CC BY
42
Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов»
состоит в выборе ММ из набора моделей {£к}, Бк -ММ заданной структуры вида:
^ (Р) =
К„в-
^ (Р) =
ТоР +1 Ке~Р то
ТО р2 + 2ТоР + Г
(1)
(2)
полнялась оценка параметров Ко, То и то, характеризующих динамические и статические свойства процессов в АХА. Точность идентификации оценивалась величиной ст - среднеквадратическим отклонением ошибки
' У,Э-
хЛ
■Уг
где Ко - коэффициент усиления объекта, К/Вт; То и
ё
то - постоянная времени и запаздывания, с; р = — -
&
оператор Лапласа; Ж (р) - передаточная функция
типового звена ТАУ описывающего динамику объекта управления.
Экспериментальные кривые разгона обрабатывались по методу наименьших квадратов при помощи системы автоматизации инженерных расчетов «Эврика». На этапе параметрической идентификации вы-
1 п
=1 XX
п г=-
где п - число экспериментальных точек переходной функции (кривой разгона); у3, ут - значения экспериментальных и полученных по моделям (1) и (2) данных.
Точность идентификации экспериментальных данных передаточными функциями составила 0,015.0,06 (т. е. 1,5...6 %).
© Рыжова Л. Д., Мартынюк А. О., Осадчук Е. А., Редунов Г. М., 2011
УДК 621.1
А. А. Ходенков, А. В. Делков Научный руководитель - А. А. Кишкин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ НА НИЗКОКИПЯЩЕМ РАБОЧЕМ ТЕЛЕ1
Рассматриваются вопросы моделирования рабочего процесса паротурбинной установки на низкокипящем рабочем теле. Выделяется прямая и обратная задача проектирования подобных установок. Приводится описание модели с учетом основных потерь в различных элементах установки.
В связи с ведущимися работами по созданию паротурбинных установок (ПТУ) на низкокипящих рабочих телах (НРТ) возникает потребность в моделировании рабочих циклов установки для описания и оптимизации ее процессов. Данная задача рассматривается в настоящей работе.
Создание математических моделей является перспективным направлением в современных исследованиях. Модель позволяет рассчитать основные параметры процесса при известных начальных данных, получить их изменение при варьировании входных данных, оценить влияние различных факторов на работу установки.
В основе модели установки заложены математические модели входящих в нее элементов, позволяющие определять основные параметры рабочего тела, по которым можно судить о реакции оборудования на изменение как внешних, так и внутренних влияющих факторов. В рассматриваемой установке основными параметрами, которые обеспечивают требуемые режимы работы, являются: давление р, расход V, температура Т и угловая скорость вращения ротора турбины w.
Модель позволяет вести расчеты в двух направлениях, решая прямую и обратную задачи проектирования.
Прямая задача - при известных входных параметрах испарителя и конденсатора спроектировать паротурбину установку.
Исходные данные по прямой задаче (задание на проектирование): характеристики источника; характеристики холодильника; полезная мощность турбины; угловая скорость вращения ротора; низкокипящее рабочее тело (фреон) и его диаграмма.
Решение прямой задачи ведется по следующему алогритму:
1. По известным параметрам источника и холодильника строится рабочий цикл установки, определяются его удельные параметры.
2. Рассчитываются удельные параметры турбины -адиабатическая ¿ад и полезная Ьп работы, потери, КПД.
3. Определяются удельные параметры насоса -затрачиваемая Жзатр и полезная Ып мощности, потери, КПД.
1 Работа выполнена при финансовой поддержке КГАУ «Красноярский краевой фонд поддержки научной и научно-
технической деятельности».
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
4. Определяются удельные параметры теплообменников и их геометрия.
5. Определяется массовый расход через испаритель при известной тепловой мощности источника 0ист, рассчитываются массоэнергетические параметры цикла.
6. Подбираются тип и геометрия турбины, насосов, теплообменников.
Результатом решения прямой задачи являются определенная геометрия установки, ее баланс энергий, выдаваемые мощности и КПД.
Обратная задача - при известной геометрии ПТУ получить ее параметры на разных режимах, характеристики, и на основе этого оптимизировать цикл работы установки.
Исходные данные по обратной задаче: геометрия турбины, насоса, теплообменников; рабочее тело и его диаграмма; угловая скорость вращения ротора; характеристики источника и холодильника, диапазон и шаг изменения управляющих параметров.
Решение обратной задачи ведется по следующему алгоритму: по заданным давлению и массовому расходу на входе в сопловой аппарат определяется адиабатическая работа газа и потери в сопловом аппарате. Далее для потоков фреона в каналах рабочего колеса строятся треугольники скоростей, определяется скорость на выходе из рабочей решетки и потери. По давлению и температуре на выходе из турбины с учетом характеристик холодильника определяется параметры в конденсаторе. На основе расхода и перепада давлений определяется мощность насоса и его КПД.
Результат решения обратной задачи - серии расчетных параметров для различных сочетаний управляющих факторов, на основе которых проводится определение оптимальных режимов работы установки и критических ситуаций.
Обратная задача может быть решена только с учетом реальных потерь в установке, которые в большинстве случаев находятся экспериментально. Разба-лансировка потерь необходима для выявления степени эффективности компонентов.
В ступени турбины имеем следующие виды потерь:
1. Потери в сопловом аппарате (скоростной коэффициент сопла ф).
2. Потери в рабочей решетке (коэффициент потерь в каналах колеса у).
3. Потери с выходной скоростью.
4. Потери на утечку.
5. Потери от дискового трения.
6. Механические потери.
7. Потери на парциальность (вентиляционные потери).
8. Потери на теплоотдачу в окружающую среду.
Кроме того в системе присутствуют потери других
компонентов:
- потери в насосе
- потери в теплообменниках
- потери в соединительных трубках
Алгоритм за неимением экспериментальных данных разработан с учетом рекомендуемых значений коэффициентов потерь: в сопле турбины ф; в рабочем колесе у. Потери с выходной скоростью определяются по треугольнику скоростей. Вентиляционные потери и потери от дискового трения находятся с учетом трения в пространственном пограничном слое. Механические потери находятся с учетом скорости вращения и давлений в системе (потери в подшипниках и уплотнениях).
Расчет на утечки не проводился вследствие герметичности установки. Процесс теплоотдачи в окружающую среду от турбины не учитывался, расширение считалось адиабатным.
На основе приведенного алгоритма была написана программа расчета характеристик паротурбинной установки, работающей на фреоне И22. На основе расчетов по программе с учетом данных реальных установок установлено, что разработанная модель адекватна и подходит для моделирования реальных процессов.
Планируется доработка математической модели паротурбинной установки. Корректировке подвергнутся расчетные коэффициенты потерь, которые определяются при анализе экспериментальных данных. В результате на основе полученной модели предполагается проводить оптимизацию паротурбиной установки.
© Ходенков А. А., Делков А. В., Кишкин А. А., 2011
УДК 669.713.7
В. А. Шелепов Научный руководитель - М. Г. Мелкозёров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
Современные технологии достигаю своего придела в эффективности, выходом из сложившейся ситуации является применение различных систем энергосбережения. Одними из таких систем являются аккумуляторы теплоты. Множество методов и способов аккумулирования приводит к различным техническим и конструктивным решениям.
Тепловой аккумулятор предназначен для запаса тепловой энергии в период времени, когда имеется ее избыток, сохранения в течение определенного количества времени с последующей отдачей теплоты потребителю.
Масса или объем теплоаккумулирующего материала (ТАМ) зависит от соответствующей плотности запасаемой энергии и КПД процесса аккумулирования тепла. В реальном процессе аккумулирования
