發(fā)電系統設計中虛擬樣機的使用

圖4：模型原理圖

冷凝器模型本身對于Flowmaster而言是獨一無(wú)二的，經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)發(fā)，讓用戶(hù)能夠準確預測殼管式冷凝器及其連接電路的瞬態(tài)反應。它讓用戶(hù)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(gè)模型中，冷凝器的結構為：水箱高2.6米，安裝在基準水位以上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(chǎng)停止運轉，假定可接受的最低安全標準為液面不能低于這個(gè)點(diǎn)。

圖5 ：電路故障的模擬結果

在模擬過(guò)程中，兩個(gè)泵如之前一樣跳閘， 而且連接兩個(gè)電路的閥門(mén)無(wú)法打開(kāi)，因此最上面的冷凝器完全關(guān)機。這種情況當然影響很大。隨著(zhù)泵的運轉減速，閥門(mén)關(guān)閉，下游系統內的壓力會(huì )逐漸下降，最終形成蒸汽空泡，而蒸汽空泡會(huì )增大，并在22秒內破裂（見(jiàn)圖5的紅線(xiàn)）。由此產(chǎn)生的壓力峰值達到11 bar，遠高于正常工作壓力。蒸汽空泡增大、 再次破裂，由此導致的壓力峰值是一種典型的水錘現象。這對冷凝器的影響同樣很大。兩個(gè)水箱的排水情況遠低于理想水平，出水箱只能通過(guò)反向水流恢復其水位，例如之前通過(guò)管束的水流被“吸”回到冷凝器里并通過(guò)管子回流。在這種情況下，如果不采取措施，設備極有可能受到相當大的損壞。

Flowmaster讓用戶(hù)可以對各種設計方案進(jìn)行樣機模擬，從向冷凝器本身注氣到調壓水箱和貯氣袋等系統的其它裝置。該模擬過(guò)程指出兩大需要解決的問(wèn)題：

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

●水箱水位降低，元件內部形成大量蒸汽空泡。極有可能對設備造成損害。

這兩種現象的時(shí)間歷史記錄表明，早在冷凝器的運作受到干擾之前，管道里的蒸汽空泡就已形成，解決這個(gè)問(wèn)題的最好方法是在設計里加上兩個(gè)調壓塔，參見(jiàn)圖6。

圖6：兩個(gè)調壓塔置于泵的正下游

這些設備就位后，Flowmaster重新運行網(wǎng)絡(luò )。如果大小適當，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(gè)位置的壓力（圖7）可以看出，確實(shí)可以解決問(wèn)題。雖然在很短的一段時(shí)間內，壓力不能降低到略低于大氣壓的水平，但不會(huì )形成蒸汽空泡，也不會(huì )產(chǎn)生水錘現象?？梢圆捎?Flowmaster來(lái)優(yōu)化這些裝置的大小，確保裝置的運用得當并避免安裝成本過(guò)高。

圖7：添加兩個(gè)調壓塔解決了水錘和蒸汽空泡的問(wèn)題

總結

本文簡(jiǎn)單闡述了如何在發(fā)電系統的設計過(guò)程中使用虛擬樣機。在此過(guò)程中，可以對發(fā)電系統中的所有元件進(jìn)行設計和模擬，從而優(yōu)化流體流動(dòng)、熱傳遞并確保系統符合當今的安全性、高效性和環(huán)保性等重要指標。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)。這種虛擬樣機方法可以取代耗時(shí)耗財的實(shí)體樣機制作并避免過(guò)度設計等問(wèn)題。