两种调速系统下的燃气轮机动态仿真
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基于ANSYS下的燃气燃烧仿真1. 引言1.1 燃气燃烧仿真概述燃气燃烧仿真是一种利用计算机模拟软件对燃气燃烧过程进行模拟和分析的技术。
通过对燃烧理论和模型的研究,结合ANSYS等仿真软件的应用,可以实现对燃气燃烧过程的精确模拟,帮助工程师们更好地设计和优化燃气燃烧系统。
燃气燃烧仿真概述涉及到流体力学、传热学、化学反应动力学等多个领域的知识,通过建立合适的数学模型和边界条件,可以模拟燃气的流动、混合和燃烧过程,预测温度、压力、速度等参数的变化。
燃气燃烧仿真的应用领域涵盖了燃气轮机、内燃机、燃烧器等领域,对提高燃烧效率、降低排放和优化系统性能具有重要意义。
1.2 ANSYS在燃气燃烧仿真中的应用ANSYS在燃气燃烧仿真中的应用十分广泛。
由于其强大的计算能力和丰富的仿真功能,ANSYS能够有效地模拟燃气燃烧系统中涉及的复杂物理过程。
ANSYS可以用于分析燃气燃烧系统中的流体流动和热传导情况。
通过建立流体力学模型,结合燃烧反应的热释放情况,可以准确预测燃气在燃烧室中的流动状态和温度分布,为燃烧效率的提高提供重要参考。
ANSYS还可以模拟燃气燃烧过程中的化学反应。
通过建立化学反应动力学模型,可以分析燃料和氧气在燃烧过程中的反应路径和物质转化规律,进而优化燃烧系统的设计和操作参数。
ANSYS还可以用于燃气燃烧系统的参数优化。
通过多次仿真运算,可以寻找最优的燃烧参数组合,提高燃烧系统的稳定性和能效,减少排放物的产生。
ANSYS在燃气燃烧仿真中的应用为燃气燃烧技术的发展提供了强大的工具和支持,有助于提高燃烧系统的性能和环保性能,推动燃气燃烧技术的进步。
2. 正文2.1 燃烧理论与模型燃烧理论与模型是燃气燃烧仿真中的基础和核心部分。
燃烧是指可燃物质与氧气在一定条件下发生的化学反应,释放出热能和光能。
在燃烧过程中,燃料与氧气通过各种反应生成燃烧产物,包括二氧化碳、水蒸气、氮氧化物等。
各种燃烧反应的速率和方式受到许多因素的影响,如温度、压力、混合比等。
·50李鑫1,2,田晓晶1,2,徐玲玉1,2,袁国凯1,2,傅颖1,2,孔祥林1,2(1.清洁高效透平动力装备全国重点实验室,四川德阳,618000;2.东方电气集团东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000)摘要:目前世界上的主流商业燃机均已实现了机组一键启停自动运行保护的功能。
而实现这一功能的主体便是燃机控制系统。
燃机控制系统作为整个机组运行的神经中枢,是关系到燃机运行安全的核心部件。
我国虽然通过“打捆”招标的方式引进了国外先进燃气轮机的制造技术,但控制系统的研发技术依然牢牢掌握在国外厂商手中。
东方汽轮机有限公司在研发国产重型燃机的过程中,同步推进控制系统的自主研发,通过开展专项试验研究,逐步开发出符合国产燃机特性的燃机控制系统。
文章对控制系统的主要功能和研发过程中所开展的试验项目进行了简要介绍,为同类型控制系统的研发指明了有效的方向。
关键词:燃气轮机,控制系统,试验中图分类号:TK477文献标识码:B文章编号:1674-9987(2023)04-0010-04 Function Introduction of Dongqi50MW Heavy Duty GasTurbine Control SystemLI Xin,TIAN Xiaojing,XU Lingyu,YUAN Guokai,FU Yin,KONG Xianglin(1.State key Laboratory of Clean and Effient Turbomachiney Power Equipment,Deyang Sichuan,618000;2.Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000)Abstract:At present,main stream gas turbine products in the world have realized the function of one-button start-stop and auto⁃matic protection.The main component to realize this function is the gas turbine control system.Gas turbine control system is a key component related to gas turbine safe operation as the nerve center of the whole unit operation.Although some advanced manufac⁃turing technologies of gas turbines has introduced through"bundling"bidding,but the research and development technology of the control system is still firmly in the hands of foreign manufacturers.In the process of developing domestic heavy duty gas turbine, Dongfang Turbine Co.,Ltd.started the research and development of the control system at the same time,through the implementation of special experimental research,the gas turbine control system in line with the characteristics of domestic gas turbine has been gradually developed.In this paper,the main functions of the control system and the test items carried out during the development process are briefly introduced,it points out the effective direction for the research and development of the same type of control sys⁃tem.Key words:gas turbine,control system,test第一作者简介:李鑫(1984-),男,学士,高级工程师,毕业于重庆大学自动化专业,主要从事燃气轮机测控与试验技术的研究工作。
微型燃气轮机发电系统仿真模型研究黄伟;凡广宽;牛铭【摘要】利用PSCAD/EMTDC软件建立了微燃机发电系统的原动机部分模型,以单机带负荷系统为例进行了微燃机动态特性仿真研究.仿真结果表明,该模型可以使微燃机在孤岛运行状态下有良好的负荷跟随特性,并能保证透平转速的恒定.模型很好地反映了微网中微燃机发电系统所具有的特性.%The prime mover system of the micro gas turbine Seneration (MIC) system was modeled with the use of PSCAD/EMTDC. The dynamical characteristics of the prime mover were analyzed through a single system with its local load. The results of simulation indicate that the micro gas turbine operating in the island state perform well in terms of load following, as well as a constent speed. The characteristics of MTG perform well through the model.【期刊名称】《电网与清洁能源》【年(卷),期】2011(027)004【总页数】4页(P4-7)【关键词】微型燃气轮机;微网;发电系统;动态仿真【作者】黄伟;凡广宽;牛铭【作者单位】华北电力大学电气与电子工程学院,北京,102206;昌平供电公司,北京,102206;华北电力大学电气与电子工程学院,北京,102206【正文语种】中文【中图分类】TM762随着高效清洁发电技术的迅猛发展,作为大电网的有益补充与微型发电装置的有效利用形式,微电网技术已经引起各国科学家的广泛关注。
收稿日期:2023-06-15基金项目:航空动力基础研究项目资助作者简介:董威(1970),男,教授。
引用格式:董威,尹家录,郑培英,等.航空发动机及燃气轮机整机性能仿真综述[J].航空发动机,2023,49(5):8-21.DONG Wei ,YIN Jialu ,ZHENG Peiying ,et al.Review:engine-level performance simulation of aeroengine and gas turbines[J].Aeroengine ,2023,49(5):8-21.航空发动机Aeroengine航空发动机及燃气轮机整机性能仿真综述董威1,尹家录2,郑培英2,程显达1(1.上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;2.中国航发沈阳发动机研究所,沈阳110015)摘要:整机总体性能仿真是航空发动机及燃气轮机仿真的重要组成部分,在航空发动机及燃气轮机的设计制造和使用全寿命周期内发挥着重要作用。
综合70多年来航空发动机及燃气轮机总体性能仿真的发展成果,梳理了各时期总体性能仿真的发展历程。
从基本方法、模型精细化、求解算法和修正方法等角度,分析了国内外以部件级模型为代表的基于物理机理的总体性能仿真方法研究现状;探讨了以人工神经网络、支持向量机和深度学习为代表的人工智能算法在总体性能仿真中的应用现状;介绍了机载模型、机理-数据混合模型和多维度模型基本方法和主要成果。
基于目前的研究成果和技术发展趋势,认为航空发动机及燃气轮机总体性能仿真应向物理机理模型更精细化、人工智能技术更深入和应用模型构建更为规范化的方向发展。
关键词:航空发动机;燃气轮机;总体性能;仿真;物理机理模型;人工智能;应用模型中图分类号:V231.1文献标识码:Adoi :10.13477/ki.aeroengine.2023.05.002Review:Engine-level Performance Simulation of Aeroengine and Gas TurbinesDONG Wei 1,YIN Jia-lu 2,ZHENG Pei-ying 2,CHENG Xian-da 1(1.School of Mechanical Engineering ,Shanghai Jiao Tong University ,Shanghai 200240,China;2.AECC Shenyang Engine Research Institute ,Shenyang 110015,China )Abstract :Engine-level performance simulation is an integral aspect of aeroengine and gas turbine simulation,and plays a crucial role throughout the entire life cycle of design,manufacturing,and operation.This paper presents a comprehensive analysis of the development process of aeroengine and gas turbine performance simulation in each historical stage,building upon the accomplishments made over thepast 70years.The research status of physical mechanism performance simulation,primarily represented by the component-level model,was examined from various perspectives including basic methods,model refinement,solution algorithms,and correction methods.Further⁃more,the application of artificial intelligence algorithms,such as the artificial neural network,support vector machines,and deep learning,in engine-level performance simulation,was discussed.The paper also provided an overview of the fundamental methods and key achieve⁃ments of on-board models,mechanism-data hybrid models,and multi-dimensional models.Finally,based on current research findings andtechnological development trends,it is believed that the engine-level performance simulation of aircraft engines and gas turbines should de⁃velop towards a more refined physical mechanism model,deeper artificial intelligence technology,and more standardized application model construction.Key words :aeroengine ;gas turbine ;engine-level performance ;simulation ;physical mechanism model ;artificial intelligence ;applica⁃tion model第49卷第5期2023年10月Vol.49No.5Oct.20230引言随着仿真技术的进步,航空发动机及燃气轮机的设计正逐渐从“试验设计”向“预测设计”转变。
燃气轮机燃烧控制原理摘要:燃气轮机是装备制造业的高端装备,典型结构如图1所示,被誉为现代工业皇冠上的明珠,是多学科先进技术的高度集成,是国家高科技水平的重要标志。
燃气轮机的燃烧控制包括燃料气量控制和空气量控制两大方面,涉及燃料气阀控制、VGV控制、启动控制、变工况控制等方面内容。
其中燃料气阀流量特性曲线的测定及燃烧控制系统中的启动升速燃气分配曲线、升速燃气分配曲线、VGV开度曲线、匹配燃气阀动作的阀门开度-燃烧功率曲线是燃烧控制的核心。
不同的机组、不同的安装使用环境,需要按照实际情况对上述曲线参数进行优化调整,以保证机组在启动、不同负荷段运行、变工况调整情况下的稳定运行。
关键词:燃气轮机;燃烧控制;原理图1典型燃气轮机结构1燃气轮的分析燃气轮机作为一种高效的动力机械,广泛应用于发电,工业驱动,船舶动力等领域,然而中国尚未完全掌握其研发和制造技术,特别是大功率燃气轮机,其市场一直被通用电气,西门子等国外公司垄断。
此外,随着各国对环境保护愈来愈重视,对燃气轮机的排放水平要求也更加严格,因此低排放燃气轮机更加受到重视。
燃气轮机由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成。
燃烧室把来自前端压气机的一部分压缩空气和喷入其中的燃料进行混合,形成的可燃气体混合物在火焰筒内部被点燃,并在定压条件下充分燃烧,形成高温燃气,燃料的化学能在燃烧室内被转化为燃气的热能。
高温燃气与另一部分压缩空气混合均匀后进入后端的涡轮中膨胀做功,所转化成的机械能,一部分用于带动压气机转动,另一部分用于输出轴功。
燃气做功后形成的尾气或者为联合循环的余热锅炉提供热源,或者直接排入到大气环境中。
燃气轮机所排放的主要气体污染物包括氮氧化物(NOX)、一氧化碳(CO)和未燃碳氢化合物(UHC)等。
CO和UHC在具有充足的化学反应时间和足够高的燃烧温度的条件下可进一步氧化为二氧化碳和水,对固定式燃气轮机这两种排放物的排放水平相对容易控制。
相对难以控制的气体污染物是NOX,其过量排放破坏臭氧层,还会引起光化学烟雾,对环境和人类健康造成很大的危害。
热力系统的动态建模与仿真热力系统是指由热力学原理和传热、传质现象共同组成的系统,广泛应用于化工、能源、生命科学等领域。
为了研究热力系统的行为和性能,建立动态建模和仿真模型成为了必要的工作之一。
本文将在此基础上,探讨热力系统的动态建模与仿真技术。
一、热力系统的数学建模热力系统的数学建模是建立热力学模型和控制模型的基础。
首先需要了解系统的物理构成和过程,掌握热力学基本原理和传热传质现象,建立数学模型,通常使用的方法为利用基本方程组和状态方程描述系统。
热力学基本方程组包括能量守恒方程、质量守恒方程和动量守恒方程,其描述了系统内各物质成分的质量、热量、动量转移过程。
状态方程包括理想气体状态方程、van der Waals等温线方程、Antoine关系式等。
热力学模型的确定和更改应根据实验数据和资源变化进行调整。
二、建立系统模型热力系统的建模方法有多种,如物理建模、模型平衡方法、时间变化模型等。
基于以上方法的一些实用案例,描述如下:1.物理建模法物理建模法是基于热力学基本原理,建立对应热力学模型,编制数学模型。
通常需要结合实验数据对模型进行校正。
模型建立的关键在于选择适合实验数据的模型,可以通过实验数据拟合模型参数。
例如,将热电联用发电机系统的燃气轮机燃烧室进行建模。
以动力学方程应用体积平衡、能量平衡和质量守恒原始方程,考虑到燃气涡轮机和电化学电池的耦合效应。
2.模型平衡方法模型平衡方法将系统中各组分作为平衡状态,以应用热力学理论对系统进行建模。
通常采用多级次的方法,包括平衡计算和动态模拟。
例如,预测烟气的组成,使用HSC Chemistry软件进行模拟,将燃烧烟气放入系统中,对各组分的约束进行处理,获得最终结果。
3.时序模型法时序模型法以气动力学平衡、燃烧和传热等关键参数作为模型输入,然后从中计算出系统中各变量的变化情况,并用数学模型予以描述。
时序模型法的优点在于不需要对系统中各组分作平衡处理。
例如,对真空达到稳态的计算,建立了时间变化模型,通过有限体积法计算控制体积内的参数,进而获得真空的时间变化曲线。
固体氧化物燃料电池与微型燃气轮机联合发电建模仿真研究固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)和微型燃气轮机(Micro Gas Turbine,MGT)是两种常用的配电方式。
SOFC是一种高效、清洁的能量产生方式,MGT是一种高功率密度的中小型发电机。
本文将通过建立联合发电的数学模型对它们联合发电的效率和经济性进行研究。
首先,我们需要了解SOFC和MGT的基本原理。
SOFC是一种通过电化学反应实现能量转换的固体电池。
它的结构由阳极、质子交换膜、氧阴极三部分组成。
在SOFC中,氢气和空气被分别输送到阳极和氧阴极。
在阳极发生氧化还原反应,产生电子并离开阳极,进入质子交换膜,电子和质子进行电化学反应生成水。
同时,氧阴极吸收空气中的氧气,加上来自质子交换膜的质子,产生水蒸气和电子。
MGT是一种内燃式发电机。
在MGT中,燃气通过燃烧室燃烧产生高温高压的气体,进而驱动轴承上的涡轮叶片,使它们旋转产生能量。
这时机械能被传递给发电机,最终转化为电能输出。
接下来,我们将建立SOFC-MGT联合发电系统的数学模型,并仿真验证。
首先,建立SOFC的数学模型。
假设它的氢气和氧气流量分别为m_fH2和m_fO2,燃料的热值为H_val,电池产生的电势为E,电流为I,电池压降为R,电化学效率为η,质子交换膜的厚度为d,离子导率为κ,SOFC电极内的电势分别为E_an和E_ca,则SOFC系统的数学模型可以表示如下:E_an = E + R*IE_ca = E + R*I + η*H_val - η*(m_fH2/2)*κ/(d/2)I = m_fH2/2*η*κ*(E_ca-E_an)/(d/2)然后,建立MGT的数学模型。
假设它的天然气流量为m_fNG,进入燃烧室的空气流量为m_fAir,空气的比热容为Cp,A,气体的比热容为Cp,G,发电机的转速为W,发电机效率为η_G,则MGT系统的数学模型可以表示如下:Q_in = m_fNG*H_valQ_out = m_fAir*Cp_A*(T_out-T_in)W = (m_fNG+m_fAir)*Cp_G*(T_out-T_in)*η_Gwhere T_out = T_0+W/(Cp_A*m_fAir)最后,建立SOFC-MGT联合发电系统的数学模型。