Разработка эффективных математических моделей динамических процессов в теплоэнергетическом оборудовании

• Автор: Левин, Анатолий Алексеевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ТЕП Л ОЭНЕРГЕТИЧ ЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ

I 1.1. Модели теплообменников с распределенными параметрами.

1.2. Модели теплообменников с сосредоточенными параметрами

1.3. Расчет движения теплоносителей в теплоэнергетическом оборудовании

1.3.1. Расчет потокораспределбния в теплоэнергетическом оборудовании

1.3.2. Определение истинного массового паросодержа шя в области

V4 ЗАКРИЗИСНОГО теплообмена.

1.4. Постановка задачи исследования.

1 2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО

ОПИСАНИЯ ДИНАМИКИ ТЕПЛООБМЕННИКОВ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ.

2.1. Корректное усреднение в модели конвективного теплообменника

2.2. Динамика теплообменника при возмущениях по энтальпии теплоносителя.1.
2.3. Динамика конвективного теплообменника при возмущениях по
расходу теплоносителя
2.4. Динамика теплообменника при совместных возмущениях по расходу и энтальпии теплоносителя.
2.5. Реализация модифицированной модели с сосредоточенными параметрами в виде расчетной программы
2.6. Расчет динамики котельного агрегата бкз0 на основе модифицированного метода сосредоточенных параметров
3. РАСЧЕТ ПОТОКОРАСПРЕДЕЛБНИЯ В ПАРОВОДЯНОМ ТРАКТЕ ТЭС.
3.1. Применение метода узловых давлений для расчета потокораспределбния в трактах энергоустановок.
3.2. Определение выражений для истинного массового
ПАРОСОДЕРЖАНИЯ
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕМЕНТАХ ОБОРУДОВАНИЯ ТЭС.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Список обозначений и сокращений
энтальпия потока, кДжкг
I темпера тура потока, С
0 температурастенки, С
О массовый расход, кгс
С масса, кг
с теплоемкость, кДжкгК а коэффициент теплоотдачи, кВтм2К
К объем, занимаемый средой, м
площадь сечения, м
Н площадь поверхности теплообмена, м
Тт комплекс, характеризующий инерционность теплообменника, с тд время переходного процесса, с тф транспортное запаздывание, с
ср коэффициент усреднения параметров по длине теплообменника
Я комплекс, определяющий распределение температур по длине теплообменника
Яе критерий Рейнольдса
Рг критерий Прандтля
и коэффициент динамической вязкос ти, Пас
Я коэффициент теплопроводности, кВтм К хи истинное массовое паросодержание лб относительная энтальпия
граничное паросодержание, начало области закризисного кипения р давление, МПа с1 диаме тр, м р плотность, кгм
у скорость, мс
плотность теплового потока, кВтм
Гтемпература, К
Ар, тр, п коэффициенты степенной аппроксимации калорического уравнения
К комплекс величин, характеризующих теплообмен
см , Хоб смоченный и обогреваемый периметры канала ггсредняя квадратичная погрешность, .
Индексы
в вода г газы т металл вх вход вых выход конд конденсатор.
ВВЕДЕНИЕ


В то же время, опыт разработки всережимных динамических моделей теплогидравлических процессов, протекающих в комплексе теплоэнергетического оборудования , , , показывает, что задача успешного описания нестационарного состояния элементов оборудования в большинстве случаев удовлетворительно решается при помощи описания этих элементов моделями с сосредоточенными параметрами. При этом неоспоримым достоинством таких моделей является уменьшение затрачиваемого времени на расчет, что весьма важно для пракгического применения в задачах, требующих выполнения расчетов с учетом реального времени. Надо отметить, что применение различных численных методов, реализующих модели с распределенными параметрами, вынуждает использовать по условию Куранта достаточно мелкие шаги но времени для достижения необходимой точности общего решения, что в условиях описания множества элементов приводит к резкому росту объема вычислений. Тем не менее, практика использования моделей с сосредоточенными параметрами выявила наличие проблем, связанных с точечным представлением процессов, протекающих в протяженных элементах теплоэнергетического оборудования. Настоящая работа посвящена анализу всережимных моделей переходных процессов в элементах теплоэнергетического оборудования и поиску способов расширения границ применимости таких моделей, для построения эффективных алгоритмов, обеспечивающих выполнение расчетов в масштабе реального времени. Обычно применяющиеся в практике создания компьютерных тренажеров персонала тепловых электрических станций описания конвективных теплообменников как объектов с сосредоточенными параметрами обладают значительной погрешностью в воспроизведении не только переходных, но и установившихся режимов. В работе предлагается строго обоснованный способ усреднения параметров, который получен путем сведения уравнений в частных производных к обыкновенным на основе закона сохранения энергии. Применение предложенного метода к моделированию конвективных поверхностей парогенератора с различными тсплообмснивающимися средами газ, вода, пар, двухфазная смесь позволяет сократить относительную погрешность моделирования по сравнению с распределенными моделями до 5 , тогда как в традиционных аналогичных моделях она может достигать . Осуществлен учет эффекта транспортного запаздывания в протяженных элементах оборудования при использовании моделей, опирающихся на метод сосредоточенных параметров. Новым в приложении методов теории гидравлических цепей к расчетам потокораспределения в пароводяных и газовоздушных трактах энергоустановок является развитие метода узловых давлений в направлении учета в едином алгоритме расчета различных нелинейных законов падения давления по участкам цепи и взаимосвязи между расходами и паросодсржаниями на участках генерации пара. Впервые полученное аналитическое решение дифференциального уравнения истинного массового паросодержания позволяет учесть термическое неравновесие в области закризисного теплообмена при построении быстродействующих динамических моделей. ТЭС. Принцип построения достаточно точных и быстродействующих динамических моделей теплообменников, как объектов с сосредоточенными параметрами, на основе предложенного способа усреднения при переходе от моделей с распределенными параметрами. Модернизация математических моделей, опирающихся на метод сосредоточенных параметров, с учетом эффекта транспортною запаздывания при возмущениях по температуре и расходу теплоносителя. Модифицированный расчетный алгоритм решения задачи потокораспределения в рамках теории гидравлических цепей, учитывающий различные законы падения давления в элементах энергоустановок с однофазным и двухфазным теплоносителями. Аналитическое решение дифференциального уравнения для истинного массового паросодержания в области закризисного теплообмена. Разработанные модели элементов теплообменного оборудования и модификация модели потокораспределения в пароводяном тракте позволяют существенно улучшить комплексные математические всережимные математические модели ТЭС.