Bir Tasarım ve Performans Analizi16kw Dizel JeneratörAtık Isıyı Kullanan Soğutma Sistemi

Geçmiş araştırma durumlarından, dağıtık kojenerasyon sisteminin tasarımı ve simülasyonu çok modadır.

1 sistem entegrasyon tasarımı

Seçilen ada yerleşim alanı 16 kW'lık dizel jeneratörle çalıştırılıyor. Dizel motorun egzoz gazı yüksek miktarda ısı enerjisi içeriyor ve Lityum Bromür absorpsiyonlu soğutucu, egzoz gazını çalışma ısı kaynağı olarak kullanarak kullanıcıları soğutuyor. Ayarlanabilir soğutma yükü aralığını artırmak için art yanmalı tip bir soğutucu kullanılıyor. Adanın 16 kW'lık dizel jeneratör sisteminin genel tasarımı Şekil 1'de gösterilmektedir.

Bu çalışmada, elektrikli soğutmanın tasarım prensibine (16 kW dizel jeneratöre uygun soğutucu) dayanarak, soğutucu seçimi gerçekleştirilmiştir. Konut alanının brüt taban alanı yaklaşık 4.850 m2 olup, nominal gücü 350 kW olan 16 kW'lık bir dizel jeneratör bulunmaktadır. 16 kW'lık dizel jeneratör, yaklaşık 450 °C sıcaklıkta egzoz gazı üretmektedir.°C ve soğutucuya sağlanan ısı enerjisi yaklaşık 420 kW'tır. Soğutma katsayısı 1,4 ve gücü 582 kW olan çift etkili paralel lityum bromür absorpsiyonlu soğutucu seçilmiştir. Ada kullanıcılarının ortalama soğutma yükü 120 W/m²'dir. Araştırmaya göre, 120 W/m², ada kullanıcılarının soğutma yükü talebini karşılamaktadır. Dolayısıyla, 16 kW dizel jeneratör nominal çalışma koşulunda çalıştırıldığında, egzoz gazından çıkan atık ısı, buzdolabının talebini karşılayabilir. 16 kW dizel jeneratör soğutma sisteminin tasarım parametreleri Tablo 1'de gösterilmiştir.

2. Matematiksel modelleme

16 kW dizel jeneratör soğutma sistemi, dinamik, termodinamik ve ısı transferi gibi birçok konuyu içeren oldukça karmaşık bir sistemdir, bu nedenle uygun bir modelleme yöntemi seçmek çok önemlidir. Bu çalışmada, 16 kW atık ısı kullanımlı soğutma sisteminin simülasyon modeli, modüler modelleme yöntemi kullanılarak oluşturulmuştur. 16 kW dizel jeneratör atık ısı kullanımlı soğutma sistemi, tipik bir termodinamik sistemdir ve modüller, çalışma maddesi ve enerji geçişine göre bölünmüştür.

Tüm modelleme fikrini belirledikten sonra, sistemin işleyişini doğru bir şekilde simüle etmek için makul bir yöntem seçmeliyiz.

Bu makale, 16 kW dizel jeneratörünün dahili çalışma sürecini dikkate almadan, farklı yükler altında çıkış gücünü ve egzoz ısı enerjisini incelemektedir. Ortalama alma yöntemi kullanılarak yapılan modelleme, 16 kW dizel jeneratör simülasyonunun sistem entegrasyon düzeyinde doğruluğunu garanti altına almaktadır.

16 kW dizel jeneratör soğutma sisteminde birçok ısı eşanjörü tipi bulunur ve ısı eşanjörleri arasında basınç-akış kuplajı bulunur. Geleneksel modelleme yöntemi, modülü fiziksel modele göre böler, her modülün basıncını ve akışını denge denklemine göre ayrı ayrı hesaplar ve sınır eşitliği kısıtlama koşulunu sağlamalıdır. Bu nedenle, yinelemeli hesaplama kaçınılmazdır ve hesaplama süresi uzar. Bu problemi çözmek için, hacimsel atalet yöntemi kullanılarak atık ısı kullanan 16 kW dizel jeneratör soğutma sisteminin bir simülasyon modeli oluşturulmuştur.

Hacimsel atalet yöntemine göre, her bir bileşendeki akış hızı dengeli değildir ve her bir bileşen hacimsel atalet bağına göre değerlendirilir. Her bir bileşen bir hacim modülü ve her bir bileşen arasındaki bağlantı borusu bir direnç modülü olarak kabul edilir. Hacim modülü için, iç akışkan direnci göz ardı edildiğinde, hacim modülü içindeki basınç sabittir. Hacim modülündeki basınç, hacim modülünün her iki ucundaki kütle akış hızı farkına ve hacim modülündeki sıcaklık değişimine göre hesaplanabilir. Ancak, giriş ve çıkış arasındaki basınç farkı ve boru duvarındaki sürtünme kaybı, akıyı değiştirir ve akının dinamik değeri momentumun korunumuna göre hesaplanabilir.

Örnek olarak l uzunluğunda bir boru ele alınırsa, bu boru hacim modülü ve direnç modülü olmak üzere iki kısma ayrılarak hacim atalet modeli oluşturulur.

1) hacim modülü.

Birim zamanda hacim modülüne giren akış hızı M1, birim zamanda hacim modülünden çıkan akış hızı ise M2'dir. Kütle korunumuna göre: Hacim modülüne giren akış - hacim modülünden çıkan akış = hacim modülü kütle artışı, hacim modülü kütle artışı şu şekilde hesaplanabilir:

Formülde: M, çalışma akışkanının hacim modülündeki kütlesi, kg; v, çalışma akışkanının hacim modülündeki hacmi, M3; kg/m3, çalışma akışkanının hacim modülündeki yoğunluğu; M1 ve M2, akışkanın hacim modülüne giren ve çıkan kütle akışı, kg/s'dir.

2) Dirençli modül.

Direnç modülünde, akış hızı, basınç farkı ve akışkanın sürtünme direnci nedeniyle değişir. DOĞRUSAL MOMENTUMUN korunumu yasasına göre: Direnç modülüne giren momentum - direnç modülünden çıkan momentum + dış kuvvetin momentumu = direnç modülü momentum artışı, direnç modülü kesitinden akan akışkanın kütlesi şu şekilde hesaplanabilir:

pagenumber_ebook=33,pagenumber_book=25

Formülde: M, borudan geçen çalışma akışkanının kütle akış hızıdır (kg/s); v, çalışma akışkanının hızıdır (m/s); a, borunun kesit alanıdır (m2); l, borunun uzunluğudur (m); p1 ve P2, direnç modülünün her iki tarafındaki basınçlardır (PA); UL, borunun çeperindeki akışkanın sürtünme direncidir (eksi işareti), akışkanın akışına zıt yöndeki sürtünme direncini temsil eder (U, borunun ıslak çevresidir (U), birim alan başına sürtünme direncidir (U), = 1/2 FV2, F, deneysel formüle göre elde edilebilen, ısı değiştiricinin yol boyunca sürtünme katsayısıdır (F).

3 sistem performans analizi

Bu çalışmada, dört zamanlı turboşarjlı 16 kW'lık bir dizel jeneratör, kompresör, türbin, türbin rotoru, ara soğutucu, emme ve egzoz borusu, regülatör, silindir ve jeneratör olmak üzere üç ana bölüme ayrılmış ve ortalama yöntemi kullanılarak 16 kW'lık bir dizel jeneratörün simülasyon modeli oluşturulmuştur.

16 kW dizel jeneratör soğutma sistemi çok sayıda ısı eşanjörüne sahiptir ve her bir bileşenin simülasyon modellerini oluşturmak için hacimsel atalet yöntemi kullanılmıştır. Sistemdeki sıvı çalışma ortamı esas olarak atık gaz, lityum bromür çözeltisi, su, su buharı vb. içerir. Model hesaplamasının doğruluğunu garantilemek için, uygun formüle göre çalışma ortamının termal özelliklerini hesaplamak üzere bir model oluşturulmuştur. 16 kW ve lityum bromür absorpsiyonlu soğutucuların simülasyon modelleri sırasıyla Matlab/Simulink yazılımlarında oluşturulmuş ve hata ayıklaması yapılmıştır. Son olarak, 16 kW dizel jeneratör soğutucularının atık ısı kullanılarak oluşturulan simülasyon modeli Şekil 4'te gösterildiği gibi birleştirilmiştir.

Kararlı durum simülasyonunda, tasarım parametrelerine göre, öncelikle Matlab/Simulink simülasyon yazılımında sınır koşulları ayarlanır ve modelin durum değişkenlerinin başlangıç ​​değerleri atanır. Simülasyon süresini 2000 saniye olarak ayarlamak için yüksek simülasyon doğruluğuna sahip ODE45 Algoritması kullanılır. Tablo 2, kararlı durum simülasyon sonuçları ile tasarım parametreleri arasındaki karşılaştırmayı göstermektedir.

Tablo 2, 16 kW dizel jeneratör soğutma sisteminin sabit durum simülasyon değeri ile tasarım parametreleri arasındaki bağıl hatanın %3'ten az olduğunu göstermektedir. Bu, sistem simülasyon hassasiyeti gereksinimini karşılamakta ve simülasyon modelinin doğruluğunu ve kesinliğini doğrulamaktadır. Sistemdeki çalışma ortamının termal parametreleri, formül uyumu ile elde edilmiş, modellemede gerekli varsayımlar yapılmış ve bileşenlerin hataları, montaj sırasında daha da büyüyecektir. Bu, bağıl hataların nedenleridir.

Sabit durum simülasyon sonuçlarına dayanarak, 16 kW dizel jeneratör atık ısı kullanımlı soğutma sisteminin toplam enerji kullanım katsayısı değerlendirilmiştir. Sistemin toplam enerji kullanım katsayısının hesaplanma yöntemi formüldür.

X, 16kw dizel jeneratör sisteminin toplam Enerji Kullanım Katsayısı, PG, 16kw dizel jeneratör, kW, RC, libr absorpsiyonlu soğutucu, kW, EC, sistemin diğer enerji tüketimi, kW; FC, dizel jeneratör yakıt tüketimi, kW; PC, sistem güç tüketimi, kW'dır.

Tasarlanan çalışma koşulları altında, 16kw dizel jeneratörün kapasitesi 357,6 kW, Lityum Bromür Absorpsiyonlu Soğutucunun kapasitesi 579,79 kW olup, sistemin diğer enerji tüketimi 132 kW, 16kw dizel jeneratörün yakıt tüketimi yaklaşık 1286 kW olup, sistemdeki pompaların ve diğer güç tüketen ekipmanların güç tüketimi yaklaşık 30kw'dır.

Formül (6)'nın hesaplanmasına göre, 16 kW dizel jeneratör soğutma sisteminin Toplam Enerji Kullanım Katsayısı yaklaşık 0,813'tür ve enerji kullanım verimliliği büyük ölçüde iyileştirilmiş olup, 0,8'den fazladır ve tasarım gereksinimlerini karşılamaktadır.

16 kW dizel jeneratörün yükü, güç tüketimine göre belirlenir. Yükteki değişiklik, 16 kW dizel jeneratörün egzoz sıcaklığı ve debisinde değişikliğe yol açacak ve bu da sistemin çıkış hattındaki Lityum Bromür absorpsiyonlu soğutucunun soğutma kapasitesini etkileyecektir.

Sistemin termodinamik süreci karmaşıktır ve atalet gecikmeleri içerir. Tüm simülasyon süresini 6000 saniyeye ayarlayıp, 2000 saniyeden başlayarak adım değişikliğini ekleyerek, 16 kW dizel jeneratörün yükü 0'den �'e düşürülür ve dinamik simülasyon hesaplaması yapılır.

2000'li yıllardan itibaren yük 352,3 kW'dan 287,48 kW'a, egzoz debisi 1,3187 kg'dan 1,1192 kg'a, egzoz sıcaklığı ise 462 kW'dan 1,1192 kg'a düşürülmüştür.16 kW dizel jeneratör için °C ile 453 °C arasında. Tüm dinamik tepki süreci yaklaşık 100 saniye sürüyor. Dizel yükü azaltıldı, dizel motor devri artırıldı, regülatör hızlı tepki verdi, hız sabitini ayar noktasında tutmak için yakıt enjeksiyonu azaltıldı. Dizel motorda yakıt enjeksiyonunun azalması, egzoz sıcaklığının ve akış hızının düşmesine neden oldu.

Soğutma kapasitesi hafifçe artmış, ardından hızla 579,79 kW'tan 507,15 kW'a sabit bir değere düşmüştür. Şekil 9'da görülebileceği gibi, soğutma katsayısı hafifçe artmış ve ardından 1,394'ten 1,402'ye düşmüştür. 16 kW dizel jeneratör yükünün azalması, tüm 16 kW dizel jeneratör sistemine giren ısı enerjisinin azalmasına ve dolayısıyla soğutucunun soğutma kapasitesinin düşmesine neden olmuştur. Ancak soğutma katsayısı hafifçe artmış ve tüm dinamik süreç yaklaşık 2000 saniyede tamamlanmıştır.

4 SONUÇ

Bir adanın yerleşim alanı örnek alınarak, dizel enerji üretiminden elde edilen atık ısının kullanıldığı yeni bir enerji tasarrufu sağlayan soğutma teknolojisi incelenmektedir.

1) 16 kW'lık bir dizel jeneratör atık ısı kullanımlı soğutma sisteminin entegre tasarımı gerçekleştirilmiş ve tasarım parametreleri belirlenmiştir. Sistemin statik ve dinamik simülasyon hesaplamaları ile sistem performansı analiz edilmiş, ardından kontrol sistemi tasarlanmış ve sistemin optimizasyonu gerçekleştirilmiştir.

2) Kararlı durum simülasyonu tasarım koşullarında gerçekleştirilmiştir ve bağıl hata %3'ten azdır; bu da tasarım gereksinimlerini karşılar ve modelin doğruluğunu ve güvenilirliğini doğrular. Kararlı durum simülasyonu sonuçlarına göre, sistemin toplam enerji kullanım katsayısı yaklaşık 0,813'tür ve bu da tasarım gereksinimlerini karşılar.

3) 16 kW yük bozulmasının dinamik simülasyonu gerçekleştirilerek, 16 kW yükün, güç üretiminin, egzoz gazının ısı enerjisinin, soğutma kapasitesinin ve soğutma katsayısının küçük bir artışı sağlanmıştır. Simülasyon sonuçları, 16 kW güç santralinin soğutma kapasitesinin 16 kW güç santralininkinden daha düşük olduğunu, 16 kW güç santralinin çıktısının 16 kW güç santralinin çıktısından ve egzoz gazının ısı enerjisinin 16 kW dizel jeneratörününkinden daha düşük olduğunu göstermektedir.