某柴油发电机余热驱动冷淡联供系统性能仿真研究

论文摘要

海岛建设是维护国家海洋权益和保障海洋资源开发的基础,但目前海岛能源匮乏,能量利用率低严重制约了海岛的建设与发展。分布式冷淡电联供系统集多用途、高效、节能与环保等优势于一身,是缓解海岛能源紧缺的有效途径之一,为提升我国国防力量及开发海洋资源提供了有力的保障。论文针对海岛某居民区对能源的需求,进行了柴油发电机余热驱动冷淡联供系统的集成设计,研究了系统中各部件的建模方法,搭建了系统仿真模型,进行了系统性能仿真计算分析,最后设计了控制系统保证制冷量满足需求。主要研究工作如下:（1）根据海岛用户需求,完成了柴油发电机余热驱动冷淡联供系统总体方案的初步设计。具体包括柴油发电机、双效溴化锂吸收式制冷机、蒸馏式海水淡化装置的选型和功率匹配,确定了设计工况点参数,实现了系统集成。（2）完成了柴油发电机的仿真建模和调试。运用模块化建模法将柴油发电机划分为涡轮增压器、中冷器、缸内过程、柴油机动力学、调速器和发电机等模块,建立了柴油发电机的平均值模型;通过调试,准确地模拟了柴油发电机的发电及排烟性能。（3）完成了溴化锂吸收式制冷机及蒸馏式海水淡化装置的仿真建模。按照换热方式不同,将各部件划分为单相换热管模型、沉浸式沸腾换热模型、喷淋式换热模型、垂直降膜式换热模型,采用容积惯性法分别建立了其分相集总参数模型,准确地模拟了系统中各部件的物理过程;根据经验公式,建立了烟气、溴化锂溶液、水和水蒸汽的热物性参数计算模型。最终,分别建立了溴化锂吸收式制冷机和蒸馏式海水淡化装置的仿真模型并进行调试。（4）借助Matlab/Simulink仿真平台,建立了柴油发电机余热驱动冷淡联供系统仿真模型,进行了稳态仿真计算,相对误差满足设计要求,验证了模型的精度及正确性;加入柴油发电机负荷扰动进行了动态仿真计算,分析了负荷下降对系统中各部件的影响;对比柴油发电机不同负荷下系统参数的变化,验证了动态模型的准确性;根据海岛环境,在不同冷却水温度下,进行了系统性能参数仿真计算分析。（5）完成了冷冻水出口温度控制系统设计。本着“以冷定淡”的原则设计控制系统,采用烟气补燃调控法对冷冻水出口温度进行调控;提出了前馈+反馈的控制策略解决系统惯性延迟问题,运用了模糊控制对PID控制器参数进行实时修正。进行了控制系统仿真计算分析,实现了冷冻水出口温度控制,通过有无前馈调节对比验证了控制策略的高效性。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究背景及意义
•   1.2 国内外发展与仿真研究现状
•     1.2.1 国内外发展现状
•     1.2.2 国内外仿真研究现状
•   1.3 研究内容及技术路线
•   1.4 本章小结
• 第2章 系统设计及仿真建模方法研究
•   2.1 柴油发电机余热驱动冷淡联供系统设计
•   2.2 柴油发电机余热驱动冷淡联供系统部件
•     2.2.1 柴油发电机
•     2.2.2 溴化锂吸收式制冷机
•     2.2.3 蒸馏式海水淡化装置
•   2.3 部件选型及功率匹配
•   2.4 柴油发电机余热驱动冷淡联供系统仿真方法
•     2.4.1 系统仿真概述
•     2.4.2 模块化建模
•     2.4.3 容积惯性法建模
•     2.4.4 模型求解方法
•   2.5 本章小结
• 第3章 柴油发电机余热驱动冷淡联供系统仿真建模
•   3.1 柴油发电机数学模型
•     3.1.1 涡轮增压器模型
•     3.1.2 中冷器模型
•     3.1.3 气缸模型
•     3.1.4 柴油机动力学模型
•     3.1.5 调速器模型
•     3.1.6 发电机数学模型
•   3.2 余热利用子系统数学模型
•     3.2.1 沉浸式沸腾换热模型
•     3.2.2 水平管外喷淋式换热模型
•     3.2.3 垂直降膜式换热模型
•   3.3 工质物性仿真建模
•     3.3.1 烟气热物性模型
•     3.3.2 溴化锂溶液热物性模型
•     3.3.3 水和水蒸汽热物性模型
•   3.4 系统各部件仿真模型
•     3.4.1 柴油发电机仿真模型
•     3.4.2 双效溴化锂吸收式制冷机仿真模型
•     3.4.3 蒸馏式海水淡化装置仿真模型
•   3.5 本章小结
• 第4章 系统性能仿真计算与分析
•   4.1 概述
•   4.2 系统稳态性能仿真
•   4.3 柴油发电机负荷扰动下系统动态性能仿真
•     4.3.1 负荷扰动下柴油发电机的动态响应
•     4.3.2 负荷扰动下溴化锂吸收式制冷机的动态响应
•     4.3.3 负荷扰动下蒸馏式海水淡化装置的动态响应
•   4.4 不同负荷下系统性能仿真
•   4.5 冷却水温度对系统性能的影响
•   4.6 本章小结
• 第5章 控制系统设计与仿真分析
•   5.1 烟气补燃调控法
•   5.2 控制策略的研究
•   5.3 控制系统原理与参数整定
•     5.3.1 控制系统原理
•     5.3.2 控制器参数整定
•     5.3.3 模糊PID控制设计
•   5.4 控制系统仿真建模与计算分析
•     5.4.1 燃烧器模型
•     5.4.2 控制系统仿真与分析
•   5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间获得的相关科研成果目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 魏志威

导师: 胡甫才

关键词: 余热利用,冷淡联供,数学建模,性能仿真,控制

来源: 武汉理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,动力工程

单位: 武汉理工大学

分类号: P747;TK421

DOI: 10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.001362

总页数: 94

文件大小: 4917K

下载量: 17