發(fā)布時(shí)間：2021-04-05 15:29

　　隨著分布式供能需求的增加,為回收系統(tǒng)余熱,實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用,提高循環(huán)效率,基于微燃機(jī)的先進(jìn)熱力循環(huán)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。其中,基于微燃機(jī)的回?zé)嵫h(huán)與濕空氣透平循環(huán)（Humid Air Turbine Cycle,HAT循環(huán)）是重要研究方向。作為緊靠用戶的發(fā)電系統(tǒng),遇到的瞬態(tài)響應(yīng)情況,例如啟動(dòng)、停機(jī)和負(fù)荷變化,比基本負(fù)荷發(fā)電系統(tǒng)要多,因此掌握微型燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能至關(guān)重要。本文對(duì)微燃機(jī)回?zé)嵫h(huán)與微燃機(jī)濕空氣透平循環(huán)（以下簡(jiǎn)稱微型HAT循環(huán)）進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬與性能分析,并利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行了校正。本文的主要工作與研究結(jié)果如下:1.微燃機(jī)回?zé)嵫h(huán)動(dòng)態(tài)模擬與驗(yàn)證首先,使用Bowman TG80的額定工況數(shù)據(jù)、變工況運(yùn)行數(shù)據(jù)校正了關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)參數(shù)與壓氣機(jī)效率曲線。然后,利用停機(jī)過程開環(huán)控制的特點(diǎn),研究了容積慣性和熱慣性的影響,并確定了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的取值。最后,基于模型參數(shù)校正結(jié)果,對(duì)微燃機(jī)啟動(dòng)與變負(fù)荷過程進(jìn)行了模擬,通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比,驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。研究結(jié)果表明:1)經(jīng)過部件參數(shù)校正之后,不同負(fù)荷下的發(fā)電效率模擬值與試驗(yàn)值的相對(duì)誤差明顯減小。2)微燃機(jī)中容積慣性... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

美國(guó)微燃機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)市場(chǎng)份額Figure1.1U.S.microturbineCHPmarketshare

微型燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的動(dòng)態(tài)模擬與性能分析2荷下的性能[7]。HAT循環(huán)被認(rèn)為是解決目前中國(guó)能源工業(yè)能源利用效率低，污染情況嚴(yán)重等問題的捷徑。圖1.2HAT循環(huán)系統(tǒng)示意圖Figure1.2TheschematicdiagramofHATcycle微燃機(jī)作為緊靠用戶的發(fā)電系統(tǒng)，遇到的瞬態(tài)響應(yīng)情況，例如啟動(dòng)、停機(jī)和負(fù)荷變化，比基本負(fù)荷發(fā)電系統(tǒng)要多。動(dòng)態(tài)過程性影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，故針對(duì)微燃機(jī)開展動(dòng)態(tài)模擬研究對(duì)機(jī)組動(dòng)態(tài)性能分析預(yù)測(cè)、控制系統(tǒng)研制以及系統(tǒng)故障診斷等方面具有重要的意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1微燃機(jī)數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀數(shù)學(xué)模型作為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬研究的基矗早在20世紀(jì)50年代就已經(jīng)開始對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。最初，F(xiàn)awke等人[8]將燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)態(tài)模型簡(jiǎn)化為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一階延時(shí)系統(tǒng)。后來，Rowen等人[9]利用頻域分析法開展對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)態(tài)性能的研究，如圖1.3所示。從已往研究看，一類動(dòng)態(tài)建模方法是將微燃機(jī)本體視為一個(gè)對(duì)象模塊，然后加入各種動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)形成系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型[10-12]，該方法在系統(tǒng)受到小擾動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性分析。另一類建模方法是以微燃機(jī)的各個(gè)單元部件為對(duì)象，基于質(zhì)量、能量和能量守恒方程建立詳細(xì)熱力學(xué)模型[13-15]。該方法提高了全工況范圍內(nèi)性能預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，是目前微燃機(jī)動(dòng)態(tài)性能建模方法的主流。

第1章緒論3圖1.3單軸燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)化仿真框圖Figure1.3Simplifiedsingle-shaftgasturbinesimulationblockdiagramforisolatedoperation1.2.2微燃機(jī)回?zé)嵫h(huán)動(dòng)態(tài)模擬研究現(xiàn)狀微燃機(jī)最重要的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是在排煙和壓縮空氣之間加裝換熱器，來最大限度地提高循環(huán)效率。鑒于回?zé)崞髟谖⑷紮C(jī)循環(huán)中的重要性，大量文獻(xiàn)對(duì)回?zé)崞鲃?dòng)態(tài)模型做了研究。余又紅等人[5]建立了簡(jiǎn)化的回?zé)崞髂Ｐ�，不考慮進(jìn)出口的質(zhì)量流量不平衡問題，將壓力損失集中在入口段，并假設(shè)空氣側(cè)與煙氣側(cè)的傳熱系數(shù)為常數(shù)。Zhang等人[16]將控制體分為容積模塊（進(jìn)出口質(zhì)量流量存在差異）與流阻模塊（進(jìn)出口壓力存在差異），根據(jù)能量守恒定理，建立了回?zé)崞鞯姆堑鷦?dòng)態(tài)模型，即得到了一組常微分方程，解決了由于壓力與流量耦合帶來的迭代計(jì)算問題。目前，大量文獻(xiàn)針對(duì)回?zé)嵫h(huán)微燃機(jī)動(dòng)態(tài)特性展開了研究，但大多集中在變負(fù)荷過程[15;17-23]。Duan[15]等人為提高模擬精度建立了非線性模型并進(jìn)行了階躍升負(fù)荷的模擬研究。Badami[23]為提高模擬范圍建立了簡(jiǎn)約模型并進(jìn)行了斜坡降負(fù)荷的模擬。Traverso[24]利用歐拉方程與集總參數(shù)法建立了部件模型，并利用BowmanTG45微燃機(jī)的停機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。文獻(xiàn)[25]利用廠商提供的壓氣機(jī)與透平的性能曲線圖以及準(zhǔn)一維回?zé)崞髂Ｐ脱芯苛嘶責(zé)崞鹘饘贌崛輰?duì)負(fù)荷受到階躍擾動(dòng)與周期性擾動(dòng)時(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵變量的影響。Kim等[18]建立了一維線性化回?zé)崞髂Ｐ停褂迷囼?yàn)數(shù)據(jù)校正過的透平通用特性曲線，研究了變轉(zhuǎn)速微燃機(jī)在連續(xù)升降負(fù)荷時(shí)的系統(tǒng)特性。針對(duì)啟動(dòng)過程的模擬，多是面向航空和艦船等重型燃?xì)廨啓C(jī)，對(duì)微燃機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)過程的研究[26;27]比較缺乏。Henke等人[26]考慮了系統(tǒng)部件與管道的質(zhì)量蓄積效應(yīng)，對(duì)微燃機(jī)的啟動(dòng)過程以及停

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]濕空氣透平循環(huán)飽和器水溫控制建模分析[J]. 黃地,韋婷婷,周登極,張會(huì)生,蘇明.  南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(04)
[2]基于航改三軸燃?xì)廨啓C(jī)的濕空氣透平循環(huán)建模與分析（英文）[J]. 黃地,陳金偉,周登極,張會(huì)生,蘇明.  Journal of Central South University. 2018(03)
[3]航改燃?xì)廨啓C(jī)的濕空氣透平循環(huán)改型方案研究[J]. 陳金偉,梁茂宗,黃地,張會(huì)生.  熱能動(dòng)力工程. 2017(06)
[4]小型燃?xì)廨啓C(jī)濕空氣透平循環(huán)變工況性能[J]. 衛(wèi)琛喻,臧述升,葛冰,蒲強(qiáng).  上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2013(03)
[5]微型濕空氣透平循環(huán)性能實(shí)驗(yàn)研究[J]. 徐震,路源,肖云漢.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2012(35)
[6]微型HAT循環(huán)過渡過程動(dòng)態(tài)模擬[J]. 歐陽艷艷,張士杰,徐震,王波,肖云漢.  燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù). 2012(03)
[7]微型燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)態(tài)模擬與分析[J]. 歐陽艷艷,張士杰,趙麗鳳,王波,肖云漢.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2012(03)
[8]燃?xì)廨啓C(jī)的濕空氣循環(huán)性能分析與試驗(yàn)[J]. 翁史烈,蒲強(qiáng),衛(wèi)琛喻,葛冰,臧述升,惠宇,王玉璋.  電力與能源. 2011(06)
[9]微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)仿真模型研究[J]. 黃偉,凡廣寬,牛銘.  電網(wǎng)與清潔能源. 2011(04)
[10]有無后冷器的微燃?xì)廨啓C(jī)HAT循環(huán)性能比較[J]. 王波,張士杰,肖云漢,徐震.  熱能動(dòng)力工程. 2010(01)

博士論文
[1]微型濕空氣透平循環(huán)動(dòng)態(tài)模擬研究[D]. 歐陽艷艷.中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所） 2012



本文編號(hào)：3119880