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基于Modelica/Dymola的吸收式制冷系统仿真模型库的研究

作　者: 张杰
导　师: 徐璋
学　校: 浙江工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 分布式供能系统吸收式制冷优化 Modelica/Dymola 模拟仿真
分类号: TB657
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

吸收式制冷机可以利用低品位热能驱动,因此广泛应用于分布式供能系统中,通过回收动力子系统(微型或小型燃气轮机、内燃气、燃料电池等)发电后产生的废热来提供热量或者冷量。为了研究分布式供能系统的动态特性,提高模型开发效率,优化分布式供能系统的运行,迫切需要建立一套面向多种动力设备、多种制冷设备的分布式供能系统的动态仿真模型库。为此,本文开展了以下研究。(1)采用面向对象的Modelica语言,在Dymola仿真平台下建立了吸收式制冷设备的工质模型,包括溴化锂溶液物性模型、烟气物性模型、水和水蒸气物性模型。针对动态仿真的特殊要求,提高计算精度、速度,为同一种工质提高多套的具有不同输入参数的物性计算参数和函数表达式,减少计算过程物性的迭代计算；提供了工质气液两相饱和线或饱和面的函数表达式,避免了仿真过程中进行耗时的相平衡迭代计算。(2)基于面向对象思想,将吸收式制冷系统分层9块,3层模型。块与块之间相互嵌套,层层继承。对管外的流动建立了传热模型、传质模型及其相互耦合模型；对管内的工质流动,采用“一维交错网格模型”离散化,并通过有限体积法求解；其它部件,采用“集中参数”的模型,如高低温换热器等,同时建立了各种传感器模型,以探测某点的热力学参数。(3)针对吸收式制冷模型中的发生器部件,验证了该部件的准确性；建立了3种不同循环结构的溴化锂吸收式制冷机模型,并分别对各制冷机模型进行了验证。对单效热水型吸收式制冷机探讨了热水温度、流量变化；冷却水温度、流量变化和冷媒水温度、流量变化时制冷机的动态响应；对双效烟气型探讨了3个参数共同作用下制冷机的动态特性。结果表明：各吸收式制冷机结果参数与实验误差都在5%以内,都能准确地捕获到机组的动态特性。(4)针对办公大楼,利用Simergy软件建立建筑模型,导入到EnergyPlus软件中,模拟办公大楼全年的逐时冷负荷量,作为分布式供能系统设备选择依据,建立了微型燃气轮机+单效烟气型吸收式制冷机模型的分布式供能系统的联合仿真。探讨了夏季典型日下分布式供能系统发电量、制冷量和吸收式制冷机COP的变化。在整个仿真过程中,模拟结果与设计偏差在10%以内,基本能满足工程的需要；同时微型燃气轮机和吸收式制冷系统表现出一致的热惯性。(5)在Dymola平台下建立了燃气轮机的PID反馈控制,以用户侧负荷的需求变化,调节燃气的进气量。结果表明：在变工况下,采用PID控制器进行控制,系统具有很好的稳定、准确性和快速性,能获得较好的动态特性,满足工程的需要。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
第1章绪论  12-21
  1.1 课题研究背景及意义  12-13
  1.2 吸收式制冷系统动态特性仿真研究现状  13-17
    1.2.1 仿真模型的建立  13-14
    1.2.2 建模思想  14-15
    1.2.3 开、停机的动态特性仿真研究  15-16
    1.2.4 变工况动态特性研究  16-17
  1.3 分布式供能系统的集成研究  17-19
    1.3.1 系统评价指标的研究  17-18
    1.3.2 系统综合评价的研究  18
    1.3.3 系统集成的仿真研究  18-19
  1.4 本文研究的主要内容  19-21
第2章吸收式制冷系统的数学模型  21-35
  2.1 仿真平台简介  21-27
    2.1.1 基于统一建模语言的多领域物理系统建模  21-22
    2.1.2 Modelica主要特征与显著优势  22-23
    2.1.3 仿真平台实例对比  23-26
    2.1.4 Modelica/Dymola仿真国内外现状  26-27
  2.2 工质模型的建立  27-30
    2.2.1 溴化锂工质  27-29
    2.2.2 烟气工质和水、水蒸气工质  29-30
  2.3 传热传质模型的建立  30-34
    2.3.1 传热模型  30-32
    2.3.2 传质模型  32-33
    2.3.3 传热与传质的耦合  33
    2.3.4 壳侧模型  33
    2.3.5 金属壳体与管壁的模型  33-34
  2.4 本章小结  34-35
第3章吸收式制冷系统动态仿真模型库的建立  35-50
  3.0 吸收式制冷系统的面向对象的分解  35
  3.1 接口模块  35-36
  3.2 换热模块  36-41
    3.2.1 壳层模块  36-38
    3.2.2 管侧模块  38-41
  3.3 其它模块  41-42
  3.4 单元部件的验证与分析  42-47
    3.4.1 溴化锂发生器的稳态验证  42-45
    3.4.2 溴化锂发生器的动态模拟  45-47
  3.5 吸收式制冷模型库结构及模型  47-49
  3.6 本章小结  49-50
第4章模型库的验证与分析  50-64
  4.1 概论  50
  4.2 单效热水型溴化锂吸收式制冷机  50-57
    4.2.1 单效热水型吸收式制冷的稳态验证  50-53
    4.2.2 单效热水型吸收式制冷的动态仿真  53-57
      4.2.2.1 热水温度变化的影响  53-54
      4.2.2.2 冷却水流量和温度变化的影响  54-55
      4.2.2.3 冷媒水温度变化的影响  55-57
  4.3 双效烟气型溴化锂吸收式制冷机  57-62
    4.3.1 双效烟气型吸收式制冷的稳态验证  58-59
    4.3.2 双效烟气型吸收式制冷的动态仿真  59-62
  4.4 微型燃气轮机的建模与仿真  62-63
  4.5 本章小结  63-64
第5章分布式供能系统的建模与仿真  64-72
  5.1 系统的模型建立  64-68
    5.1.1 系统背景  64
    5.1.2 办公楼冷负荷模拟  64-67
    5.1.3 分布式供能系统的联合仿真  67-68
  5.2 分布式供能系统模型的仿真运行  68-71
    5.2.1 系统仿真条件  68
    5.2.2 夏季典型日分布式供能系统运行模拟  68-71
  5.3 本章小结  71-72
第6章燃气轮机的反馈调节  72-78
  6.1 引言  72
  6.2 PID控制的设计  72-77
    6.2.1 PID控制算法  72-74
    6.2.2 燃气轮机PID控制系统  74-77
  6.3 本章小结  77-78
第7章结论与展望  78-81
  7.1 结论  78-79
  7.2 展望  79-81
主要符号表  81-83
附录A AbsGen单元的Modelica代码  83-86
附录B 发生器单元和换热器的模型设置  86-88
附录C 工质调用方法  88-90
参考文献  90-94
致谢  94-96
攻读学位期间参加的科研项目和成果  96

基于Modelica/Dymola的吸收式制冷系统仿真模型库的研究

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