發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計中虛擬樣機(jī)的使用

圖4：模型原理圖

冷凝器模型本身對于Flowmaster而言是獨一無二的，經(jīng)過多年的開發(fā)，讓用戶能夠準(zhǔn)確預(yù)測殼管式冷凝器及其連接電路的瞬態(tài)反應(yīng)。它讓用戶能夠考慮水箱水平、流速和壓力的變化，以及安裝注氣的影響。這種特殊模型并不是為了描述傳熱，但是卻可以用其它Flowmaster熱交換器元件做到。

在這個模型中，冷凝器的結(jié)構(gòu)為：水箱高2.6米，安裝在基準(zhǔn)水位以上3.7米處。管束延伸至水箱頂部以下0.35米處。為了避免工廠停止運(yùn)轉(zhuǎn)，假定可接受的最低安全標(biāo)準(zhǔn)為液面不能低于這個點。

圖5 ：電路故障的模擬結(jié)果

在模擬過程中，兩個泵如之前一樣跳閘， 而且連接兩個電路的閥門無法打開，因此最上面的冷凝器完全關(guān)機(jī)。這種情況當(dāng)然影響很大。隨著泵的運(yùn)轉(zhuǎn)減速，閥門關(guān)閉，下游系統(tǒng)內(nèi)的壓力會逐漸下降，最終形成蒸汽空泡，而蒸汽空泡會增大，并在22秒內(nèi)破裂（見圖5的紅線）。由此產(chǎn)生的壓力峰值達(dá)到11 bar，遠(yuǎn)高于正常工作壓力。蒸汽空泡增大、 再次破裂，由此導(dǎo)致的壓力峰值是一種典型的水錘現(xiàn)象。這對冷凝器的影響同樣很大。兩個水箱的排水情況遠(yuǎn)低于理想水平，出水箱只能通過反向水流恢復(fù)其水位，例如之前通過管束的水流被“吸”回到冷凝器里并通過管子回流。在這種情況下，如果不采取措施，設(shè)備極有可能受到相當(dāng)大的損壞。

Flowmaster讓用戶可以對各種設(shè)計方案進(jìn)行樣機(jī)模擬，從向冷凝器本身注氣到調(diào)壓水箱和貯氣袋等系統(tǒng)的其它裝置。該模擬過程指出兩大需要解決的問題：

●蒸汽空泡在泵的正下游形成和破裂。根據(jù)所選管道的壓力等級，可能會對設(shè)備造成損害。

●水箱水位降低，元件內(nèi)部形成大量蒸汽空泡。極有可能對設(shè)備造成損害。

這兩種現(xiàn)象的時間歷史記錄表明，早在冷凝器的運(yùn)作受到干擾之前，管道里的蒸汽空泡就已形成，解決這個問題的最好方法是在設(shè)計里加上兩個調(diào)壓塔，參見圖6。

圖6：兩個調(diào)壓塔置于泵的正下游

這些設(shè)備就位后，F(xiàn)lowmaster重新運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)。如果大小適當(dāng)，可以防止蒸汽空泡的形成以及由此產(chǎn)生的壓力峰值。從這個位置的壓力（圖7）可以看出，確實可以解決問題。雖然在很短的一段時間內(nèi)，壓力不能降低到略低于大氣壓的水平，但不會形成蒸汽空泡，也不會產(chǎn)生水錘現(xiàn)象?？梢圆捎?Flowmaster來優(yōu)化這些裝置的大小，確保裝置的運(yùn)用得當(dāng)并避免安裝成本過高。

圖7：添加兩個調(diào)壓塔解決了水錘和蒸汽空泡的問題

總結(jié)

本文簡單闡述了如何在發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計過程中使用虛擬樣機(jī)。在此過程中，可以對發(fā)電系統(tǒng)中的所有元件進(jìn)行設(shè)計和模擬，從而優(yōu)化流體流動、熱傳遞并確保系統(tǒng)符合當(dāng)今的安全性、高效性和環(huán)保性等重要指標(biāo)。本文還介紹了將Flowmaster的冷凝器元件作為瞬態(tài)模擬的一部分可以如何幫助理解可控和不可控的瞬態(tài)事件的性質(zhì)。這種虛擬樣機(jī)方法可以取代耗時耗財?shù)膶嶓w樣機(jī)制作并避免過度設(shè)計等問題。