Design og ytelsesanalyse av en16 kW dieselgeneratorKjølesystem som bruker spillvarme

Fra tidligere forskningssituasjoner er design og simulering av distribuerte kraftvarmesystemer for moderne.

1 systemintegrasjonsdesign

Det valgte boligområdet på øya drives av en 16 kW dieselgenerator. Eksosen fra dieselmotoren inneholder mye varmeenergi, og litiumbromid-absorpsjonskjøleren bruker eksosgassen som arbeidsvarmekilde for å kjøle ned brukerne. For å øke det justerbare området for kjølebelastning, er det brukt et etterbrenningskjøleskap. Den overordnede utformingen av øyas 16 kW dieselgeneratorsystem er illustrert i figur 1.

Basert på designprinsippet for elektrisk kjøling (tilpassing av kjøler i henhold til 16 kW dieselgenerator), er det utført et matchende valg av kjøler i denne artikkelen. Boligområdet har et brutto gulvareal på omtrent 4850 M2 og en 16 kW dieselgenerator med en nominell effekt på 350 kW. 16 kW dieselgeneratoren produserer avgass med en temperatur på omtrent 450°C, og varmeenergien som er tilgjengelig for kjøleren er omtrent 420 kW. Det ble valgt en dobbelteffekt parallell litiumbromidabsorpsjonskjøler med en kjølekoeffisient på 1,4 og en effekt på 582 kW. Den gjennomsnittlige kjølebelastningen for brukere av øya er 120 W/m2. I følge undersøkelsen dekker 120 W/m2 behovet for kjølebelastning fra brukere av øya. Derfor, når 16 kW dieselgeneratoren drives under nominelle driftsforhold, kan spillvarmen fra avgassen dekke kjøleskapets behov. Designparametrene for 16 kW dieselgeneratorens kjølesystem er vist i tabell 1.

2. Matematisk modellering

Kjølesystemet på 16 kW dieselgeneratorer er svært komplekst og involverer mange emner som dynamikk, termodynamikk og varmeoverføring. Det er derfor svært viktig å velge en passende modelleringsmetode. I denne artikkelen etableres en simuleringsmodell for kjølesystemet med spillvarmeutnyttelse på 16 kW ved hjelp av den modulære modelleringsmetoden. Kjølesystemet med spillvarmeutnyttelse på 16 kW dieselgeneratorer er et typisk termodynamisk system, der modulene er delt inn i henhold til passasje av arbeidsstoff og energi.

Etter å ha bestemt hele modelleringsideen, bør vi velge en rimelig metode for å simulere systemets drift nøyaktig.

Denne artikkelen studerer hovedsakelig utgangseffekten og eksosvarmeenergien til en 16 kW dieselgenerator under forskjellige belastninger, uten å ta hensyn til den interne arbeidsprosessen til en 16 kW dieselgenerator. Modellering ved hjelp av gjennomsnittsmetoden sikrer nøyaktigheten til simuleringen av 16 kW dieselgeneratoren på systemintegrasjonsnivå.

Det finnes mange typer varmevekslere i 16 kW dieselgeneratorkjølesystem, og det er trykk-strømningskobling mellom varmevekslerne. Den tradisjonelle modelleringsmetoden deler modulen i henhold til den fysiske modellen, beregner trykk og strømning for hver modul separat i henhold til balanselikningen, og må oppfylle grenselikhetsbegrensningsbetingelsen. Derfor er iterativ beregning uunngåelig, og beregningstiden økes. For å løse dette problemet etableres en simuleringsmodell av et 16 kW dieselgeneratorkjølesystem som bruker spillvarme ved hjelp av volumetrisk treghetsmetoden.

I henhold til den volumetriske treghetsmetoden er strømningshastigheten i hver komponent ikke balansert, og hver komponent betraktes i henhold til den volumetriske treghetskoblingen. Den betrakter hver komponent som en volummodul, og forbindelsesrøret mellom hver komponent som en motstandsmodul. For volummodulen, ignorerer den indre væskemotstanden, trykket inne i volummodulen jevnt. Trykket i volummodulen kan beregnes i henhold til forskjellen i massestrømningshastighet i begge ender av volummodulen og temperaturendringen i volummodulen. Imidlertid forårsaker trykkforskjellen mellom innløp og utløp og friksjonstapet i rørveggen fluksendringen, og den dynamiske verdien av fluksen kan beregnes i henhold til bevaring av momentum.

Hvis vi tar et L-rør som eksempel, deles det inn i en volummodul og en motstandsmodul, og volumtreghetsmodellen etableres.

1) volummodul.

Strømningshastigheten per tidsenhet inn i volummodulen er M1, og strømningshastigheten per tidsenhet ut av volummodulen er M2. I henhold til massebevaring: Strømning inn i volummodulen - strømning ut av volummodulen = volummodulens masseøkning, kan volummodulens masseøkning beregnes:

I formelen: M er massen til arbeidsfluidet i volummodulen, kg; v er volumet til arbeidsfluidet i volummodulen, M3; kg/m3 er tettheten til arbeidsfluidet i volummodulen; M1 og M2 er massestrømmen til fluidet inn og ut av volummodulen, kg/s.

2) resistiv modul.

I den resistive modulen endres strømningshastigheten på grunn av trykkforskjellen og friksjonsmotstanden til væsken. I henhold til loven om bevaring av lineært momentum: Momentumet som kommer inn i den resistive modulen - momentumet som forlater den resistive modulen + momentumet til den ytre kraften = resistivmodulens momentumøkning. Massen til væsken som strømmer gjennom den resistive modulens tverrsnitt kan beregnes:

pagenumber_ebook=33,pagenumber_book=25

I formelen: M er massestrømningshastigheten til arbeidsfluidet gjennom røret, kg/s; v er hastigheten til arbeidsfluidet, m/s; a er tverrsnittsarealet av røret, m²; l er lengden på røret, m; p1 og P2 er trykkene på begge sider av den resistive modulen, PA; UL er friksjonsmotstanden til fluidet på rørveggen, minustegnet representerer friksjonsmotstanden i motsatt retning av fluidstrømmen, U er rørets våte omkrets, U er friksjonsmotstanden per arealenhet, = 1/2 FV2, F er friksjonskoeffisienten til varmeveksleren underveis, som kan oppnås i henhold til den empiriske formelen.

3 systemytelsesanalyse

I denne artikkelen er en firetakts turboladet 16 kW dieselgenerator delt inn i kompressor, turbin, turbinrotor, intercooler, innsugs- og eksosrør, regulator, sylinder og generator. En simuleringsmodell for en 16 kW dieselgenerator ble bygget ved hjelp av gjennomsnittsmetoden.

Kjølesystemet for 16 kW dieselgeneratorer har et stort antall varmevekslere, og volumetriske treghetsmetoder brukes til å bygge simuleringsmodeller for hver komponent. Det flytende arbeidsmediet i systemet består hovedsakelig av avgass, litiumbromidløsning, vann, vanndamp og så videre. For å garantere nøyaktigheten av modellberegningen ble det etablert en modell for å beregne de termiske egenskapene til arbeidsmediet i henhold til tilpasningsformelen. Simuleringsmodellene for 16 kW og litiumbromidabsorpsjonskjølere er bygget og feilsøkt i henholdsvis Matlab/Simulink-programvaren. Til slutt er simuleringsmodellen for 16 kW dieselgeneratorkjølere som bruker spillvarme kombinert som vist i figur 4.

I steady-state-simuleringen settes først grensebetingelsene i Matlab/Simulink-simuleringsprogramvaren i henhold til designparametrene, og startverdiene for modellens tilstandsvariabler tilordnes. ODE45-algoritmen med høy simuleringsnøyaktighet brukes til å sette simuleringstiden til 2000s. Tabell 2 viser sammenligningen mellom resultater fra steady-state-simuleringen og designparametrene.

Tabell 2 viser at den relative feilen mellom simuleringsverdien i stabil tilstand og designparametrene til kjølesystemet for 16 kW dieselgenerator er mindre enn 3 %, noe som oppfyller presisjonskravet for systemsimuleringen og verifiserer riktigheten og nøyaktigheten til simuleringsmodellen. De termiske parametrene til arbeidsmediet i systemet oppnås ved å tilpasse formelen, de nødvendige antagelsene gjøres i modelleringen, og feilene til komponentene vil forstørres når de monteres. Dette er årsakene til de relative feilene.

Basert på resultatene fra simuleringen av stabile forhold ble den totale energiutnyttelseskoeffisienten for kjølesystemet med spillvarmeutnyttelse på 16 kW dieselgenerator evaluert. Beregningsmetoden for systemets totale energiutnyttelseskoeffisient er som en formel.

X er den totale energiutnyttelseskoeffisienten for 16 kW dieselgeneratorsystemet, PG er 16 kW dieselgeneratoren (kW), RC er libr-absorpsjonskjøleren (kW), EC er systemets andre energiforbruk (kW); FC er dieselgeneratorens drivstofforbruk (kW), og PC er systemets strømforbruk (kW).

Under de konstruerte driftsforholdene har 16 kW dieselgeneratoren en kapasitet på 357,6 kW, litiumbromidabsorpsjonskjøleren har en kapasitet på 579,79 kW, systemets øvrige energiforbruk er 132 kW, og drivstofforbruket til 16 kW dieselgeneratoren er omtrent 1286 kW, mens strømforbruket til pumper og annet strømkrevende utstyr i systemet er omtrent 30 kW.

I følge beregningen av formel (6) er den totale energiutnyttelseskoeffisienten for kjølesystemet med 16 kW dieselgenerator omtrent 0,813, og energiutnyttelseseffektiviteten er kraftig forbedret, noe som er mer enn 0,8, og oppfyller designkravene.

Belastningen på 16 kW dieselgeneratoren bestemmes av strømforbruket. Endringen i belastningen vil føre til endring av eksostemperaturen og strømningshastigheten til 16 kW dieselgeneratoren, noe som vil påvirke kjølekapasiteten til litiumbromid-absorpsjonskjøleren nedstrøms systemet.

Systemets termodynamiske prosess er kompleks, med treghetsforsinkelser. Ved å sette hele simuleringstiden til 6000 sekunder, startende fra 2000-tallet, legge til trinnendringen, reduseres belastningen på 16 kW dieselgenerator fra 100 % til 80 %, og den dynamiske simuleringsberegningen utføres.

Fra 2000-tallet er belastningen redusert fra 352,3 kW til 287,48 kW, eksosstrømmen fra 1,3187 kg til 1,1192 kg, og eksostemperaturen fra 462°C til 453 °C for 16 kW dieselgenerator. Hele den dynamiske responsprosessen tar omtrent 100 sekunder. Dieselbelastningen reduseres med 20 %, dieselmotorens turtall økes, regulatorens raske respons, redusert drivstoffinnsprøytning for å opprettholde hastighetsstabilitet ved innstilt punkt. Reduksjonen av drivstoffinnsprøytning i dieselmotoren resulterer i en reduksjon av eksostemperatur og strømningshastighet.

Kjølekapasiteten økte litt og falt deretter raskt til en annen stabil verdi, fra 579,79 kW til 507,15 kW. Som det fremgår av figur 9, økte kjølefaktoren litt og sank deretter fra 1,394 til 1,402. Reduksjonen i belastningen på 16 kW dieselgeneratoren resulterte i en reduksjon i varmeenergien som gikk inn i hele 16 kW dieselgeneratorsystemet, noe som førte til en reduksjon i kjølekapasiteten til kjøleren, men kjølefaktoren økte litt, og hele den dynamiske prosessen ble fullført rundt 2000-tallet.

4 KONKLUSJON

Med et boligområde på en øy som eksempel studeres en ny energisparende kjøleteknologi som bruker spillvarme fra dieselkraftproduksjon.

1) Det ble utført en integrert design av et 16 kW dieselgenerator-kjølesystem for utnyttelse av spillvarme, og designparametrene ble bestemt. Gjennom statisk og dynamisk simulering av systemet analyseres systemytelsen, deretter designes kontrollsystemet og optimaliseringen av systemet realiseres.

2) Steady-state-simuleringen utføres under designtilstanden, og den relative feilen er mindre enn 3 %, noe som oppfyller designkravene og validerer modellens nøyaktighet og korrekthet. I følge resultatene av steady-state-simuleringen er systemets totale energiutnyttelseskoeffisient omtrent 0,813, noe som oppfyller designkravene.

3) Den dynamiske simuleringen av en 16 kW lastforstyrrelse utføres, noe som resulterer i en reduksjon av 16 kW lasten, en reduksjon av kraftproduksjonen, en reduksjon av varmeenergien i eksosgassen, en reduksjon av kjølekapasiteten og en liten økning av kjølekoeffisienten. Simuleringsresultatene viser at kjølekapasiteten til 16 kW kraftverket er lavere enn for 16 kW kraftverket, og at effekten til 16 kW kraftverket er lavere enn for 16 kW kraftverket, og varmeenergien i eksosgassen er lavere enn for 16 kW dieselgeneratoren.