船用增压锅炉动力系统的仿真研究

论文摘要

增压锅炉系统是利用涡轮增压机组向炉膛输送有一定压力助燃空气的蒸汽动力装置,具有可靠性高、运行寿命长、重量尺寸小和易维护等特点,是大型舰船常规动力系统的发展方向。由于我国在这方面的研究还处于起步阶段,目前还没有一套完整的舰船增压锅炉动力系统的热力计算标准,也没有相应的试验方法。因此,对系统进行深入研究有重要意义。本文在分析增压锅炉动力系统特点的基础上,建立了增压锅炉动力系统的整体仿真模型,应用计算机仿真的方法,分析增压锅炉动力系统的运行特性,对增压锅炉动力系统的控制设计和系统运行有一定参考价值。在机理分析的基础上,结合已有的数据,采用集总参数法建立系统模型。在建立数学模型时,根据增压锅炉各部件的特点,采用了不同的处理方法进行简化和假设,使得所建立的数学模型能够反映增压锅炉动力系统的基本特性。为了使所建立的数学模型更具有通用性和扩展性,引入了模块化建模的思想,将增压锅炉动力系统划分为燃烧模块、蒸发模块、受热面模块、涡轮增压模块、主汽轮机模块、冷凝模块、回热模块和除氧器模块。各模块之间通过能量和质量的传递关系进行连接。数学模型的求解选用变步长四阶龙格—库塔算法,利用Fortran 90计算机语言编制仿真模型的源程序。在模型的开发过程中,采用将算法和模型分离的方法使仿真模块具有更强的拓展性、重用性和易修改性等优点。通过静态特性分析和典型工况的动态仿真试验,对所建的数学模型进行了验证。仿真结果表明所建增压锅炉动力系统的整体仿真模型能够正确反映其动态特性。虽然只建立了动力系统本体的仿真模型,但整个数学模型能够方便的加入控制系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本文的研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 增压锅炉研究
• 1.2.2 计算机仿真技术
• 1.2.3 增压锅炉的仿真研究
• 1.3 课题的研究意义
• 1.4 本文的主要工作
• 2 增压锅炉的热力系统及仿真对象介绍
• 2.1 增压锅炉的热力学特性
• 2.1.1 烟气工作过程分析
• 2.1.2 空气和烟气参数特性
• 2.1.3 炉膛容积热负荷同炉内压力的关系
• 2.1.4 燃料负荷同增压比的关系
• 2.1.5 不同增压比下锅炉管束内外的换热情况
• 2.2 仿真对象介绍
• 2.3 本章小结
• 3 系统的建模方法和数学模型
• 3.1 热力系统模块化建模方法
• 3.1.1 采用模块化建模原因
• 3.1.2 模块化建模的基本思路
• 3.1.3 增压锅炉动力系统模块化的实现
• 3.2 增压锅炉动力系统建模分析
• 3.2.1 增压锅炉动力系统的动态特点
• 3.2.2 增压锅炉动力系统的建模目的
• 3.2.3 增压锅炉动力系统建模方法
• 3.3 增压锅炉动力系统的数学模型
• 3.3.1 燃烧模块的数学模型
• 3.3.2 蒸发模块的数学模型
• 3.3.3 受热面模块的数学模型
• 3.3.4 涡轮增压模块的数学模型
• 3.3.5 主汽轮机的数学模型
• 3.3.6 凝汽器模块的数学模型
• 3.3.7 回热加热模块的数学模型
• 3.3.8 除氧器模块的数学模型
• 3.4 本章小结
• 4 增压锅炉动力系统的仿真模型
• 4.1 系统的计算机仿真
• 4.1.1 仿真的定义
• 4.1.2 仿真的实现
• 4.1.3 仿真步骤
• 4.2 程序设计语言的选取
• 4.3 模型的算法
• 4.3.1 算法选择原则
• 4.3.2 变步长四阶龙格库塔算法简介
• 4.4 仿真模型的建立
• 4.4.1 程序结构
• 4.4.2 水蒸气的性质计算
• 4.5 本章小结
• 5 仿真试验及结果分析
• 5.1 模型的调试
• 5.1.1 单个模块的调试
• 5.1.2 模块的整体调试
• 5.2 动态仿真试验
• 5.2.1 燃料量变化的仿真试验
• 5.2.2 压气机压比变化的仿真试验
• 5.2.3 锅炉给水变化的仿真试验
• 5.3 实时性验证
• 5.4 本章小结
• 6 结论及展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录