论基于Matlab的换热设备CAD系统优化与集成(pdf 6页).pdf

董其伍等基于M a t l a b 的换热设备C A D 系统优化与集成 1 9 基于M a t l a b 的换热设备C A D 系统优化与集成 董其伍 安万辉刘敏珊郑州大学热能工程研究中心郑州4 5 0 0 0 2 摘要换热设备多采用计算机辅助设计 但基于传统的设计思想 不能获得最优方案 本文提出基 于M a d a b 的优化方法 通过C O M 组件技术 将M a t l a b 的优化功能与M S V C 环境下的O b j e c t A R X 编程技术相 结合 实现换热设备C A D 技术与优化设计的综合集成 拓宽了换热设备C A D 系统的优化功能 关键词 M A T L A B 换热设备C A D 优化设计 随着计算机的推广应用 利用计算机辅助设 计来研究开发换热设备C A D 技术已是换热设备 设计行业的趋势 但基于传统编程思想的设计 使得最终的结果往往只是可行方案 并不是最优 方案 为使产品具有竞争力 现代产品的开发追 求快 优 省 传统的设计方法已不能满足要 求 市场呼唤换热设备C A D 技术与优化设计的 集成 目前传统的优化算法已趋成熟 同时一些有 别于传统迭代方法的优化算法也早已进入人们的 视野 如遗传算法 粒子群优化算法 模拟退火 算法 和蚁群算法等 每种算法各有自己的特点 和适用范围 应视具体的工程问题 选用适当优 化方法或初始参数 2 J M a t l a b 语言提供了众多的 优化函数与算法 本文试图将M a t l a b 语言的优 化函数与C A D 技术相结合 应用C O M 组件技 术 实现M S V C 语言 O b j e e t A R X 动态链接库的 混合编程 以解决换热设备C A D 系统的优化设 计问题 1 换热设备C A D 系统 换热设备C A D 系统是针对国家支柱和基础 产业中部分重大过程换热装备所开发出的C A D C A E 软件 旨在实现换热设备工艺 机械 零 部件的一体化和集成化设计 3 该系统所涉及到 的参数繁多 结构非常复杂 包含工艺设计 机 械设计 零部件设计等子系统 总体结构见图 1 图l 换热设备C A D 系统的组织结构 该系统最突出的特点是由工艺条件人手 最 终形成完整的工程施工图 系统的推广应用不仅 能节能降耗 减少设备投资 提高设备的设计质 量与设计效率 且能缩短产品开发周期 使工程 技术人员摆脱繁重的重复劳动 为使换热设备C A D 系统的工艺设计更趋优 化 本文拟从优化设计人手 改进传统的设计方 法 综合利用C A D 开发技术与M a t l a b 的优化功 能 实现一体化集成 2 换热设备工艺设计 2 1 常规方法 换热器的设计要求达到合理的参数选择和结 构设计 传热计算及压降计算目的 设计主要包 括壳体型式 管程数 换热管类型 管长 管子 排列 管子支撑结构 如折流栅 折流板结构 等 冷热流体的流动通道等 以往的换热器设 计沿用类比试算设计方法 即根据设计要求 凭 借经验并参考一些类似的较为成熟的设计来选择 设计参数 再进行必要的校核计算 如参数选择 董其伍 教授 1 9 6 4 年毕业于华东理工大学 主要从事传热强化 过程装备C A D C A E 及系统的模拟优化方面的研究 联系电 话 0 3 7 1 6 3 8 8 7 8 2 3 8 0 0 6 E m a i l w h a n me d u c n C H E M I C A LE N G I N E E R I N GD E S I G N 化工设计2 0 0 8 1 8 3 不当 则进行调整 修改设计后再校核 如此反 复 直到最后满足设计要求为止 通常设计一台 换热器有以下几步 1 根据经验估计传热系数K 估 估算换热 面积A 估 2 初选换热器的尺寸规格 得到换热面 积A 3 计算管程壳程压降与传热系数 计算 总传热系数K 计和传热面积A 计 4 校核传热面积A 计 如果A A 计 1 1 5 1 2 5 完成设计 否则重新估计K 估 重复以上 过程 最终达到设计要求 这种方法使设计人员把大量精力消耗于重复 的烦琐计算 即使采用计算机辅助设计 但基于 上述程序的编程思路使得最终的结果往往只是一 种可行方案 即满足A A 计 1 1 5 1 2 5 的众多 选择中的一种 并不是最优方案 2 2 优化算法 以纵流壳程换热器为例 以换热管长度l 总管数N 和折流栅间距L b 作为设计变量 以常 规设计方法的校核条件A A 计 1 1 5 一1 2 5 作为 约束条件 同时假定纵流壳程换热器的年成本 A 由设备投资成本和作业成本组成 前者近似 认为与纵流壳程换热器的传热面积成正比 而作 业成本的计算依据克服换热器内流体阻力所消耗 的泵或风机的功率 目标函数的数学表达式为 伽叫器篱 脚w A P 刀 器 式中 C 为换热器单位传热面积的价格 i 为利 率 n 为设计周期 1 为效率 t 为运行时数 Y o 为单位动力价格 A 为换热面积 A P s 和A P 分 别为壳程和管程的压降 C i n 小t 和Y o 均可根据工程经验选取 在优化过程中作为常量 处理 A A P A P 与纵流壳程换热器的几何 结构相耦合 采用纵流壳程换热器传热系数及流 体流动阻力的计算公式 经推导均可由三个优化 变量表达H J 2 3 利用M a t l a b 优化求解 借助于M a f l a b 的优化工具箱 只需用文件 编辑器编写目标函数及约束函数的M 文件 M 文件是M a f l a b 的的通用格式文件 然后调用相 应的优化函数 系统即可自动运行求出最优解 本文中的优化问题属于非线性多变量约束的 求解 基于换热器传热系数及流体流动阻力的计 算公式 将目标函数转化为三个设计变量的的优 化数学模型 并按M a d a b 的要求标准格式化 确定相应的初值与约束条件 直接调用f m i n c o n 函数便可求解 J 3M a t l a b 与C A D 开发环境混合编程实现 3 1C A D 开发环境 在M i c r o s o f tV i s u a lC 后文简称M S V C 环境下 利用O b j e c t A R X 技术 开发一种可以共 享A u t o C A D 地址空间的动态链接库 A R X 的 应用程序 借用A u t o C A D 的绘图界面调用 专 业的菜单结构见图2 这些应用程序可以直接利 用A u t o C A D 核心数据库和代码 而A u t o C A D 本 身是一种开放结构 两者的结合紧密 通信快速 方便 既保证了A u t o C A D 的强大功能 又扩充 了专业应用领域 图2 换热设备C A D 系统A u t o C A D 下的菜单结构 3 2 基于C O M 组件的混合编程 较之其它的A u t o C A D 二次工具 M S V C 环境 下的O b j e c t A R X 编程速度快 性能好 C 代 码本身也比较灵活 而M a t l a b 拥有众多的函数 库和高效的优化算法 两者的混合编程能够充分 发挥M S V C 的开发平台优势 同时又兼容了M a t 1 a b 在科学计算上的优点 能够大幅提高工作效 率 实现优势互补 M S V C 与M a d a b 混合编程的方法较多 本文 采用C O M C o m p o n e n tO b j e c tm o d e l 组件技术 C O M 组件技术可以认为是不同语言协作开发的 一种标准 既提出了组件之问进行交互的规范 也提供了实现交互的环境 组件对象之间交互不 依赖于任何特定的语言 利用M a t l a b 的C O M 董其伍等 基于M a t l a b 的换热设备C A D 系统优化与集成 2 1 B u i l d e r 能够快速地将M 程序文件做成C O M 组 件 在M S V C 程序中调用 首先启动C O MB u i l d e r 按照向导创建对应优 化函数的C O M 组件 而后在M S V C 下创建接口 并连接 为使最终的程序完全脱离M a t l a b 还需 利用C O MB u i l d e r 的打包程序生成相应的可执行 文件 在换热设备C A D 系统安装时 同时运行 以注册所需的组件 JJ 该方法实现简单 几乎适用于M a d a b 的任 何函数 有较强的通用性和较高的执行效率 是 M a t l a b 推荐的混合编程方法 3 J 各编程软件在换 热设备C A D 系统中的逻辑关系见图3 M a t l a bI l l 爵C MBudde圃r r 加 I l 一 J 姒 j i I l m K 圈 回 J l i 图3 换热设备C A D 系统开发软件逻辑关系图 4 结语 在众多可行方案中获取一种相对较优的设计 方案 一直是工程应用领域追求的目标 本文分 析了传统换热设备C A D 设计时的特点 引入了 优化设计思路 通过C O M 组件技术 将M a t l a b 的优化功能与M S V C 环境下的O b j e c t A R X 编程技 术相结合 实现了诸多编程 设计软件的综合集 成 借助于C A D 技术可实现换热设备工艺设计 的优化 其工艺设计结果与后续的机械设计 零 部件设计共享数据 增加了换热设备C A D 系统 的操作弹性 也拓宽了换热设备C A D 系统的优 化功能 文中提出的优化设计思路在跨语言平台 下的实现方法 同样可为同类设计软件所借鉴 参考文献 1 汪灵枝 申锦标 赵世安 基于模拟退火的进化算法性 能对比研究 J 百色学院学报 2 0 0 7 2 0 3 4 3 4 7 2 刘亚磊等 基于M A T I A B 优化工具箱的机械优化设计 J 现代机械 2 0 0 6 6 3 2 3 3 3 刘敏珊 钱亚东 董其伍 新型换热设备C A D 系统的 研究 J C A D C A M 与制造业信息化 2 0 0 3 6 4 9 5 l 4 董其伍 刘敏珊等 纵流壳程换热器 M 北京 化 学工业出版社 2 0 0 7 7 5 蒲俊等 M a t l a b 6 0 数学手册 M 上海 浦东电子 出版社 2 0 0 2 1 6M A T I A BC O MB u i l d e ri J l r G u i d e M T h eM a t h W o r k s I n c 2 0 0 2 7M A T L A BE x t e r n a lI n t e r l a c eR e f e n n c eV e r s i o n6 T h eM a t h W o r k sI n c 2 0 0 3 8 黄金明等 V C 与M a t l a b 的无缝集成 J 现代电 子技术 2 0 0 7 3 0 1 4 1 0 1 1 0 3 收稿日 期2 0 0 7 1 1 3 0 e o e o e o e o o o e o e o e o e o e o e o e o e o e o e o e o e o e o e o e o e o e o e o e o e a 拿o e o e o e o o o e o e o e o e o e o o o e 0 9 a 拿0 9 0 争D 副x 犁x 再 上接第2 9 页 脂逐渐积累或聚结在P B T 安全阀人口管处的可 理解 领会工艺包 使配管符合P I D 的要求 才 能性 所以要定期进行检查 确保人口管不会出能优化布置 正确配管 做到操作方便 维修容 现聚结 易 安全可靠 参考文献 4 结语 气相法聚乙烯装置中的反应出料系统管线复 杂 潜在的危险性大 在设计过程中 只有深入 糖 下 期 要 目 器 l 张德姜等 石油化工装置工艺管道安装设计手册 修订 本 M 北京 中国石化出版社 1 9 9 7 收稿日期2 0 0 8 0 3 2 1 应全国化工建筑设计技术中心站的要求 化工设计 2 0 0 8 年第四期 拟为建筑和结构专业论文专辑 基于Matlab的换热设备CAD系统优化与集成基于Matlab的换热设备CAD系统优化与集成 作者 董其伍 安万辉 刘敏珊 作者单位 郑州大学热能工程研究中心 郑州 450002 刊名 化工设计 英文刊名 CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 年 卷 期 2008 18 3 被引用次数 1次 参考文献 8条 参考文献 8条 1 汪灵枝 申锦标 赵世安 基于模拟退火的进化算法性能对比研究 期刊论文 百色学院学报 2007 03 2 刘亚磊 基于MATLAB优化工具箱的机械优化设计 期刊论文 现代机械 2006 06 3 刘敏珊 钱亚东 董其伍 新型换热设备CAD系统的研究 期刊论文 CAD CAM计算机辅助设计与制造 2003 06 4 董其伍 刘敏珊 纵流壳程换热器 2007 5 蒲俊 Matlab6 0数学手册 2002 6 MATLAB COM Builder users Guide 2002 7 MATLAB External Interface Reference Version 6 2003 8 黄金明 VC 与Matlab的无缝集成 期刊论文 现代电子技术 2007 14 相似文献 10条 相似文献 10条 1 学位论文 安万辉 换热设备CAD技术及HECAD系统升级研究 2005 换热设备是一种重要的过程工业设备 CAD技术在世界范围内已进入实际应用领域 换热设备CAD技术是CAD技术在换热设备领域的具体应用 换热设 备的计算机辅助设计 制造的研究与开发也是换热设备行业的发展趋势 热力系统换热设备CAD系统 简称HECAD系统 实现了新型高效纵流壳程换热设备研究开发与工艺设计 机械设计 零部件设计的一体化和集成化 论文针对换热设备CAD系统的现状和发展趋势以及换热设备CAD系统的特点 对换热设备CAD系统及其升级技术进行了研究 阐述了换热设备CAD技术 的基础理论 针对HECAD系统的特点探讨了各种开发环境的优劣 并对最终的开发环境ObjectARX作了介绍 同时阐述了ObjectARX应用程序的建立方法 除错机制及HECAD系统中菜单的定制方法 为换热设备CAD系统的升级提供了技术和理论支持 阐述了HECAD系统由低版本向高版本的升级路线 分析了低 版本中所采用的CAD技术 如对话框技术 数据库技术 针对它们的缺点提出了改进意见和升级方法 提升了系统的稳定性 兼容性 更为以后再次升级 打下了基础 论文由设备技术经济学和设备综合管理角度出发 以纵流壳程换热器的设备投资作为目标函数 在多约束条件下 采用本中心传热系数及流体流动 阻力的计算公式 对纵流壳程换热器的工艺设计部分进行了优化 在引进Matlab的优化工具箱 并将Matlab的程序作为MicrosoftVisualC 6 0的外挂程 序与HECAD系统集成方面做了探索 论文增加了HECAD系统的帮助系统 并开发了HECAD系统的起动文件和卸载文件 制作了整个系统的安装程序 与升级前的系统相比 新系统只包含 了可执行程序及相关的辅助文件 占用空间大大减小 使用时更方便 安装时更智能化 2 学位论文 熊少武 电场强化传热模糊PID控制与水平管外流动沸腾传热数值模拟 2007 由于工程实际对高效传热技术的迫切需要以及EHD强化传热技术具有很好的强化效果 近年来EHD强化传热技术在国内外已经得到广泛的研究和应用 但电场强化换热和众多因素有关 从以往的研究来看 热流密度 工质的电物性和外施电压等参数均会影响传热效果 它们之间准确的关系尚未建立 这就造成在对其进行控制时 该换热系统的数学模型难于建立 模糊控制是以模糊数学作为理论基础发展起来的智能自动控制技术 它不需要掌握被 控对象的精确模型 而是利用被控过程的动态信息 依据经验积累的知识规则进行推理获得最佳控制量 模糊控制具有较强的适应性 系统的鲁棒性强 尤其适用于时变 非线性 时滞系统的控制 模糊控制可以与PID控制相结合构成智能控制体系 其各性能相对于PID控制均有很大的改善 本文采用模糊PID算法对其进行控制 根据其动态参数 建立模糊PID规则 并应用MATLAB软件对模糊PID算法进行仿真 将其结果与PID模拟结果进 行对比 发现模糊PID控制在响应速度 抗干扰能力和稳态性能方均好于常规PID控制 最后对模糊PID控制算法进行了实验研究 并获得了令人满意实验 的结果 对今后电场强化换热控制方面的设计具有一定的参考价值 横纹槽管因其在传热性能上明显优于光管 且具有结构紧凑和加工制作方便等优点 在动力 能源 化工 核反应堆等场合中的蒸汽发生器和换热 设备中得到了广泛应用 制冷剂R134a 是目前国际公认的和被广泛推荐作为CFC 12替代物的物质 R134a的特点是对大气臭氧层的破坏能力系数 ODP 为 零 地球温室效应 GWP 值为0 26 不易燃 无毒 无腐蚀作用 是最具实用性的替代制冷剂工质 并且己经投入商业应用 由此可见 研究制冷剂 R134a在水平横纹槽管管外沸腾传热对新制冷系统的设计开发和可靠运行具有重要的理论意义和工程应用价值 本文应用FLUENT软件对制冷剂R134a在水平光管和横纹槽管外饱和泡状沸腾过程进行了三维数值模拟 得到了饱和泡状沸腾过程温度场 速度场和体 积含汽率的分布规律 以及这些参数沿流动方向的变化情况 结果表明 数值模拟能够很好的模拟横纹管水平管外饱和泡状沸腾传热 横纹槽管能够很 好的强化传热 同时 本文还分析了质量流量 热流密度的变化对横纹管管外饱和泡状沸腾换热系数的影响 并应用场协同理论 从局部换热的角度分 析了其管外沸腾强化的机理 为今后该方面的研究应用提供参考 3 学位论文 刘杰 客车空调平行流冷凝器模型研究 2007 随着汽车工业的发展和人们物质文明水平的提高 人们对汽车的舒适性 可靠性 安全性的要求越来越高 汽车空调得到了广泛地普及 冷凝器作 为客车空调系统的关键换热设备 其结构尺寸和换热性能对客车空调系统的布置 客车空调的运行特性和经济性有重要的影响 冷凝器的高效 轻量 小型化以及与客车空调制冷系统的匹配设计是客车空调系统的研究重点之一 本文针对扬州杰信车用空调有限公司的12米客车空调系统 利用MATLAB软件建立客车空调系统各部件的数值计算模型 重点对平行流冷凝器和管片 式冷凝器进行了仿真研究 利用Matlab中Simulink仿真工具的强大功能对所建立的客车空调系统模型进行优化仿真 得出整个客车空调系统在分别使用 平行流冷凝器和管片式冷凝器的情况下主要性能参数的变化规律 为客车空调系统的匹配设计提供依据 并在顶置式客车空调性能实验系统上进行了空 调性能实验 实验结果验证了所建模型的合理性与可靠性 结果证明 平行流冷凝器较传统的管片式冷凝器有较大的性能提高 是一种可以提高客车空调能效 实现轻量小型化 降低金属材料消耗 大幅提 高综合效益的新型换热器 值得大力推广 同时 也验证了本文所建立的数值分析工具具有一定的工程应用价值 4 学位论文 贾原媛 三相循环流化床麦草浆黑液蒸发器防 除垢和强化传热研究 2003 制浆造纸工业是国民经济的重要产业之一 中国森林资源匮乏 人口众多 不得不以非木材 主要是禾草原料为主要制浆造纸原料 麦草浆黑液是我国造 纸工业的主要污染源 采用碱回收技术来治理 不但可回收大量宝贵的资源 能源 而且可减少污染95 以上 但是 麦草浆黑液含硅多 粘度大 蒸发器结垢 严重 出效浓度低 使燃烧系统不能稳定运行 需要补充大量助燃油 导致碱回收成本大幅度增加 所以说黑液蒸发工段是碱回收工程的 瓶颈 问题 该文首 次将三相循环流化床蒸发器应用于麦草浆黑液蒸发 从理论和实验两个方面深入研究了汽液固三相循环流化床麦草浆黑液蒸发器的防 除垢和强化传热的 性能和机理 为三相循环流化床麦草浆黑液蒸发器的工业应用提供了理论依据 论文主要内容如下 首先介绍了与该文相关的背景资料 包括了中国麦草浆 黑液蒸发的现状 换热设备污垢的基本类型 形成过程 结垢机理和换热设备的防 除垢技术以及多相流沸腾传热和防 除垢技术的研究进展 明确该文 的选题意义 第二 对麦草浆黑液结垢物的化学成分进行了分析 首次对黑液结垢物进行分形研究 探讨其结垢机理 指出麦草浆黑液结垢是一个复杂的化学 反应 第三 从理论上深入研究了三相循环流化床蒸发器的防 除垢机理 指出三相流剪应力对延长污垢的诱导期起主要作用 并对其作了定量计算 根据理 论分析 指出汽液固三相流剪应力能延长污垢附着需要的时间 增加污垢的剥蚀比率 建立固体颗粒与垢层的碰撞应力模型 指出这种碰撞应力产生的初始 裂纹在温差应力作用下将使垢层上已形成的初始裂纹扩展或产生新的裂纹 造成污垢的剥落 第四 系统地研究了固体颗粒强化流动沸腾传热的机理 从理 论上阐明了固体颗粒强化单相对流传热和强化核态沸腾传热的机理 第五 首次利用Matlab神经网络工具箱 基于人工神经网络建立了三相循环流化床沸腾 传热模型 该模型学习速率快 训练步骤少 逼近程度高 最大偏差不大于5 为三相循环流化床蒸发器的传热计算提供了可靠的方法和理论基础 第六 在 实验装置上对汽液固三相循环流化床麦草浆黑液蒸发器的防 除垢和强化传热性能进行了深入的研究 5 学位论文 韩丰云 客车空调平行流冷凝器传热流动特性研究 2008 冷凝器是客车空调系统中关键换热设备 其结构尺寸和换热流动性能对客车空调系统的布置 客车空调的运行特性和经济性有重要的影响 本文针 对扬州杰信车用空调有限公司的12米客车空调系统 以工程热力学和传热学为基础 对其进行分析 抽象和简化 利用MATLAB软件建立客车空调系统制 冷剂 压缩机 蒸发器 冷凝器以及节流装置的数值计算模型 重点对平行流冷凝器进行研究 对于每个流程 取一根多孔扁管为研究对象 沿制冷剂 流动方向将扁管划分为多个微元 取其中的一个微元为控制体 建立空气侧和制冷剂侧单相区 两相区一维稳态数学模型进行求解 分析传热流动特性 对所建立的客车空调系统模型编制了可视化软件 进行仿真 并与实验结果相对比 得出客车空调系统平行流冷凝器传热流动性等特点 为客车空调 系统的匹配设计提供依据 分析结果表明 客车空调系统应用平行流冷凝器后性能得到提高 通过改变流程数和各流程管数来改变冷凝过程中的流通截面而达到调整流速的作 用 从而可以保持较高的冷凝换热系数和较低的流动压降 与常规换热器相比具有显著的优越性 仿真结果与实验数据相吻合 同时 也验证了本文所 建立的数值分析工具具有一定的工程应用价值 6 学位论文 张恒 水平管循环流化床换热器防 除垢的实验研究 2008 换热设备的防 除垢问题是学术界及工业界普遍关注的课题 将多相流态化技术引入防 除垢过程 通过在换热装置中加入一定种类 浓度 粒径 的惰性固体颗粒的方法来达到防 除垢和强化传热的目的 取得了显著的效果 具有广阔的应用前景 本文对水平管液固循环流化床换热器的防 除垢和强化传热性能进行了研究 考察了操作参数对其防除垢和强化传热的影响 提出了最佳工艺条件 并利用Matlab 语言实现了数据的可视化 实验结果表明 惰性固体颗粒的加入不仅大大地延缓了结垢 达到了防除垢的目的 而且强化传热效果显著 加入固体颗粒体积分率越大 强化传热效果越明显 颗粒循环流量越大传热系数越高 热通量大时传热效果好 最后通过建立线性回归模型 得出了 水平流化床换热器膜传热系数及压降关联式 以指导工程实践 7 学位论文 张国钊 环氧丙烷装置换热网络优化与废液换热器改进研究 2007 换热网络的优化及换热器的高效化对于过程工业节约能源 清洁生产具有重要意义 本文利用夹点技术对某环氧丙烷装置换热网络进行了分析 并 提出了优化改造方案 基于MATLAB的操作型夹点分析表明 现行换热网络的夹点温差偏大 通过优选夹点温差 得知现行换热网络存在较大节能潜力 进一步分析表明现行换热网络存在违背夹点设计原则的现象 导致用能不合理 考虑换热网络变动的复杂程度和经济性 提出了一种简便的优化改造方 案 但由于污垢的生成 会对换热设备和换热网络产生很大影响 使换热网络达不到预期的节能效果 故本文进一步结合该环氧丙烷装置中皂化废液换 热器的结垢问题 针对以波纹管代替光管作为换热器的内管这一方案进行了实验研究 实验结果表明 波纹管不仅比光管有较好的传热性能 而且有较 强的阻垢能力 所以采用波纹管换热器取代原光管换热器以实现更多的热回收是可行的 8 学位论文 刘东涛 燃气轮机化学回热闪蒸控制系统的研究 2009 燃气轮机化学回热循环是一种新型先进循环方式 而闪蒸控制技术是提 高闪蒸蒸汽量与蒸汽品质 保证化燃气轮机学回热循环安全运行的重要技 术 闪蒸控制系统通过换热设备利用烟气余热加热补给水产生蒸汽 并对闪 蒸后的水 蒸汽的余热充分利用 燃气轮机化学回热闪蒸控制系统的仿真对 燃气轮机化学回热实验台实验具有重要作用 本文利用MATLAB Simulink软件对燃气轮机化学回热闪蒸控制系统进 行了仿真研究 考虑到循环工质的变比热特性及部件的各种惯性 所建模型 具有很好的通用性 利用模块化建模思想建立了闪蒸控制系统各部件的模 型 避免了重复工作 减少了建模的工作量 本文的主要研究内容如下 1 对闪蒸系统进行了分析 对换热器和蒸汽发生器工作原理和特性分 析 建立换热器 闪蒸室的动态数学模型 为仿真建模打下了基础 2 对闪蒸控制系统控制目标分析 确定控制对象 建立闪蒸控制系统控 制器的控制模型 3 利用MATLAB Simulink软件对控制器的PID参数进行了整定 并不 断反复人工调试 提高控制器的控制效果 4 利用MATLAB Simulink软件建立燃气轮机化学回热闪蒸控制系统模 型 并对控制系统仿真 5 利用仿真模型仿真烟气流量变化和烟气温度变化对燃气轮机化学回热 闪蒸控制系统干扰效果并对它们分析 比较 仿真计算出一级闪蒸蒸汽量为 零时 烟气流量 温度以及补给水供水量等情况 并与恒压供水条件下的工 况作了比较 分析 分析比较不同烟气流量变化速率条件下系统的控制效果 对燃气轮机化学回热实验台闪蒸控制系统控制有着重要作用 关键词 闪蒸控制系统 换热器 蒸汽发生器 PID参数整定 控制模型 9 学位论文 宋海峰 乙烯装置的用能分析与优化 2009 随着我国经济的高速发展 能源的消耗量急剧增加 由于我国的资源非常有限 故对于能量密集型的化学工业来说 需要寻求能量综合利用的有效途径 本文以某厂乙烯装置用能过程为研究对象 综合利用化工模拟技术与夹点技术对 乙烯装置的现有生产过程进行用能分析与诊断 针对用能过程中存在的 瓶颈 通过 调整换热流股的具体匹配或换热设备的操作参数 消除违背夹点设计原则的不合理的 能量利用现象 在对乙烯装置用能优化的基础上 通过采用新的分离技术和设备 对 现有的乙烯生产工艺流程进行了改造设计 本论文的主要内容与创新点如下 1 通过流程模拟的方法为用能分析提供全面的数据 基于Aspen Plus对乙烯 装置的现场工况与设计工况进行了全流程模拟 在此基础上提取了用于换热网络分析 与合成的所有热力学数据 如热容流率CP 流股焓变 H 流股的起始温度与终了温 度 并根据流股相态模拟计算的结果 对温度 焓非线性变化的流股进行了线性化处理 2 通过针对性的编程语句为用能状况提供直观的结论分析 根据夹点分析方法 的基本原理 编制了基于MATLAB语言的能量诊断程序 并用现有的文献数据对本 程序进行了验证 在此基础上 利用能量分析工具 如组合曲线 总组合曲线 平衡 的总组合曲线等 对现场工况进行用能分析与诊断 确定能量利用的 瓶颈 并提出 针对性的优化方案 3 通过化整体为部分 适度简化的方法进行换热流股匹配设计 根据工艺流股 与公用工程流股夹点分布的基本情况 把整个乙烯系统的温位范围划分为若干个较小 的夹点温位区间 然后分别在各夹点温位区间内逐一进行换热网络的初步合成 继而 利用能量松弛技术与热负荷回路简化技术 合并部分换热器 简化换热网络 4 对乙烯装置中新的分离技术与分离设备进行了初步的研究 把精馏 膜复合 精馏系统 膜分离系统用于乙烯 乙烷 丙烯 丙烷以及氢气的分离过程中 并基于Aspen Plus对这三个分离过程进行了精确建模 并对装置的关键参数进行了模拟分析与优化 5 本文从三个层次对该乙烯装置进行了用能研究 即现场工况的用能分析与诊 断 现场工况的用能优化和基于优化工况的乙烯生产工艺流程改造 对每一工况均从 用能分