间冷循环燃气轮机的部件级建模仿真

发布时间：2017-10-29 07:13

  本文关键词：间冷循环燃气轮机的部件级建模仿真

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【摘要】：随着大型船舶的需求和发展，燃气轮机在舰船动力方面的应用也越来越广泛。近年来，，国外研发的一种大功率低油耗的间冷循环燃气轮机进入国人的视野。其中间冷循环结构是基于简单循环燃机，在高低压压气机之间增加间冷系统，降低进入高压压气机的气体温度，显著提升舰船在航行中的性能并提高燃机效率。对于间冷燃机的研究必须从间冷系统着手，在原有三轴燃机的基础上改进结合并进行仿真研究。 本文在查阅了大量国内外舰载换热装置和燃气轮机资料后，借鉴典型间冷回热循环燃机WR-21等技术资料。根据设计的间冷整体系统的要求，提出了利用效率-传热单元数法对单个换热模块的设计建模过程和公式进行了研究和整理，为后续的间冷系统建模仿真做出准备。在已有的资料和数据上，采用差分公式实现用分布式参数法建立换热模块的动态仿真模型。根据间冷系统设计方案，设计间冷整体系统并研究其控制方案和预防冷凝的控制策略。 对原有三轴简单循环燃气轮机进行间冷改造，基于模块化建模方法，建立间冷循环燃气轮机的各部件数学模型。在SIMULINK环境下建立间冷循环燃气轮机部件级仿真模型，并和简单循环燃机进行稳态仿真结果比较。结果表明间冷循环燃气轮机在耗油和输出功率等主要参数上都具有较好的性能。对间冷循环燃机的动态特性也作出了研究，重点分析间冷燃机在加减速情况下运行参数之间的动态关系，也为今后对间冷燃气轮机控制规律的研究提供了重要的依据。
【关键词】：燃气轮机 间冷系统 建模 控制策略 冷凝问题
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.131
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题的背景和研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 间冷回热循环简介12-13
• 1.2.2 国外的研究与应用13-15
• 1.2.3 国内的研究现状15
• 1.3 燃机模块化的建模方法及其仿真平台15-17
• 1.3.1 模块化设计15-16
• 1.3.2 燃气轮机模块化分解16-17
• 1.3.3 仿真平台 MATLAB/SIMULINK 简介17
• 1.4 本文研究内容17-19
• 第二章 舰载间冷器的设计建模过程19-29
• 2.1 间冷系统简介19-20
• 2.1.1 板翅式换热器特点19-20
• 2.1.2 板翅式换热器设计分析20
• 2.2 间冷换热模块设计建模过程20-28
• 2.2.1 尺寸参数计算和预备计算21-24
• 2.2.2 物性和流体学参数计算24-26
• 2.2.3 效率及输出参数的计算26-27
• 2.2.4 效率-传热单元数法应用步骤27-28
• 2.3 本章总结28-29
• 第三章 间冷换热模块动态仿真模型研究29-42
• 3.1 间冷换热模块建模方法研究29-30
• 3.2 间冷器数学模型分析30-32
• 3.3 基于 SIMULINK 的分布式建模方法32-36
• 3.3.1 对象系统分析32-33
• 3.3.2 建模方法分析和应用33-36
• 3.4 基于 S-Function 的间冷器仿真分析36-41
• 3.4.1 热侧温度变化时的仿真分析38-39
• 3.4.2 热侧流量变化时的仿真分析39-40
• 3.4.3 冷侧温度变化时的仿真分析40
• 3.4.4 冷侧流量变化时的仿真分析40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 间冷系统整体模型和控制策略的研究42-61
• 4.1 间冷系统整体模型研究42-48
• 4.1.1 间冷系统设计方案42-43
• 4.1.2 间冷系统整体仿真模型研究43-46
• 4.1.3 间冷系统仿真结果分析46-48
• 4.2 间冷系统控制方案研究48-50
• 4.3 间冷系统冷凝过程分析50-55
• 4.3.1 低压压气机冷凝过程分析51-52
• 4.3.2 间冷系统冷凝分析52-55
• 4.4 间冷系统温度控制研究55-60
• 4.4.1 模糊 PID 控制器设计56-57
• 4.4.2 仿真实验57-58
• 4.4.3 仿真结果分析58-59
• 4.4.4 系统抗干扰仿真对比59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第五章 间冷循环燃气轮机模型研究61-70
• 5.1 燃气轮机动态性能仿真方法61-62
• 5.2 间冷循环燃气轮机动态模型62-69
• 5.2.1 压气机模块的数学模型63-64
• 5.2.2 间冷系统模块64-65
• 5.2.3 燃烧室模块的数学模型65-66
• 5.2.4 涡轮模块的数学模型66
• 5.2.5 容积环节模块的数学模型66-67
• 5.2.6 转子模块的数学模型67-68
• 5.2.7 间冷循环燃气轮机仿真模型68-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第六章 间冷循环燃气轮机仿真分析70-80
• 6.1 间冷循环燃气轮机稳态仿真分析70-74
• 6.1.1 稳态仿真结果70-71
• 6.1.2 间冷循环与简单循环燃气轮机的稳态性能对比71-74
• 6.2 间冷循环燃气轮机动态仿真分析74-78
• 6.2.1 动态仿真目的74-75
• 6.2.2 间冷循环燃气轮机的加速仿真分析75-76
• 6.2.3 间冷循环燃气轮机的减速仿真分析76-78
• 6.3 燃机仿真平台搭建78-79
• 6.4 本章小结79-80
• 第七章 总结与展望80-82
• 7.1 工作的总结80
• 7.2 未来的展望80-82
• 参考文献82-85
• 致谢85-86
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1111939