Диссертация (Исследование схем и параметров энергоустановок ТЭС на основе открытых интерактивных сетевых расчетов), страница 10

3.8. Mathcad – поле ресурса Res - OI - R407c_3.5(R, U, (http://klm),key(def)).Часть 2, содержащая входные данные U, результаты вычислений X = (R U) и 2D графикэнтальпии h = (р, Т). Хладагент R407сПодчеркнем, что ресурс Res - OI - Air_3.2(R,U,( http://klm),key(def)) привлекаетметод интерполяции таблицы М для вычисления свойства R, а не сложные формулыMF, фигурирующие в ресурсе Res - OI - Air_3.1(R,U,( http://klm),key(def)).

Благодаряэтому свойству ресурс Res - OI - Air_3.2(R,U,( http://klm),key(def)) обладает большимбыстродействием.Наряду с упомянутыми OI – алгоритмами нами были созданы OI – алгоритмыприменительно к свойствам R рабочих тел, которые применяются в атомнойэнергетике; рассмотрены следующие рабочие тела: тяжелая вода, свинц, висмут,эвтектический сплав Pb - Bi, натрий, калий, уран, диоксид урана, графит, цирконий.53Рис.3.9.

Mathcad– поле ресурса Res - OI - Air_3.1 (R, U, (http://klm),key(def)).Часть, содержащая входные данные U, результаты вычислений X = (R ,U) и 2Dграфик вязкости μ (р,Т). ВоздухПримеры OI - алгоритмов, а также результатов ТФ - расчета даны в ПриложенииГ, где приведены численные данные применительно к свойствам R, относящимся,например, к урану.543.5 Выводы1.Разработана«Комбинированнаяметодикаформированияоткрытыхинтерактивных ресурсов», позволившая создать ряд интерактивных алгоритмов иресурсы.

Указанные ресурсы отвечают ряду требований, в том числе:1) Mathcad - программы, входящие в OI – ресурсы, являются открытыми длякопирования,2) OI – алгоритмы ориентированы на установки ЭУ и предназначены:а)длявычислениясвойствRрабочихтелвзаданныхточкахтермодинамического цикла,б) для вычисления КПД и других энергетических критериев Z.2.РезработаныметодическиеподходыдляформированиябазыОБД.Сформулированы требования (I,II,III) и выбрана структура базы ОБД. Составленсписок опций и рассмотрены функции СП для этой базы.3.

Построена группа OI – алгоритмов, предназначенных для описаниятеплофизические свойства R рабочих тел, в том числе таких, как воздух, метан, Н2О,смесь (Н2О + NaCl), смесь (воздух + Н2О), теплоносители R407с и R410, тяжелая вода,свинец, висмут, эвтектический сплав Pb - Bi, натрий, калий, уран, диоксид урана,графит и цирконий.554 Разработка Интернет - ресурсов и прикладные расчеты4.1 Теплосиловые схемы установок ЭУДля нашего исследования выбран ряд установок ЭУ. В него включены какустановки ЭУ, опирающиеся на простые или базовые теплосиловые схемы, так иустановки ЭУ, которым соответсвуют модернизированные схемные решения.Рассмотрены теплосиловые схемы, которые относятся к таким типам энергоустановок,как ГТУ (варианты 4.1 … 4.3) , ПГУ - КУ (варианты 4.1 … 4.10) и ТН (варианты 4.1 и4.2).

Каждая теплосиловая схема включена в состав соответствующего OI – алгоритмакак текстовая часть Mathcad – поля. При формировании OI – алгоритма намиосуществлялся выбор граничных условий Y и входных параметров U в соответствии степлосиловой схемой ЭУ.Рис. 4.1. Mathcad – поле, входящее в OI – ресурс применительно к установке ГТУ(вариант 4.1). Теплосиловая схема базовой ГТУПример теплосиловой схемы установки ГТУ (вариант 4.1), которая являетсябазовой (безрегенеративная), дан на рис. 4.1. В соответствии с выбранной схемой наминазначаются граничные условия Y и входные параметры U, которые включаются всоздаваемый OI – алгоритм.

На рис. 4.1 видны эти параметры, в том числе:U3 = 88.4 % - внутренний относительный КПД газовой турбины 0i_Т, значениекоторого не вычисляется, а выбирается как паспортная величина,56U4 = 1 кг/с – массовый расход Gвх,U5 = 60 % – относительная влажность Фвх,U6 = 0.1013 МРа – давление pвх на входе в данный блок.В нашем исследовании выбранная теплосиловая схема используется приразработке соответствующих OI – алгоритмов, а именно, на ее основе осуществляютсятакие этапы, как:а) выбор формул MF, а также порядок вычислений, который должен выполнятьсяOI- алгоритмом, предназначенным для расчета критериев Z данной установки ЭУ,б) выбор граничных условий Y, которые должны использоваться в данном OI алгоритме.Выбранная теплосиловая схема служит важную роль в оптимизационныхрасчетах,направленныхнапоископтимальноговариантаграничныхпараметров/условий Y; указанная оптимизация позволяет нам отыскать, например,максимальный внутренний КПД цикла Z2 = COPmax.На рис.

4.2 приведена одна из теплосиловых схем, которые рассмотрены в нашейработе; она отражает такие возможные пути модернизации базовой схемы ГТУ (рис.4.1), как:а) вариация количества блоков (количество камер сгорания (КС_1, КС_2 …),б) вариация количества газовых турбин (ГТ_1, ГТ_2 …),в) вариация числа ступеней сжатия воздуха (Кi) …).Рис.

4.2. Mathcad – поле, входящее в OI – ресурс применительно к установке ГТУ(вариант 4.2). Теплосиловая схема модернизированной энергоустановки ГТУСледует отметить, что модернизация энергоустановки (применение варианта 4.2вместоварианта4.1)предъявляетдополнительные57условия,аименно,соответствующие OI – алгоритмы, используемые для ТФ – моделирования критериев Zэнергоустановки, должны:а) содержать существенно более сложные Mathcad - коды, большее количествоформул MF и граничных параметров Y,б) оперировать большим количеством входных параметров U, которыеперечислены выше.4.2 Термодинамические процессы и циклы установок ЭУВ нашем исследовании рассматривается ряд установок ЭУ. В этот ряд включеныкак установки ЭУ, опирающиеся как на простые теплосиловые схемы, так и установкиЭУ, которые опираются на модернизированные теплосиловые схемы.Рис.

4.3. Т – s диаграмма цикла ГТУ (вариант 4.1)В этой работе планируется получить численные данные о термодинамическихциклах, которые реализованы в таких типах установок, как ГТУ (варианты 4.1 … 4.3) ,ПГУ - КУ (варианты 4.1 … 4.10) и ТН (варианты 4.1 и 4.2). В разрабатываемых OI –алгоритмах важное место занимают формулы MF, которые позволяют:58Рис. 4.4. Т – s диаграмма цикла ГТУ (вариант 4.2)а) рассчитывать свойства рабочего тела R = (v, h, s, λ …) в заданных точках цикла,б) определять энергетические критерии Z применительно к данной установке ЭУ,в) визуализировать термодинамические циклы.На рис.

4.3 и 4.4 показаны Т – s диаграммы для двух случаев цикла ГТУ:вариантов 4.1 и 4.2. Численные данные для приведенных циклов получены с помощьюOI – алгоритмов, разработанных нами и представленных в разделе 4.Отметим, что модернизация энергоустановки (применение варианта 4.2 вместоварианта 4.1) приводит, во – первых, к прогнозируемому изменению исходной формыбазового цикла (рис. 4.3). Во – вторых, итоговые диаграммы позволяют визуальнооценить те резервы, которые можно использовать на следующей стадии модернизации,направленной на повышение эффективности ЭУ.На графиках можно видеть те процессы, которые исследуются в данной работе; вчастности, видны:а) реальные процессы расширения рабочего тела в турбинах, описанные спомощью OI– алгоритмов,б) реальные процессы сжатия рабочего тела в компрессорах, описанные спомощью OI – алгоритмов,59в) эффект (рис.

4.3), связанный с падением давления в камере сгорания иописанный в OI - алгоритме.4.3Теплофизические расчеты энергетических критериев Z для установокГТУАнализ литературы [3 … 5, 10,12,13,27,30 … 33, 56, 57] показал, что дляреальных установок ЭУ, которые производят электрическую энергию, во – первых,электрический КПД Z1 учитывает все потери энергии, то есть критерий COP = Z1 = Э,относящийся к установке ЭУ в целом, играет лидирующую роль, и этот критерийиногда используется для поиска оптимальных условий Yopt для цикла ЭУ, при которыхсправедливо равенство Z1 = Э = Z1max.Во – вторых, наибольший внутренний КПД (Z2 = i, = Z2max) термодинамическогоцикла ЭУ, в котором созданы оптимальные условия Yopt, соответствует электрическомуКПД Z1, который относится к равенству Z1 = Э = Z1max и реализуются при указанныхусловиях Yopt.В – третьих, нами отобрано примерно десять выриантов теплосиловых схем дляустановок ПГУ, которые отмечены как перспективные в упомянутых источниках иисследованы на основе «Методики оптимизационных расчетов» (см.

ниже).В качестве базовой выбрана установка, именуемая как ГТУ (вариант 4.1). Еетеплосиловая схема показана на рис. 4.5. В ней реализуется цикл Брайтона, и процесссгорания топлива проводится при постоянном давлении. В качестве рабочего телаиспользуются продукты сгорания. На рис. 4.3 (раздел 4.4) показана Т – s диаграммацикла ГТУ (вариант 4.1). Вариант 4.1 представляет интерес с методический стороны,поскольку нами планируется выработать пути оптимизации термодинамическогоцикла базовой схемы ГТУ и применить при этом OI - алгоритмы.Были выполнены следующие этапы исследования.1.СформированOI–алгоритмввидеAlgor–OI–GTU_4.1(Z,R,Y, (http://klm),key(def)), здесь в имени алгоритма:а) «Algor – OI» - имя, указывающее на то, что данный алгоритм являетсяоткрытым интерактивным,б) GTU_4.1 – имя, указывающее на ГТУ (вариант 4.1);в) Z – критерии, относящиеся к циклу ГТУ (вариант 4.1);60г) Y - граничные условия, включающие входные данные U = (Р,Т …) и другиепараметры,д) R – термодинамические свойства рабочего тела в заданных точках цикла ГТУ(вариант 4.1),е) другие компоненты даны в разделе 3.1.2.