5 .1 Datos iniciales
Como datos iniciales para el modelo matemático básico del complejo científico e industrial, utilicé tablas de cambios mensuales en los parámetros de la instalación T-180/210-130-1 de la CHPP-3 Komsomolskaya para 2009 (Tabla 5.1).
De estos datos se tomaron:
§ presión y temperatura del vapor delante de la turbina;
§ eficiencia neta de la turbina;
§ consumo de calor para la producción de electricidad y consumo de calor por hora;
§ vacío en el condensador;
§ temperatura del agua de refrigeración a la salida del condensador;
§ diferencia de temperatura en el condensador
§ flujo de vapor al condensador.
El uso de datos de una instalación de turbinas real como datos iniciales también puede considerarse en el futuro como confirmación de la idoneidad del modelo matemático resultante.
Tabla 5.1 - Parámetros de instalación T-180/210-130 KTETs-3 para 2009
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Condensador |
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Presión de vapor delante de la turbina, P 1, MPa |
Temperatura del vapor frente a la turbina, t 1, ºС |
Eficiencia neta,% |
Consumo de calor para la producción de electricidad, Q e,ͯ10 3 Gkcal |
Consumo de calor por hora, Q h, Gcal/h |
Vacío, V, % |
Temperatura de enfriamiento agua de salida, ºС |
Consumo de vapor, Gp, t/h |
presión de temperatura, δ tV, ºС |
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Septiembre |
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5 .2 Modelo matemático básico
El complejo modelo matemático científico e industrial refleja los principales procesos que ocurren en los equipos y estructuras de la parte de bajo potencial de las centrales térmicas. Incluye modelos de equipos y estructuras de I+D utilizados en centrales térmicas reales e incluidos en los diseños de nuevas centrales térmicas.
Los elementos principales del complejo científico e industrial (una turbina, condensadores, dispositivos de refrigeración por agua, estaciones de bombeo de circulación y un sistema de tuberías de circulación de agua) se implementan en la práctica en forma de equipos y estructuras de diferentes tamaños estándar. Cada uno de ellos se caracteriza por parámetros internos más o menos numerosos, constantes o cambiantes durante el funcionamiento, que en última instancia determinan el grado de eficiencia de la central en su conjunto.
Cuando se utiliza un tipo de enfriadores de agua en la central termoeléctrica en estudio, la cantidad de calor que los enfriadores eliminan al medio ambiente está determinada únicamente por el calor transferido al agua de refrigeración en los condensadores de las turbinas y los equipos auxiliares. La temperatura del agua de refrigeración en este caso se calcula fácilmente a partir de las características del refrigerador. Si se utilizan varios refrigeradores, conectados en paralelo o en serie, el cálculo de la temperatura del agua enfriada se vuelve mucho más complicado, ya que la temperatura del agua detrás de los refrigeradores individuales puede diferir mucho de la temperatura del agua después de mezclar los flujos de diferentes refrigeradores. . En este caso, para determinar la temperatura del agua enfriada, es necesario un ajuste iterativo de la temperatura del agua detrás de cada uno de los refrigeradores que funcionan conjuntamente.
Los modelos matemáticos de enfriadores de agua permiten determinar tanto la temperatura del agua enfriada como la pérdida de agua en los enfriadores debido a la evaporación, el arrastre de gotas y la filtración al suelo. La reposición de las pérdidas de agua se realiza de forma continua o durante alguna parte del período de cálculo. Se supone que se suministra agua adicional a la vía de circulación en el punto donde se mezclan los flujos de agua de los enfriadores y se tiene en cuenta su efecto sobre la temperatura del agua de refrigeración.
| El más importante: Un condensador eléctrico puede almacenar y liberar energía eléctrica. Al mismo tiempo, la corriente fluye a través de él y el voltaje cambia. El voltaje a través del capacitor es proporcional a la corriente que lo atravesó durante un cierto período de tiempo y a la duración de este período. Un condensador ideal no produce energía térmica. Si se aplica un voltaje alterno a un capacitor, surgirá una corriente eléctrica en el circuito. La fuerza de esta corriente es proporcional a la frecuencia del voltaje y la capacitancia del capacitor. Para estimar la corriente a un voltaje dado, se introduce el concepto de reactancia del capacitor. La variedad de tipos y tipos de condensadores le permite elegir el correcto. |
Un condensador es un dispositivo electrónico diseñado para acumular y posteriormente liberar una carga eléctrica. El rendimiento de un condensador está directamente relacionado con el tiempo. Sin considerar el cambio de carga a lo largo del tiempo, es imposible describir el funcionamiento de un condensador.
Desafortunadamente, periódicamente se encuentran errores en los artículos; se corrigen, se complementan, se desarrollan y se preparan otros nuevos.
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Resistor
El modelo matemático de la resistencia (figura 2.1) se describe mediante la ley de Ohm:
U R =IR, o I=gU R, donde g=1/R.
En el primer caso, se especifica la caída de voltaje U R a través de la resistencia y el valor deseado es la corriente I a través de la resistencia. En el segundo caso, se especifica la corriente I. a través de una resistencia, y el valor deseado es U R a través de la resistencia.
valor de resistencia nominal R N;
tolerancia de resistencia R;
coeficiente de temperatura TCR.
La tolerancia R es el límite de las desviaciones de resistencia del valor nominal que surgen durante el proceso de fabricación de resistencias:
en este caso, las resistencias de las resistencias durante su producción pueden adoptar los siguientes valores:
Si el valor de resistencia R es menor que el nominal R H , entonces la desviación relativa R/ R H 0, en caso contrario R/ R H 0.
Normalmente la tolerancia R se especifica como porcentaje.
El coeficiente de temperatura TKR establece el valor de resistencia para la temperatura actual T:
donde t n – valor de temperatura nominal tomado igual a 27 0 C.
Por lo tanto, TKR es igual a la desviación relativa de la resistencia del valor nominal cuando la temperatura cambia en 1 0 C. A veces, TKR se establece en propromil (ppm) :
TKR ppm = TKR 10 6.
Condensador
El modelo matemático del condensador (Fig. 2.2) se escribe como:
o
En el primer caso, el valor dado es la caída de voltaje U C (t) a través del capacitor, y el valor deseado es la corriente a través del capacitor I(). En el segundo caso, el valor dado es la corriente a través del capacitor I(t), y el valor deseado es la caída de voltaje U C (t).
Parámetros del modelo matemático:
valor nominal de capacitancia CH;
tolerancia de capacidad С;
coeficiente de temperatura TKC.
El concepto de tolerancia y coeficiente de temperatura se dio al describir el modelo de resistencia.
Inductor
El inductor (Fig. 2.3) se describe mediante dos modelos matemáticos:
o
Los parámetros del modelo matemático son L H. , L , TKL, cuyo contenido es similar al considerado para la resistencia y el condensador.
Los modelos reales de resistencia, condensador e inductancia son más complejos que los que se analizan aquí.
Por tanto, los modelos incluso de los componentes más simples pueden ser bastante complejos si se requiere un alto grado de adecuación de los parámetros de un objeto físico y su modelo matemático.
Transformador de doble devanado
El transformador (Fig. 2.4) se puede representar como el siguiente modelo matemático:
donde L 1, L 2 son las inductancias de los devanados,
M 12 – inductancia mutua.
Los parámetros del modelo son los valores de L 1, L 2 y el coeficiente de acoplamiento.
El valor de K SV varía de cero a uno. El valor de K SV = 1 indica la presencia de una conexión rígida entre los devanados, que es típica de transformadores de potencia y de adaptación y de transformadores de salida de amplificadores. Valor K NE<1 говорит о наличии в трансформаторе индуктивности рассеяния, что приводит к уменьшению коэффициента передачи на высоких частотах. Такие трансформаторы используются в резонансных контурах фильтров.
A veces se especifican los siguientes parámetros:
Además de los parámetros enumerados, debe indicar el método para encender los devanados: consonante o contador.
Sección “Modelado de procesos físicos, mecánicos y térmicos en máquinas y dispositivos”
MODELO MATEMÁTICO DE CONDENSADOR-EVAPORADOR DE UNA INSTALACIÓN DE SEPARACIÓN DE AIRE
V. V. Chernenko, D. V. Chernenko
La Universidad Aeroespacial Estatal de Siberia lleva el nombre del académico M. F. Reshetnev
Federación de Rusia, 660037, Krasnoyarsk, avenida. a ellos. gas. "Trabajador de Krasnoyarsk", 31 años
Correo electrónico: [correo electrónico protegido]
Se considera un modelo matemático del condensador-evaporador de plantas criogénicas de separación de aire, basado en la solución conjunta de las ecuaciones de hidrodinámica y transferencia de calor para dispositivos tubulares.
Palabras clave: condensador-evaporador, modelo matemático, diseño, optimización.
MODELO MATEMÁTICO DE PLANTA DE SEPARACIÓN DE AIRE EVAPORADOR-CONDENSADOR
V. V. Chernenko, D. V. Chernenko
Universidad Aeroespacial Estatal de Siberia Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Federación de Rusia Correo electrónico: [correo electrónico protegido]
El modelo matemático de evaporador-condensador de plantas criogénicas de separación de aire, basado en la solución simultánea de ecuaciones de hidrodinámica y de intercambio de calor para los dispositivos tubulares.
Palabras clave: evaporador-condensador, modelo matemático, diseño, optimización.
Los condensadores-evaporadores en unidades de separación de aire (ASU) se utilizan para condensar nitrógeno debido a la ebullición del oxígeno, es decir. Son intercambiadores de calor con cambio de estado de agregación de ambos medios implicados en el proceso de intercambio de calor.
La eficiencia del condensador-evaporador determina en gran medida la eficiencia de toda la instalación. Por ejemplo, un aumento de 1 °K en la diferencia de temperatura entre los medios intercambiadores de calor conduce a un aumento del consumo de energía para la compresión de aire hasta el 5% del coste total de energía. Por otro lado, una disminución de la presión de temperatura por debajo del valor límite conduce a la necesidad de un aumento significativo de la superficie de transferencia de calor. Teniendo en cuenta el alto consumo energético y de metales de los dispositivos ASU, se hace evidente la necesidad de optimizar cada uno de sus elementos, incluido el condensador-evaporador.
El método más adecuado para estudiar y optimizar objetos tan grandes y costosos es el modelado matemático, ya que permite considerar y comparar objetivamente muchas opciones diferentes y seleccionar la más aceptable, así como limitar la escala del experimento físico comprobando la idoneidad. del modelo y determinar los valores numéricos de los coeficientes que no pueden obtenerse de forma analítica.
Los condensadores-evaporadores ASU funcionan en modo de circulación natural; por lo tanto, tienen una relación compleja entre las características térmicas e hidráulicas del proceso de evaporación. La transferencia de calor del líquido en ebullición está determinada por la velocidad de circulación, que, a su vez, se puede encontrar a partir de cálculos hidráulicos con valores conocidos de flujos de calor y dimensiones geométricas de la superficie de intercambio de calor, que son la función objetivo del problema de optimización. . Además, el proceso de ebullición ocurre simultáneamente con el proceso de condensación, lo que impone restricciones en la relación de flujos de calor y presiones de temperatura de ambos procesos. Por tanto, el modelo debe construirse sobre la base de un sistema de ecuaciones que describan la circulación del líquido en ebullición y los procesos de transferencia de calor en ambos lados de la superficie de transferencia de calor.
Problemas actuales de la aviación y la astronáutica - 2016. Volumen 1
El modelo presentado, cuyo diagrama se muestra en la Fig. 1 incluye los casos más típicos encontrados en el diseño y operación de condensadores evaporadores. El método de cálculo se basa en el principio de aproximaciones sucesivas.
Se utilizan los siguientes factores de entrada: el valor de la carga térmica total; presión en el lado de ebullición; presión en el lado de condensación; concentración de vapores que se evaporan en términos de O2; concentración de condensado por N2; altura, diámetros exterior e interior de tuberías.
El bloque de parámetros preseleccionados incluye la determinación de las temperaturas de ebullición y condensación de los medios de trabajo, teniendo en cuenta las impurezas, así como una evaluación preliminar de los valores de la presión térmica disponible y el flujo de calor específico promedio en la superficie activa. de la sección de calentamiento desde el lado del líquido en ebullición, necesario para iniciar el cálculo hidráulico.
El cálculo hidráulico tiene como objetivo determinar el caudal de circulación, la longitud de la zona economizadora, presiones y temperaturas en tramos característicos del canal. Para el cálculo se utiliza un esquema de circuito tradicional con circulación natural de fluido (Fig. 2).
1 Factores de entrada /
Preselección de parámetros
Cálculo hidráulico
Cálculo térmico
Transferencia de calor durante la condensación.
Temperatura de retroceso al hervir
Convergencia de resultados de cálculo y valores seleccionados - _
Parámetros de salida
Arroz. 1. Diagrama de diseño del modelo condensador-evaporador ASU
Arroz. 2. Modelo hidráulico del condensador-evaporador ASU: I - longitud de la tubería; 1op - longitud de la parte inferior; /ek - longitud de la parte del economizador; 4ip - longitud de la parte hirviendo; 1р - longitud de trabajo; ω0 - velocidad de circulación
La tarea del cálculo térmico es aclarar el valor de la densidad del flujo de calor en la sección activa de la tubería en función de los resultados del cálculo hidráulico, así como aclarar la presión térmica disponible teniendo en cuenta la depresión hidrostática y de temperatura de concentración. El módulo de cálculo de condensación utiliza un modelo de transferencia de calor para la condensación de un vapor monocomponente en una pared vertical con un flujo laminar de la película de condensado. El módulo de cálculo de ebullición se basa en un modelo de transferencia de calor a un flujo bifásico en una tubería.
Apartado “Modelado de procesos físico-mecánicos y térmicos en máquinas y dispositivos”
Los cálculos hidráulicos y térmicos se repiten en la misma secuencia si los valores preliminares y calculados de la densidad del flujo de calor difieren en más del 5%. La precisión del cálculo suele ser suficiente después de la segunda aproximación.
Los parámetros de salida son la superficie de intercambio de calor, el diámetro del tubo de circulación central, el número y disposición de los tubos en la placa tubular y el diámetro de la carcasa del aparato.
1. Narinsky G. B. Equilibrio líquido-vapor en sistemas oxígeno-argón, argón-nitrógeno y oxígeno-argón-nitrógeno // Actas de VNIIKIMASH. 1967. vol. once ; 1969. vol. 13.
2. Grigoriev V. A., Krokhin Yu. I. Dispositivos de transferencia de masa y calor de tecnología criogénica: libro de texto. Manual para universidades. M.: Energoizdat, 1982.
3. Separación del aire mediante método de enfriamiento profundo. 2da ed. T. 1 / ed. V. I. Epifanova y L. S. Axelrod. M.: Ingeniería Mecánica, 1973.
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