās un pēc tam samazinājās no 1,394 līdz 1,402. 16 kW dīzeļģeneratora slodzes samazināšanās izraisīja siltumenerģijas samazināšanos, kas nonāk visā 16 kW dīzeļģeneratora sistēmā, kas savukārt noveda pie dzesētāja saldēšanas jaudas samazināšanās, bet saldēšanas koeficients nedaudz palielinājās, un viss dinamiskais process tika pabeigts aptuveni 2000. gados.

4. SECINĀJUMS

Ņemot par piemēru salas dzīvojamo rajonu, tiek pētīta jauna enerģiju taupoša saldēšanas tehnoloģija, kas izmanto dīzeļdegvielas ražošanas atlikumsiltumu.

1) tika veikta 16 kW dīzeļģeneratora siltuma pārpalikuma izmantošanas saldēšanas sistēmas integrētā projektēšana un noteikti projektēšanas parametri. Izmantojot sistēmas statiskās un dinamiskās simulācijas aprēķinus, tiek analizēta sistēmas veiktspēja, pēc tam tiek projektēta vadības sistēma un īstenota sistēmas optimizācija.

2) stacionārā stāvokļa simulācija tiek veikta projektēšanas apstākļos, un relatīvā kļūda ir mazāka par 3%, kas atbilst projektēšanas prasībām un apstiprina modeļa precizitāti un pareizību. Saskaņā ar stacionārā stāvokļa simulācijas rezultātiem sistēmas kopējais enerģijas izmantošanas koeficients ir aptuveni 0,813, kas atbilst projektēšanas prasībām.

3) tiek veikta 16 kW slodzes traucējumu dinamiskā simulācija, kuras rezultātā samazinās 16 kW slodze, samazinās saražotā jauda, ​​samazinās izplūdes gāzu siltumenerģija, samazinās dzesēšanas jauda un nedaudz palielinās dzesēšanas koeficients. Simulācijas rezultāti liecina, ka 16 kW elektrostacijas dzesēšanas jauda ir mazāka nekā 16 kW elektrostacijai, un 16 kW elektrostacijas jauda ir mazāka nekā 16 kW elektrostacijai, un izplūdes gāzu siltumenerģija ir mazāka nekā 16 kW dīzeļģeneratoram.