Design- och prestandaanalys av en16kw dieselgeneratorKylsystem som använder spillvärme

Utifrån tidigare forskningssituation är design och simulering av distribuerade kraftvärmesystem för modern.

1 systemintegrationsdesign

Det valda bostadsområdet på ön drivs av en 16 kW dieselgenerator, avgaserna från dieselmotorn innehåller mycket värmeenergi, och litiumbromidabsorptionskylaren använder avgaserna som arbetsvärmekälla för att kyla ner användarna. För att öka det justerbara kylbelastningsområdet används ett efterförbränningskyl. Den övergripande designen av öns 16 kW dieselgeneratorsystem illustreras i figur 1.

Baserat på designprincipen för elektrisk kylning (matchning av kylaggregat enligt 16 kW dieselgenerator) utförs matchningsvalet av kylaggregat i denna rapport. Bostadsområdet har en brutto golvyta på cirka 4 850 M2 och en 16 kW dieselgenerator med en nominell effekt på 350 kW. 16 kW dieselgeneratorn producerar avgaser vid en temperatur på cirka 450°C, och den tillgängliga värmeenergin för kylaggregatet är cirka 420 kW. En dubbeleffektsparallell litiumbromidabsorptionskylmaskin med en kylkoefficient på 1,4 och en effekt på 582 kW valdes. Den genomsnittliga kylbelastningen för användare på öar är 120 W/m2. Enligt undersökningen uppfyller 120 W/m2 behovet av kylbelastning för användare på öar. Därför, när 16 kW dieselgeneratorn drivs under nominella driftsförhållanden, kan spillvärmen från avgaserna möta kylskåpets behov. Designparametrarna för 16 kW dieselgeneratorns kylsystem visas i tabell 1.

2. Matematisk modellering

Kylsystemet för en 16 kW dieselgenerator är mycket komplext och involverar många ämnen som dynamik, termodynamik och värmeöverföring, så det är mycket viktigt att välja en lämplig modelleringsmetod. I den här artikeln upprättas en simuleringsmodell för ett 16 kW kylsystem för spillvärmeutnyttjande med hjälp av den modulära modelleringsmetoden. 16 kW dieselgeneratorns kylsystem för spillvärmeutnyttjande är ett typiskt termodynamiskt system, modulerna är uppdelade efter passage av arbetssubstans och energi.

Efter att ha bestämt hela modelleringsidén bör vi välja en rimlig metod för att simulera systemets drift noggrant.

Denna artikel studerar huvudsakligen uteffekten och avgasvärmen från en 16 kW dieselgenerator under olika belastningar, utan att ta hänsyn till den interna arbetsprocessen hos en 16 kW dieselgenerator. Modellering med hjälp av medelvärdesmetoden säkerställer noggrannheten i simuleringen av 16 kW dieselgeneratorn på systemintegrationsnivå.

Det finns många typer av värmeväxlare i kylsystem för 16 kW dieselgeneratorer, och det finns en tryck-flödeskoppling mellan värmeväxlarna. Den traditionella modelleringsmetoden delar upp modulen enligt den fysiska modellen, beräknar tryck och flöde för varje modul separat enligt balansekvationen, och måste uppfylla randlikhetsbegränsningsvillkoret. Därför är iterativ beräkning oundviklig och beräkningstiden ökar. För att lösa detta problem upprättas en simuleringsmodell av ett kylsystem för 16 kW dieselgeneratorer som använder spillvärme med hjälp av den volumetriska tröghetsmetoden.

Enligt den volumetriska tröghetsmetoden är flödeshastigheten i varje komponent inte balanserad, och varje komponent betraktas enligt den volumetriska tröghetslänken. Den betraktar varje komponent som en volymmodul, och anslutningsröret mellan varje komponent som en motståndsmodul. För volymmodulen, utan hänsyn till det inre vätskemotståndet, är trycket inuti volymmodulen enhetligt. Trycket i volymmodulen kan beräknas utifrån skillnaden i massflödeshastighet i båda ändar av volymmodulen och temperaturförändringen i volymmodulen. Tryckskillnaden mellan inlopp och utlopp och friktionsförlusten i rörväggen gör dock att flödet förändras, och det dynamiska värdet av flödet kan beräknas utifrån rörelsemängdens bevarande.

Om vi ​​tar ett L-rör som exempel, delas det in i volymmodul och resistansmodul, och dess volymtröghetsmodell fastställs.

1) volymmodul.

Flödeshastigheten per tidsenhet in i volymmodulen är M1, och flödeshastigheten per tidsenhet ut ur volymmodulen är M2. Enligt massans bevarandeprincip: Flöde in i volymmodulen - flöde ut ur volymmodulen = volymmodulens massaökning, kan volymmodulens massaökning beräknas:

I formeln: M är massan av arbetsvätskan i volymmodulen, kg; v är volymen av arbetsvätskan i volymmodulen, M3; kg/m3 är densiteten hos arbetsvätskan i volymmodulen; M1 och M2 är massflödet av vätskan in och ut ur volymmodulen, kg/s.

2) resistiv modul.

I den resistiva modulen ändras flödeshastigheten på grund av tryckskillnaden och vätskans friktionsmotstånd. Enligt lagen om bevarande av LINJÄRT MOMENTUM: Momentumet som inträder i den resistiva modulen - momentumet som lämnar den resistiva modulen + momentumet från den externa kraften = resistiva modulens momentumökning, kan massan av vätskan som flödar genom den resistiva modulens tvärsnitt beräknas:

pagenumber_ebook=33, pagenumber_book=25

I formeln: M är arbetsfluidens massflödeshastighet genom röret, kg/s; v är arbetsfluidens hastighet, m/s; a är rörets tvärsnittsarea, m²; l är rörets längd, m; p1 och P2 är trycken på båda sidor om den resistiva modulen, PA; UL är vätskans friktionsmotstånd mot rörväggen, minustecknet representerar friktionsmotståndet i motsatt riktning mot vätskans flöde, U är rörets våta omkrets, U är friktionsmotståndet per ytenhet, = 1/2 FV2, F är värmeväxlarens friktionskoefficient längs vägen, vilken kan erhållas enligt den empiriska formeln.

3 systemprestandaanalys

I denna artikel delas en fyrtakts turboladdad 16 kW dieselgenerator in i kompressor, turbin, turbinrotor, intercooler, insugnings- och avgasrör, regulator, cylinder och generator. En simuleringsmodell för en 16 kW dieselgenerator byggdes med hjälp av medelvärdesmetoden.

Kylsystemet för en 16 kW dieselgenerator har ett stort antal värmeväxlare, och den volumetriska tröghetsmetoden används för att bygga simuleringsmodeller för varje komponent. Det flytande arbetsmediet i systemet består huvudsakligen av avgas, litiumbromidlösning, vatten, vattenånga och så vidare. För att garantera noggrannheten i modellberäkningen upprättades en modell för att beräkna arbetsmediets termiska egenskaper enligt den anpassningsbara formeln. Simuleringsmodellerna för 16 kW respektive litiumbromidabsorptionskylaggregat byggs och felsöks i Matlab/Simulink-programvaran. Slutligen kombineras simuleringsmodellen för 16 kW dieselgeneratorkylaggregat som använder spillvärme enligt figur 4.

I stationärsimuleringen ställs först randvillkoren in i simuleringsprogramvaran Matlab/Simulink, i enlighet med designparametrarna, och initialvärdena för modellens tillståndsvariabler tilldelas. ODE45-algoritmen med hög simuleringsnoggrannhet används för att ställa in simuleringstiden till 2000s. Tabell 2 visar jämförelsen mellan resultat från stationärsimulering och designparametrar.

Tabell 2 visar att det relativa felet mellan simuleringsvärdet i stationärt tillstånd och designparametrarna för kylsystemet med en 16 kW dieselgenerator är mindre än 3 %, vilket uppfyller systemsimuleringskravet och verifierar simuleringsmodellens korrekthet och noggrannhet. De termiska parametrarna för arbetsmediet i systemet erhålls genom att anpassa formeln, nödvändiga antaganden görs i modelleringen, och felen hos komponenterna kommer att förstoras när de monteras, vilket är orsakerna till de relativa felen.

Baserat på resultaten från simuleringen i stationärt tillstånd utvärderades den totala energianvändningskoefficienten för ett kylsystem med spillvärmeutnyttjande på 16 kW dieselgenerator. Beräkningsmetoden för systemets totala energianvändningskoefficient är som en formel.

X är den totala energiutnyttjandekoefficienten för 16 kW dieselgeneratorsystemet, PG är 16 kW dieselgeneratorn, kW, RC är absorptionskylaren, kW, EC är systemets övriga energiförbrukning, kW; FC är dieselgeneratorns bränsleförbrukning, kW; PC är systemets effektförbrukning, kW.

Under de konstruerade driftsförhållandena har dieselgeneratorn på 16 kW en kapacitet på 357,6 kW, litiumbromidabsorptionskylaren har en kapacitet på 579,79 kW, systemets övriga energiförbrukning är 132 kW, och bränsleförbrukningen för dieselgeneratorn på 16 kW är cirka 1286 kW, medan pumparnas och annan energikrävande utrustning i systemet har en kapacitet på cirka 30 kW.

Enligt beräkningen med formel (6) är den totala energianvändningskoefficienten för kylsystemet med en 16 kW dieselgenerator cirka 0,813, och energianvändningseffektiviteten förbättras kraftigt, vilket är mer än 0,8, och uppfyller designkraven.

Belastningen på 16 kW dieselgeneratorn bestäms av strömförbrukningen. Ändringen av belastningen kommer att resultera i en förändring av avgastemperaturen och flödeshastigheten för 16 kW dieselgeneratorn, vilket kommer att påverka kylkapaciteten hos litiumbromidabsorptionskylaren nedströms systemet.

Systemets termodynamiska process är komplex, med tröghetsfördröjningar. Genom att ställa in hela simuleringstiden på 6000 sekunder, med början från 2000-talet och lägga till stegförändringen, reduceras belastningen på en 16 kW dieselgenerator från 100 % till 80 %, och den dynamiska simuleringsberäkningen utförs.

Från och med 2000-talet har belastningen minskat från 352,3 kW till 287,48 kW, avgasflödet från 1,3187 kg till 1,1192 kg och avgastemperaturen från 462°C till 453 °C för 16 kW dieselgenerator. Hela den dynamiska responsprocessen är cirka 100 sekunder lång. Dieselbelastningen minskas med 20 %, dieselmotorns varvtal ökas, regulatorns snabba respons, bränsleinsprutningen minskas för att bibehålla hastighetsstabilitet vid inställt värde. Minskningen av bränsleinsprutningen i dieselmotorn resulterar i en minskning av avgastemperaturen och flödeshastigheten.

Kylkapaciteten ökade något och sjönk sedan snabbt till ett stabilt värde, från 579,79 kW till 507,15 kW. Som framgår av figur 9 ökade kylkoefficienten något och minskade sedan från 1,394 till 1,402. Minskningen av 16 kW dieselgeneratorns belastning resulterade i en minskning av värmeenergin som tillfördes hela 16 kW dieselgeneratorsystemet, vilket ledde till en minskning av kylaggregatets kylkapacitet, men kylkoefficienten ökade något och hela den dynamiska processen slutfördes omkring 2000-talet.

4 SLUTSATS

Med ett bostadsområde på en ö som exempel studeras en ny energibesparande kylteknik som använder spillvärme från dieselkraftproduktion.

1) En integrerad design av ett 16 kW dieselgeneratorkylsystem för spillvärmeutnyttjande genomfördes, och designparametrarna bestämdes. Genom statisk och dynamisk simulering analyserades systemets prestanda, sedan designades styrsystemet och systemet optimerades.

2) Simuleringen i stationärt tillstånd utförs under konstruktionsförhållanden, och det relativa felet är mindre än 3 %, vilket uppfyller konstruktionskraven och validerar modellens noggrannhet och korrekthet. Enligt resultaten av simuleringen i stationärt tillstånd är systemets totala energianvändningskoefficient cirka 0,813, vilket uppfyller konstruktionskraven.

3) En dynamisk simulering av en 16 kW laststörning utförs, vilket resulterar i en minskning av 16 kW lasten, en minskning av kraftproduktionen, en minskning av avgasernas värmeenergi, en minskning av kylkapaciteten och en liten ökning av kylkoefficienten. Simuleringsresultaten visar att kylkapaciteten hos 16 kW kraftverket är lägre än hos 16 kW kraftverket, och att effekten hos 16 kW kraftverket är lägre än hos 16 kW kraftverket, och att avgasernas värmeenergi är lägre än hos 16 kW dieselgeneratorn.