Разработка программной модели конструкторского теплового расчета установки на базе ГТУ

ГТУ.doc

В данном курсовом проекте в качестве теплотехнической системы исследуется газотурбинная установка. Топливом для ГТУ является природный газ.
Выполнение курсового проекта производится в определенной последовательности которая характерна методике математического моделирования технических систем на макро уровне а именно:
– предварительное обследование системы исследования (анализ технологии);
– синтез расчетной технологической схемы системы исследования;
– разработка математической модели исследуемой системы анализ и уточнение области исследования;
– разработка алгоритма реализации математической модели;
– составление программы для ПЭВМ ее отладка и тестирование;
– проведение численного исследования и параметрическая оптимизация исследуемой системы (объекта) анализ полученных результатов.
ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . ..4.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ . . . . . . . 6
СИНТЕЗ РАСЧЁТНОЙ СТРУКТУРЫ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА . . . . . . . . 7.
СОСТАВЛЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..8
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА И ЕГО ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ
ДЛЯ ПЭВМ ДЛЯ АНАЛИЗА СИСТЕМЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .21
ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ
РЕЗУЛЬТАТОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
ЗАКЛЮЧЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..30
Математическое моделирование с каждым годом находит все более широкое применение в инженерной практике: при проведении промышленных экспериментов проектировании и конструировании технических систем управлении производством и его планировании. Этим объясняется особая актуальность изучение студентами методов математического моделирования и приобретение навыков их применения.
Справедливо считается что искусством построения математических моделей можно овладеть только в результате собственной практики поэтому важное место при изучении дисциплины «Моделирование оптимизация и управление теплотехническими системами» занимает курсовое проектирование целью которого является приобретение студентами практических навыков в составлении математических моделей теплотехнических объектов их программной реализации проведение численного исследования параметрической и структурной оптимизации. Актуальность дисциплины определяется повышением сложности объектов энергетики и промышленности необходимостью применения системного подхода и методов моделирования при конструировании проектировании и эксплуатации указанных объектов. Реализация мат модели на ПЭВМ позволяет решать целый ряд задач:
– исследование характера взаимосвязи параметров установок и анализ их влияния на основные показатели или критерии эффективности;
– исследование влияния внешних условий строительства и эксплуатации установок на соотношение их параметров и на основные показатели и критерии эффективности;
–численная оценка дополнительных материальных вложений в случае отказа по каким-либо причинам от оптимальных параметров или изменения условий эксплуатации;
–осуществление комплексной конструктивной и параметрической оптимизации.
Кроме того математическое моделирование позволяет выполнять в едином итеративном процессе расчёт технологической схемы установки и технические расчёты её оборудования. При этом достигается уточнение тепловых и материальных балансов гидравлических и аэродинамических потерь тепловых и прочностных параметров а также термодинамических и технико-экономических показателей.
Одним из методов построения мат модели является аналитический. Его преимуществом является возможность получения математического описания исследуемого объекта в широком диапазоне изменения его параметров. Методика построения мат модели включает в себя следующие процедуры:
) теоретический анализ процессов протекающих в объекте;
) выбор тех процессов которые наиболее существенно влияют на функционирование объекта;
)определение параметров характеризующих каждый из процессов выбранных в предыдущем пункте описание статики и динамики этих процессов;
) построение мат модели в целом для объекта исходя из описания выделенных процессов.
Аналитические методы построения наиболее трудно поддаются алгоритмизации и практически в каждом случае требуется индивидуальный подход. В основу построения мат модели закладываются наиболее общее законы природы (законы сохранения материи и движения) при необходимости они дополняются рядом принципов и законов установленных опытным путем. Применение аналитических методов для построения мат модели осложняются рядом факторов среди которых следует отметить недостаточность изученности многих сложных физических и химических процессов отсюда недостаточной информации об этих процессах а так же сложным видом самой аналитической модели отсюда неудобством ее применения на практике.
Поэтому широко используются экспериментальные методы построения мат модели хотя они тоже имеют ряд недостатков а именно они носят локальный характер т.е. справедливы для небольшой зоны изменения параметров и трудно модели разработанные для конкретной установки переносить на её аналоги. Сам процесс построения модели эмпирическим методом можно разделить на три этапа:
) планирование эксперимента;
) реализация его на объекте исследования;
) обработка экспериментальных данных с целью получения модели.
Также применяется комбинированные методы построения мат модели.
Основными задачами курсового проекта являются:
– освоение методов анализа теплотехнической технологии;
– приобретение навыков синтеза и анализа технологической схемы теплотехнической системы;
– приобретение навыков построения математической модели теплотехнической системы
–приобретение навыков проведения численного эксперимента и параметрической оптимизации теплотехнической системы.
Особое внимание в курсовом проекте уделяется более глубокому изучению методов моделирования технических систем на макро уровне и практике их применения для анализа и оптимизации теплотехнических объектов. Учебный материал предлагаемый при выполнении курсового проекта сознательно сконцентрирован на моделировании технических систем. Важно взглянуть на знакомый уже по специальным дисциплинам технический объект именно с точки зрения представления его как системы т. е. совокупности взаимосвязанных элементов обладающей свойствами отличными от свойств отельных элементов. Это позволяет на уже известные вроде бы вещи посмотреть с другой стороны увидеть внутреннее взаимодействие элементов понять смысл и внутреннюю логику инженерных методик расчета различных теплотехнических установок наконец самим научиться составлять алгоритмы подобных расчетов. С другой стороны это позволит молодому специалисту в будущем легче разбираться в логике функционирования в новых и еще не известных для него технических объектов
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ
Для ГТУ был произведён расчёт тепловой схемы с применением методов математического моделирования. Расчётная схема синтезирована на базе основных элементов: котёл потребители теплообменники насосы и др. На основе схемы разработана математическая модель и создана программа для ЭВМ для расчета: расходов основных энергоносителей котельной. В данной курсовой работе рассматривалась ГТУ.
Как известно в газовой турбине рабочим телом служат газообразные продукты сгорания топлива в смеси с воздухом или нагретые да высокой температуры или какие-то другие газы обладающие подобными свойствами. Из термодинамики известно что затрачиваемая на сжатие газа работа при прочих равных условиях будет наименьшей если процесс осуществляется изотермически. Практически такое сжатие совершить невозможно. Чтобы приблизить процесс к изотермическому и тем самым уменьшить затрачиваемую работу применяют ступенчатое сжатие с охлаждением воздуха после каждой ступени в промежуточных воздухоохладителях. В ГТУ обычно применяют двухступенчатое сжатие. Кроме того в последнее время активно используется интегрирование ГТУ в различные системы что стало возможным благодаря использованию энергии газов выходящих из ГТУ.
Синтез расчётной структуры исследуемого объекта
В самом общем случае задача синтеза технологической схемы технической системы заключается в определении ее состава (совокупности элементов) структуры (системы связей между элементами) и совокупности режимных и конструктивных параметров при заданных характеристиках сырьевых потоков и готовой продукции функции цели и ограничений на параметры. Существуют различные методы и подходы к синтезу технологических схем. В данном случае на первом этапе задачу синтеза ограничиваем только определением состава элементов и структуры схемы
После определения состава технологических элементов устанавливаем и уточняем связи между ними по потокам вещества и энергии. Определяются также связи с внешними системами в том числе с окружающей средой.
Таким образом при составлении технологический схемы используем два типа элементов: технологические и транспортные. К первым относятся элементы в которых происходят преобразования массы и энергии ко вторым – элементы служащие для транспорта материальных и энергетических потоков т.е. для соединения технологических элементов между собой. Элементы первого типа в дальнейшем будем называть «элементами» а второго типа – «связями».
Теплоносители и рабочие тела посредством которых осуществляются различные технологические процессы в элементах оборудования и связи между ними будем называть энергоносителями. Условно принимаем что связи по механической и электрической энергии также осуществляются соответствующими энергоносителями. Каждая стационарная связь характеризуются строго заданным направлением соответствующим действительному направлению движения потока энергоносителя между элементами оборудования. Связи осуществляемые каким-либо теплоносителем (если известен их состав) однозначно определяются одним расходным и двумя термодинамическими параметрами его состояния и поэтому их считают трехпараметрическими. Механические и электрические связи количественно характеризуются мощностью поэтому их называют однопараметрическими.
СОСТАВЛЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
Математическая модель объекта может быть представлена в виде совокупности математического описания структуры системы системы балансовых уравнений (СБУ) элементов системы системы ограничений на параметры и функции цели.
Графически структуру и связи элементов в модели можно представить с помощью графа. Графом в общем случае принято считать совокупность отрезков произвольной длины и формы называемых дугами и точек пересечения дуг называемых вершинами. Использование теории графов позволяет осуществить математически строгое и в то же время достаточно наглядное рассмотрение структуры технологической схемы. Расчетная технологическая схема исследуемой системы представлена в виде ориентированного (направленного) потокового графа в графической части проекта.
Под ориентированным графом G = (ХU) понимают геометрическую фигуру на плоскости состоящую из множества вершин (точек) Х и множества ориентированных дуг U их соединяющих. Элементы исследуемой системы в этом случае являются вершинами а потоки сырья и энергии (связи) – ориентированными дугами. Ориентация дуг совпадает с направлением потоков. Последовательность ориентированных дуг позволяющих пройти из одной вершины в другую называется путем и изображается последовательностью соответствующих вершин. Вершины соединенные дугой называются инцидентными. Путь содержащий К дуг считают путем длиной К. Путь начальная вершина которого совпадает с конечной причем каждая вершина за исключением начальной проходится только один раз называется элементарным путем или просто контуром. Контуры состоящие из одинаковых вершин считаются одинаковыми. Контуры графа имеющие хотя бы одну общую вершину называются связанными. Множество связанных контуров графа образуют «комплекс» т. е. комплекс – это максимально возможное множество вершин и дуг графа обладающее тем свойством что для любых двух вершин этого множества существует соединяющий их путь.
При составлении графа желательно избегать перекрещивания дуг. После получения изображения графа выполняется его кодирование с использованием структурной матрицы (табл. 3.1) и матрицы видов связей (табл. 3.2). Для этого предварительно вершины и дуги графа нумеруются. Для обозначения вершин в данном случае использованы римские цифры для дуг – арабские.
Единица в ij-м элементе структурной матрицы дает логический признак означающий что из j-го элемента системы исходит (знак плюс) или в него входит (знак минус) i-я связь. При этом строка соответствующая связи с внешними системами (внешняя связь) имеет один ненулевой член («+1» – для исходящих и «–1» – для входящих внешних связей системы) а строка соответствующая внутренней связи имеет две единицы в сумме дающие нуль. Это отражается в последнем столбце таблицы ячейки которой содержат сумму соответствующей строки матрицы. Структурная матрица которую также называют матрицей соединений полностью отображает структуру графа технологической схемы системы и позволяет перевести ее на математический язык что имеет важное значение автоматизации процесса моделирования.
Единицы в j-х столбцах матрицы видов связей по энергоносителям дают логический признак вида j-го энергоносителя посредством которого осуществляется i-я связь. А1 А2 и т. д. обозначают наименование или код энергоносителя.
Таблица3.1.Матрица соединений
Таблица3.2Матрица видов связи
На практике возможны варианты теплоносителей и рабочих тел характеризующиеся и другим числом параметров например поток сухого насыщенного пара характеризуется двумя параметрами поток раствора – четырьмя (расход температура давление концентрация одного из компонентов раствора) поток смеси из n газов – четырьмя и более параметрами (расход температура давление концентрация n-1 компонентов смеси). Хотя в последних двух случаях одному потоку раствора или смеси газов можно противопоставить два или несколько потоков компонентов раствора или смеси.
В дальнейшем будем считать что материальный состав теплоносителя или рабочего тела известен и реализуемая им связь характеризуется тремя параметрами.
Дополнительно для исследуемой схемы составляются матрица смежности матрица процессов матрица контуров которые необходимы для дальнейшего ее анализа.
Матрица смежности (табл. 3.3) показывает наличие связей между элементами. Строки и столбы обозначают номера элементов схемы. Наличие единицы в ij-м элементе матрицы смежности обозначает что в схеме имеется связь выходящая из i-го элемента и входящая в j-й элемент наличие нулевой строки – что из данного элемента не выходит ни одна связь входящая в другой элемент схемы. Наличие нулевого столбца обозначает что в данный элемент не входит ни одна связь из других элементов схемы. В обоих указанных случаях это обозначает что данные элементы не входят ни в один из контуров схемы. Напомним что под контуром понимается замкнутая цепочка элементов т. е. выйдя из одного из них вы по соединительным связям можете в него возвратиться. Это означает что все элементы входящие в контур имеют обратную связь.
Матрица смежности позволяет путем определенной ее математической обработки определить число контуров схемы и состав в них входящих элементов.
Таблица 3.3. Матрица смежности
В матрице процессов (табл. 3.4) каждый элемент системы задается строкой матрицы. Содержание строки представляется совокупностью номеров связей входящих или выходящих из элемента. Номера входящих потоков записываются как положительные величины и номера выходящих потоков - как отрицательные. Используется матрица процессов для анализа схем. В частности с помощью матрицы процессов можно определить принадлежность элемента к тому или иному контуру или найти последовательности расчета схемы.
Матрица контуров (табл. 3.5) также предназначена для анализа схем и определения алгоритма их расчета. Строки матрицы представляют порядковые номера контуров столбцы – номера внутренних связей в системе. Единица в ij-м элементе матрицы является признаком что j-я связь входит в i-й контур. Ранг контура определяется по сумме в него входящих связей. В последней строке показывается в какое число контуров входит та или иная связь.
Таблица3.4. Матрица процессов
Матрица контуров (циклов) (табл. 3.5) определяет количество контуров в схеме и указывает внутренние связи входящие в каждый из контуров.
Таблица 3.5.Матрица контуров
Наименование потоков
Для каждого элемента системы записываются следующие уравнения: энергетического баланса материальных балансов вещественных потоков изменения давления вещественных потоков изменения энтальпии вещественных потоков. Названные уравнения имеют следующий вид:
баланса энергии для k-го элемента
материального баланса для i-го энергоносителя в k-м элементе
изменения давления i-го энергоносителя в k-м элементе
изменения энтальпии i-го энергоносителя в k-м элементе
где G – расход теплоносителя;
N – мощность электрической или механической связи;
и – изменение давления и энтальпии j-го теплоносителя в k-ом элементе;
– коэффициент показывающий потери в окружающую среду.
Составляем систему балансовых уравнений для каждого элемента (табл. 3.6). Система балансовых уравнений характеризуется числом уравнений входящих в нее и числом параметров связи описывающих саму схему.
Таблица3.6Система балансовых уравнений
Балансовое уравнение
I ступень компрессора
II ступень компрессора
Продолжение таблицы3.6
Так как система балансовых уравнений имеет бесконечное множество решений то изменяя расчетные термодинамические расходные параметры можно получить ряд сбалансированных состояний системы.
Поэтому имеется возможность выбора оптимальных значений параметров теплоэнергетической системы. Конкретный допустимый состав параметров определим с помощью матрицы функциональных связей в которой единицы в i-ых строках матрицы дают логический признак наличия непосредственной связи j-ой переменной с одной или несколькими переменными входящими в i-ое уравнение баланса.
Так как параметры связи и конструктивные параметры не могут изменяться произвольно то необходимо наложить на них ограничения.
Таблица3.7Перечень параметров математической модели
Наименование параметров
Связь 1 – вход в 1-ю ступень компрессора – воздух
Cвязь 2 – выход из 1-й ступени компрессора (вход в охладитель)- воздух
Связь 3 – вход в охладитель – вода
Связь 4 – выход из охладителя – вода
Связь 5 – выход из переохладителя - воздух
Связь 6 – выход из 2-й ступени компрессора(вход в топку1-й ступени) – воздух
Продолжение таблицы3.7
Связь 7 – вход в топку 1-й ступени – топливо
Связь 8 – выход из топки 1-й ступени (вход в турбину 1-й ступени) – продукты сгорания
Связь 9 – вход в топку 2-й ступени (выход из 1-й ступени турбины) – продукты сгорания
Связь 10 – вход в топку 2-й ступени –топливо
Связь 11 – выход из топки 2-й ступени (вход в турбину 2-й ступени) – продукты сгорания
Связь 12 – турбина 2-й ступени – эл. генератор – механическая энергия
Связь 13 – турбина 1-й ступени – эл. генератор – механическая энергия
Связь 14 – эл. генератор – компрессор (2-я ступень) – механическая энергия
Связь 15 – эл. генератор – компрессор (1-я ступень) – механическая энергия
Связь 16 – выход из эл. генератора – электроэнергия
Связь 17 – выход из 2-й ступени турбины (вход в КУ) – продукты сгорания
Связь 18 – вход в КУ – вода
Связь 19 – вход из КУ( вход на потребителя) – пар
Связь 20 – потребитель пара– пар
Связь 21 – вход в ВЭ (конденсат от потребителя)– вода
Связь 22 – вход в ВЭ (дымовые газы из КУ)– продукты сгорания
Связь 23 – выход из ВЭ (горячая вода в ХВО)– вода
Связь 24 – выход из ВЭ – продукты сгорания
Для решения системы балансовых уравнений рассмотрим сокращенную систему балансовых уравнений состоящую из уравнений материального и энергетического балансов:
Исключим из системы уравнения материального баланса в которые входят два члена и из каждого уравнения исключим одну переменную:
G1 – G2 = 0 G1 = G2 G1.
Проанализировав граф заменим энтальпии в точках разделения так как температуры входящих выходящих потоков данных точек одинаковы.
Следуя из проведённых балансовых уравнений прировняем входящие и выходящие потоки:
Система включает в себя 15 уравнений. Рассмотрим переменные входящие в систему уравнений:
Все переменные делятся на зависимые (состав и количество параметров состояния системы) и независимые определяющие состояние системы.
Зададимся независимыми параметрами:
В данной системе кроме расходных и термодинамических параметров присутствуют конструктивные (КПД элементов схемы). На этапе анализа технологической схемы их значения регламентируем. Количество информационных переменных входящих в сокращенную систему балансовых уравнений с учетом составляет 41.Соответственно число независимых переменных – 30.
Для определения состава зависимых и независимых переменных составляем и анализируем матрицу функциональных связей (табл. П4.9). В соответствии с постановкой задачи:
– связь 1 – параметры воздуха на входе в установку относим к управляемым;
–связь 2 – параметры воздуха на выходе из компрессора связаны с параметрами связи 1 соотношением
где р2 – управляемый параметр; t2 – зависимый по уравнению (63); N1 – показатель изоэнтропы для воздуха процесса сжатия в компрессоре (конструктивный дополнительный параметр) регламентируется;
– связь 3 – параметры охлаждающей воды относим к управляемым;
– связь 4 – параметры охлаждающей воды считаем регламентируемыми по соотношениям
t4 = t3 1 (2 – 3) °C и р4 » р3;
– связь 5 – параметры воздуха перед 2-й ступенью сжатия: соответственно t5 – управляемый; р5 – регламентируемый (р5 = р2);
– связь 6 – аналогично связи 2
где р6 – управляемый параметр; t6 – зависимый по уравнению (64); N1 –показатель изоэнтропы для воздуха процесса сжатия в компрессоре (конструктивный дополнительный параметр) регламентируется;
– связь 7 параметры топлива: соответственно G7 – зависимый; t7 – регламентируемый; р7 – регламентируемый (p7 = p6); – регламентируемый;
– связь 8 – параметры продуктов сгорания: соответственно G8 – зависимый; t8 – управляемый; р8 – регламентируемый;
– связь 9 – параметры продуктов сгорания на выходе из турбины связаны с параметрами связи 7 соотношением
– связь 10 – параметры продуктов сгорания на выходе из турбины связаны с параметрами связи 7 соотношением
где р10 – регламентируемый параметр; t10 – зависимый по уравнению (65); N2 – показатель изоэнтропы для продуктов сгорания процесса для процесса расширения в турбине (конструктивный дополнительный параметр) регламентируется;
– связь 11 – параметры топлива: соответственно G11 – зависимый; t11 – регламентируемый; р11 – регламентируемый (p11 = p10); – регламентируемый;
– связь 12 – параметры продуктов сгорания: соответственно G12 – зависимый; t12 – управляемый; р12 – регламентируемый;
-связи 12–16– параметры N12 N13 N14 N15 N16 – зависимые;
-связь 17 – параметры продуктов сгорания на выходе из турбины связаны с параметрами связи 8 соотношением
где р17 – регламентируемый параметр; t17 – зависимый по уравнению ; N2 – показатель изоэнтропы для продуктов сгорания для процесса расширения в турбине (конструктивный дополнительный параметр) регламентируется;
связь 18 – параметры горячей воды вышедшей их ХВО и подающейся в КУ: t18 – управляемый; р18 –регламентируется;
расход воды через охладитель G3
расходы топлива G7 G10
расход воды из ХВО на КУ G18
энтальпия продуктов сгорания на выходе из КУ и на входе в ВЭ h22
Составим сокращенную матрицу функциональных связей (табл.3.8). Обозначим каждую переменную через x.
Таблица3.8Упрощённая матрица функциональных связей
Обозначение неизвестных параметров связи
Решение математических моделей и составление программы для ЭВМ
Используя сокращенную матрицу функциональных связей (табл.3.8) определяем строки с одной единицей. Из уравнения системы соответствующего данной строке выразим неизвестные:
После составления математической модели теплотехнической системы можно переходить к параметрической оптимизации. Эта процедура базируются на выполнении трех взаимосвязанных операций:
– выбор допустимых сочетаний значений параметров `;
– реализация математической модели на ЭВМ;
– расчет функции цели.
При неизменной технологической схеме системы решение этих задач как правило не вызывает особых сложностей. Серьезные трудности возникают если в ходе анализа необходимо менять ее структуру т.е. при реализации структурной оптимизации. В этом случае надо перестраивать математическую модель. Изменение вида технологической схемы системы влечет изменение в общем случае числа элементов и соответственно количества связей а следовательно происходят изменения в математической модели. Наиболее удобно такую перестройку математической модели делать пользуясь матрицей соединений и матрицей функциональных связей параметров. В этом случае появляется возможность запрограммировать логические операции перестройки вида технологической схемы установки т.е. можно автоматизировать изменения вида схемы в процессе моделирования.
Методика реализации математической модели теплотехнической системы на ЭВМ базируется на: методах решения системы балансовых уравнений; приемах поиска наилучшей последовательности расчета элементов; методах определения исходного допустимого решения и методах аппроксимации сложных исходных зависимостей.
В общем случае системы балансовых уравнений представляют собой системы нелинейных уравнений. При расчете сложных нелинейных систем уравнений наибольшее распространение получили численные итерационные методы (простой и модифицированной итераций Зейделя Ньютона и др.).В данной работе для решения системы уравнений используется метод Зейделя. Алгоритм данной программы представлен в графической части проекта.
Определенной сложностью является представление теплофизических свойств (в данном случае только энтальпии) рабочих тел и теплоносителей. Разработанный алгоритм расчета и оптимизации технологической схемы представляется в виде укрупненной блок-схемы и программы для ПЭВМ. В тексте программы приводятся внутренняя документация с необходимыми комментариями описывающими основные шаги алгоритма. С помощью разработанной программы выполняется численный эксперимент. Результаты эксперимента представляются в удобном для анализа графическом виде
Программа разработанная на алгоритмическом языке Паскаль приведена ниже.
Программа состоит из нескольких основных разделов.
В разделе описания констант содержатся значения температур номинальных расходов напоров и КПД которые в дальнейшем расчете остаются постоянными.
Функция vst возводит число x в степень y необходима для процедуры entalp_H2O.
Процедура entalp_H2O определяет энтальпию воды по давлению и температуре которая необходима в дальнейших расчетах. При расчете процедура использует интерполяционные полиномы. Значения коэффициентов интерполяционных полиномов содержится в разделе описания констант процедуры entalp_H2O. Процедура основана на листинге программы "WaterSteamPro"
В головном разделе программы определятся значения энтальпий потоков температура которых известна. Для этого используем процедуру entalp_H2O.
В следующем блоке головного раздела рассчитываются неизвестные параметры математической модели которые определяются без каких-либо преобразований.
Это следующие параметры:
h22 G3 G7 G10 G18N12 N15 N13 N14 N16 Q.
Далее вводятся фиксированные параметры которые необходимы для решения системы а следом за этим рассчитываются остальные неизвестные параметры математической модели.
Результаты расчёта выводятся в файл “result”.
С помощью программы определены все параметры математической модели при различных режимах работы двигателя и различных значениях фиксируемых параметрах а результаты расчетов приведены ниже.
коэффициенты потерь (доли)
g1=1; gam1=0.9;t24=140; gam2=0.7;h23=546; gam3=0.9; gam4=0.7; gam5=0.9;h3=84;h4=167;gam6=0.95;
gam7=0.8; gam8=0.85; gam9=0.85;h19=2788;h21=420; gam10=0.8; gam11=0.9;
энтальпия продуктов сгорания кДжкг
давления с системе МПа
p1=0.1; p2=0.3; p3=0.2; p5=0.3; p6=0.9; p9=0.3; p17=0.1;
температуры продуктов сгорания после камеры сгорания ?С
t80=900;t18=130; Низшая теплота сгорания реального природного газа и условного топлива кДжкг
g3g7g10g11g8g18n13n14n15n16h22
KPDQt1t2t9t17n12t3h9h11h17h18t8h24h8h1h2t6h5h6t4t11t5t22:
dg1:array[1..21..13] of real=
функция для расчета теплоемкости воздуха кДжкг*К
vozdyx1:array[1..21..21] of real=
While(vozdyx1[1i]t)do
read Температура от -30..45
read Температура от 700..900
энтальпия воздуха перед компрессором 1 кДжкг
температура воздуха за компрессором 1 ступень?С
энтальпия воздуха перед компрессором 2 кДжкг
температура воздуха за компрессором 2 ступень?С
энтальпия воздуха за компрессором 2 кДжкг
энтальпия дымовых газов за камерой сгорания кДжкг
температура продуктов сгорания за турбиной первой ступени ?С
энтальпия продуктов сгорания за турбиной первой ступени кДжкг
температура продуктов сгорания за турбиной второй ступени ?С
энтальпия продуктов сгорания за турбиной второй ступени кДжкг
энтальпия водывходящей в КУ кДжкг
энтальпия продуктов сгорания после КУ кДжкг
h22:=(h24*(h18-h19)(h18-h19+h21-h23));
Расчёт зависимых переменных
энергия для привода компрессора кВт
количество воды на переохлаждение воздуха кгс
g3:=(g1*(h2-h5))(gam2*(h4-h3));
N14:=((g1*(h6-h5)+N15)gam3);
количество топлива поступающего в КС1 кгс
g7:=(g1*(h8-h6)(gam4*h7-h8));
количество продуктов сгорания после КС1 кгс
N13:=((g8*(h8-h9)*gam5-N14));
количество топлива поступающего в КС2кгс
g10:=(g8*(h11-h9))(gam6*(h7-h11));
n12:=((g11*(h11-h17)*gam7)+N13);
количество дымовых газов поступающей в КУ кгс
g18:=(gam9*g11*(h17-h22))(h19-h18);
расход теплоты отданной потребителю кДжс
Q:=(g18*(h19-h21)*gam11);
KPD:=N16(h7*(g7+g10));
вывод результата на экран
end.5.ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
Выводим результаты расчёта программы:
g3 – расход охлаждающей воды кгс;
g7 – расход топлива на первую КС перед ТВД кгс;
g10– расход топлива на вторую КС перед ТНД кгс;
g18 – расод воды на КУ кгс;
n12 – мощность кВт;
n13 – мощность турбины второй ступени кВт;
n14 – мощность турбины первой ступени кВт;
n15 – мощность турбины первой ступени кВт;
n16 – электрическая мощность кВт;
h22 – энтальпия продуктов сгорания на выходе из КУ кДжкг;
Q – тепловая мощность отданная потребителю кДжс; Изменяя значения T1 T8 и T11 запишем значения исследуемых параметров:
t1=-30°Ct1=-20°Ct1=-10°C
t8=900°C t8=900°C t8=900°C
t11=900°Ct11=900°Ct25=900°C
g3=1.031g3=1.271g3=1.511
g7=0.045g7=0.045g7=0.045
g10=0.038g10=0.038g10=0.038
g18=0.223g18=0.223g18=0.223
h22=143.1h22=143.1h22=143.1
n13=868.0n13=863.4n13=858.7
n14=224.3n14=228.9n14=233.7
n15=100.3n15=104.5n15=108.7
Q=475.4 Q=475.4 Q=475.4
n16=1061.1 n16=1057.1n16=1053.1
n12=1248.3 n12=1243.7 n12=1238.9
kpd=0.3646kpd=0.3633kpd=0.3619
t1=0°Ct1=10°Ct1=20°C
g3=1.748g3=1.986g3=2.227
n13=854.1n13=849.4n13=844.5
n14=238.3n14=242.9n14=247.8
n15=112.9n15=117.0n15=121.4
n12=1234.4 n12=1229.7 n12=1224.9
n16=1049.2 n16=1045.3n16=1041.1
kpd=0.3605kpd=0.3592kpd=0.3578
Как видно из графика ( рисунок5.1) показатель КПД изменяет своё значение в зависимости от начальной температуры воздуха t1 на входе в первую ступень компрессора.
На графике приведены 5 вариантов относительно выбора t1 (-30 -20 -10 0 10 20).
Расчёты показали что с понижением температуры t1 эффективность системы увеличивается.
Из приведенной диаграммы ( рисунок5.2) видно что с понижением температуры на входе в первую ступень компрессора значение электрической мощности (N16) и соответственно механической энергии(N12) передаваемой генератору возрастает.
В результате выполнения курсового проекта по дисциплине «Моделирование оптимизация и управление теплотехническими системами» мы составили математическую модель рассматриваемого в проекте теплотехнического объекта. Его программная реализация на ПЭВМ позволяет решать целый ряд задач по исследованию и модернизации объекта. В проекте мы провели анализ нашей теплотехнической системы её сравнение с аналогичными. Также мы провели численное исследование системы.
Седнин В.А.Моделирование оптимизация и управление теплотехническими системами: Учеб. метод. пособие по курсовому проектированию для студ. энергет. спец.В.А.Седнин. – Мн.: БНТУ 2002.
С.Л.Ривкин.Теплофизические свойства воды и водяного пара.-М.:Энергия1980.-424с.
Роддатис К.Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности.М. Энергия 1968.
Попырин П.С. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. – М.: Энергия 1978 - 342с. : ил.
Е.А.Краснощёков. Задачник по теплопередаче. М.-Л.Госэнергоиздат1963224с.

ГТУ .dwg

-Контрольная поверхность
ППН ТС-Подпиточный насос тепловых сетей
ЦЭН- Циркуляционный насос
ПЭН-Питательный насос
ПСВ-Подогреватель сетевой воды
ИП-Испарительная поверхность
ПП-Пароперегреватель
ДСВ-Деаэратор подпиточной сетевой воды
Условные обозначения:
ДК-''Дожимной" компрессор
С-Сепоратор продувки
ВК-Воздушный компрессор
ДПВ-Деаэратор питательной воды
Топливо (природный газ)
Структурная и техно- логическая схемы коге- нерационной системы
Перегретый пар к потребителю
Принципиальная схема ГТУ. Граф TS-диаграмма