直流鍋爐蒸發區域的數學模型及其仿真

　直流鍋爐蒸發區域的數學模型及其仿真王偉，任挺進，高琪瑞，劉笑馳清華大學熱能工程系，北京100084，2立了多環節集總參數移動邊界數學模型。模型中不同區域指過冷段蒸發段和過熱段分別采用不同的環節劃分方法，單相區根據段長兩相區根據干度進行劃分。而后引入特征參數之間的熱力學關系式，在此基礎上直接推導出適于仿真求解的次模型。最后，文章給出仿真實例，并對計算結果進行了理論分析。分析結果明，該模型能夠正確反映了對象各參數的動態響應特性模型存在下述問模型精度不高現有模型14基本上分為3個串聯環節，分別對應工質的3種狀態過冷水汽水混合物和過熱蒸汽在某些工況下，某環節的長度可能遠遠大于其它環節這必然導致較大誤差的存在次建模過程存在弊端。次建模的合理與否嚴重影響數值積分的穩定性以及模型的魯棒十性據統計，有模型在導出次模型的過程中或者引入種種假定，或者直接采用數值方法處理相變點位置對時間的導數，這些方法造成模型精度的降低及模型適用范圍的減小。

　　針對上述問，本文對現有模型進行改進從單相區模型的發展過程可知，增加分段數4對于提高模型精度是種有效的方法故而在本文模型中增加了分段數，不同區域采用不同的分段方法此外通過合理選取代參數，大大方便了次建模1基本動態模型的建立溫度；7，為點金屬官壁溫度，為點之間煙氣對管壁金屬的放熱量，節點5之間工質狀態為未飽和水，節點5，9之間為汽水兩相共存，節點9，13之間為過熱蒸a2，3，4點分別為過冷段長度的等分點，即，5 4入，點分別為蒸發段干度的等分點即超臨界直流鍋爐是我國大型電站鍋爐的發展方向。直流鍋爐與汽包鍋爐的主要區別之，是在動態過程中，直流鍋爐的起始蒸發點與蒸發終了點的位置不確定，蒸發段的長度也是變化的。因此在建立數學模型時，必須考慮蒸發段前后兩個相變點位置隨工況變化的問目前采用的移動邊界蒸發區數學81作者簡介王偉974.，女漢，吉林，碩士研究生wxnk.net基金項目國家九七基礎研究資助項目，1999022304建模時作了如下簡化假定每段的工質流動阻力都集中在相應段的出口，忽略工質流動的加速損失；選擇各段的出口參數作為集總參數下面根據質量動量能量和金屬壁熱量守恒關系給出各段通用數學方程=213連續性方程熱水段或只有熱水段和蒸發段時，這模型可相應地簡化，因此可進行全工況的模擬仿真2動態模型的求解次建模是移動邊界模型的難點所在本模型中的代參數取各段出口參數，因為分段數增加，所以不致導致較大的誤差帶來的好處是既可避免模型出現不合理的初始負偏移現象，又有利于直接通過數學推導求出長度導數項下面以5，6點之間環節為例說明推導過程。原始方程為士，6=士處，式中4為點工質密度，以為點工質的質量流量，為時間，義為受熱管截面積能量方程焓，0為點之間管內工質的吸熱量。

　　動量方程重力加速度，9為受熱管與水平面之間的夾角。

　　金屬壁熱平衡方程由式7，8分別可得根據熱力學關系式有由式3，6以及各段工質的狀態方程等相應聯立式，12和13，得到次建模后的方程組3仿真實驗與結果分析長為134.5，為例，選取75負荷工況參數對模型進行了計算2給出了4種擾動下的熱水段長度5蒸發段長度5，9微過熱段長度9，13出口焓辦13入口壓力和出口蒸汽流量乃13的動態響應□給水流童階躍增加5；V燃燒率5階躍增加5.

　　因為熱負荷保持不變，過冷段和蒸發段長度增加，微過熱段長度減小，出口焓降低由于整個管段的比容降低，在出口壓力不變的情況下，入口給水壓力稍有增大當出口壓力階躍減小而其它輸入變量保持不變時，各點壓力均迅速減小，出口蒸汽流量突然增加后又逐漸回到原值；飽和水焓降低導致熱水段長度減小；蒸發潛熱的增加及出口蒸汽流量跳動的共同作用使得蒸發段長度先是快速增加而后有所減小，穩定時高于初值；而微過熱段段長則先減后增，穩定時稍小于初始值出口焓的變化趨勢與微過熱段長度相同。

　　當入口焓階躍增加而其它輸入變量保持不變時，過冷段段長減小，同時瞬間產生大量的飽和水進入蒸發段，蒸發段長度增大，微過熱段長度減小。由于入口給水流量沒有變化，故蒸發段長度又逐漸減小，微過熱段長度增加，達到穩定狀態時，蒸發段和微過熱段長度均大于初始值。相應地，出口蒸汽流量經歷了個先增加后恢復到原水平的過程；出口焓先是稍有降低而后增加，穩定值高于初值因為整個管段的比容升高，壓降增大，入口給水壓力增力口。

　　當燃燒率階躍增加而其它輸入變量保持不變時，管壁金屬溫度提高，過冷段和蒸發段長度減小；微過熱段長度增加；出口焓逐漸增大；因為整個管段的比容升高，壓降增大，導致入口給水壓力稍有增大；出口蒸汽流量則經歷了個先提高后逐漸回到原來水平的過程4結論1建立了直流鍋爐蒸發區域多環節移動邊界集總參數數學模型。在分段時，充分考慮不同區域的特點，采用不同的環節劃分方法單相區根據段長，兩相區根據干度在次位置建模時沒有采用任何簡化假定，直接求出各段邊界對時間的導數項，代入質量能量動量和金屬熱平衡方程對某受熱面在幾種擾動下的動態特性進行了仿真實驗，計算結果合理，對研究直流鍋爐的運行具有定的指導意義1黃錦濤，陳聽寬。超臨界直流鍋爐蒸發受熱面動態過程特性。西安交通大學學報，1999，3397175.

　　2王宗琪，王陶，王建民，等。直流鍋爐蒸發區域種新的建3范永勝。600！超臨界機組直流鍋爐的全工況建模與仿真研究。南京東南大學，1997.