蒸汽蓄热器非平衡热力学模型及其动态特性仿真

摘要

蒸汽蓄热器是充满一定压力汽、水混合物的储存式压力容器，因其具有平衡蒸汽热负荷、缓解用汽矛盾、节能效果显著等特点，广泛应用于冶金、纺织、烟草、酿酒等传统工业领域和新兴太阳能热发电系统中。而应用于航空母舰上的蒸汽弹射系统，利用了蒸汽蓄热器在极短时间内可提供大量蒸汽的特性帮助舰载机顺利起飞。蒸汽蓄热器的充、放汽过程涉及闪蒸、汽液两相流动、多种形式的传热等一系列复杂变化过程，准确预测和分析其动态特性仍极具挑战，其中蒸汽蓄热器精准仿真模型的建立是系统仿真及性能研究中的难点。
　　基于汽液两相质量、能量守恒定律，考虑工质蒸发（冷凝）相变弛豫时间和流体与金属壁面的热交换过程，建立了蓄热器非平衡热力学模型。利用增压锅炉蒸汽动力试验系统对蓄热器单独充、放汽及连续充放汽特性进行试验研究，在应用试验结果验证蒸汽蓄热器非平衡热力学模型准确性的同时，修正了数学模型中表征非平衡现象的特性系数。依据蒸汽蓄热器实际工作过程，在不同充汽方式下改变蒸汽蓄热器充水系数、体积、初始压力、汽源参数、放汽阀通流能力等因素，研究蒸汽蓄热器各特征参数的变化规律。
　　研究结果表明，所建立的蒸汽蓄热器非平衡模型能够准确反映充、放汽过程中蓄热器由非平衡向平衡状态过渡时各参数的动态变化趋势。充汽过程蒸汽蓄热器压力经历先升高后降低直至稳定的非平衡过程，并受充汽流量、汽源焓值、蓄热器体积等诸多因素影响；放汽过程蒸汽蓄热器压力呈现快速下降后升高直至稳定的变化趋势，且压力上升的幅度与放气阀的通流能力等密切相关；连续充放汽过程蓄热器水位不断下降，充、放热压力对蓄热效率影响显著。因此，实际应用中（如蒸汽弹射装置）必须考虑蒸汽蓄热器非平衡热力过程对其工作特性的影响。蒸汽蓄热器非平衡热力特性研究为蒸汽蓄热器设计、系统控制策略的制定提供有力的技术支持。

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第1章 绪论

1.1蒸汽蓄热器概述和应用

1.2国内外研究现状

1.3本文研究目的与工作内容

第2章 蒸汽蓄热器非平衡数学模型建立

2.1蒸汽蓄热器工作过程

2.2充、放汽阀工作过程

2.3蓄热器非平衡数学模型建立

2.4本章小结

第3章 蒸汽蓄热器仿真模型建立

3.1仿真模型建立

3.2充、放汽阀的动作要求及仿真实现

3.3仿真算法说明

3.4本章小结

第4章 蒸汽蓄热器性能试验及数学模型验证

4.1试验系统简介

4.2试验项目及结果分析

4.3蒸汽蓄热器数学模型的验证

4.4本章小结

第5章 不同条件下蒸汽蓄热器动态特性仿真

5.1蒸汽蓄热器充汽过程动态特性分析

5.2蒸汽蓄热器放汽过程动态特性分析

5.3蒸汽蓄热器连续充放汽程动态特性分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢