發(fā)電系統(tǒng)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而言是獨一無二的，經過多年的開發(fā)，讓用戶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點。

圖5 ：電路故障的模擬結果

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機。這種情況當然影響很大。隨著泵的運轉減速，閥門關閉，下游系統(tǒng)內的壓力會逐漸下降，最終形成蒸汽空泡，而蒸汽空泡會增大，并在22秒內破裂（見圖5的紅線）。由此產生的壓力峰值達到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(xiàn)象。這對冷凝器的影響同樣很大。兩個水箱的排水情況遠低于理想水平，出水箱只能通過反向水流恢復其水位，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，設備極有可能受到相當大的損壞。

Flowmaster讓用戶可以對各種設計方案進行樣機模擬，從向冷凝器本身注氣到調壓水箱和貯氣袋等系統(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(xiàn)象的時間歷史記錄表明，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，解決這個問題的最好方法是在設計里加上兩個調壓塔，參見圖6。

圖6：兩個調壓塔置于泵的正下游

這些設備就位后，F(xiàn)lowmaster重新運行網絡。如果大小適當，可以防止蒸汽空泡的形成以及由此產生的壓力峰值。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，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，確保裝置的運用得當并避免安裝成本過高。

圖7：添加兩個調壓塔解決了水錘和蒸汽空泡的問題

總結

本文簡單闡述了如何在發(fā)電系統(tǒng)的設計過程中使用虛擬樣機。在此過程中，可以對發(fā)電系統(tǒng)中的所有元件進行設計和模擬，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。這種虛擬樣機方法可以取代耗時耗財?shù)膶嶓w樣機制作并避免過度設計等問題。