某船蒸汽动力系统建模与仿真研究

摘要

船舶蒸汽动力系统是一个系统复杂、设备众多的能量转换系统。由于其特殊的工作环境，相对普通电站蒸汽系统而言，船舶蒸汽动力系统具有惯性小、动态过程变化大、各子系统的关联和制约因素多等特点。因此要了解其运行的动态特性，研究船舶蒸汽动力系统的动态模型就十分必要。 本文以某型船蒸汽动力系统为研究对象对其进行了建模仿真。根据锅炉建模的特殊性和复杂性及JTopmeret模型库的特点将系统分为锅炉本体、送风系统、供油系统、及除锅炉外的汽水系统四个部分进行建模，其中锅炉本体模型采用Fortran语言手工模块化建模，分别建立了炉膛热力计算模型、蒸发系统动态模型、蒸发管束动态模型、过热系统动态模型和省煤系统动态模型等；蒸汽动力系统中除锅炉外的其它部分的建模采用JTopmeret图形自动化建模，主要包括汽轮机组、凝汽系统、供水系统、供油系统和送风系统等：最后在大型仿真平台GSE中完成了两种模型的集成及联合调试，并完成了模型的稳态仿真及扰动下的动态过程仿真实验。 仿真结果表明，模型的稳态及稳态下的动态扰动过程与实际系统的动态特性吻合，验证了仿真模型和仿真算法的合理性、正确性，能够为该船蒸汽动力系统的运行分析、设备优化配置及调试做出指导。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景

1.1.1蒸汽动力系统的概况

1.1.2蒸汽动力系统在船舶上的应用

1.1.3蒸汽动力系统的特点

1.2计算机仿真及课题相关领域的发展现状

1.2.1计算机仿真的概念

1.2.2计算机仿真的建模技术

1.2.3相关领域的发展现状

1.3本文研究的意义及主要工作

1.3.1研究意义

1.3.2主要工作

第2章 仿真对象及数学建模方法

2.1仿真对象介绍

2.1.1某蒸汽动力系统介绍

2.1.2蒸汽动力系统仿真模型的构成

2.2蒸汽动力装置数学模型的类型和特点

2.2.1蒸汽动力装置数学模型的类型

2.2.2蒸汽动力装置数学模型的特点

2.3数学建模方法介绍

2.3.1模块化建模思想

2.3.2集总参数法建模

2.3.3热工流体网络建模

第3章 蒸汽动力系统数学模型

3.1热工流体网络模型

3.1.1流体网络划分

3.1.2流体网络支路模型

3.1.3流体网络约束条件

3.2锅炉本体模型

3.2.1蒸发系统数学模型

3.2.2炉膛热力计算模型

3.2.3蒸发管束动态模型

3.2.4过热系统动态模型

3.2.5省煤系统动态模型

3.3其它模型

3.3.1汽轮机模型

3.3.2泵与风机模型

3.3.3除氧器模型

3.3.4凝汽器模型

3.4本章小结

第4章 计算机仿真实现

4.1大型仿真平台GSE功能及系统介绍

4.1.1 GSE的主要功能与特点

4.1.2 GSE系统简介

4.2流体建模所使用的主要工具

4.2.1高精度两相流建模工具JTopmeret

4.2.2模型调试工具JEXEC

4.2.3在Windows操作系统环境中的基本建模过程

4.2.4 JTopmeret建模原理

4.3仿真使用的算法

4.4仿真子程序

4.4.1水和水蒸汽的热物性子程序库

4.3.2烟气的热物性子程序

4.4.3锅炉本体的主要程序

4.4.4 JTopmeret子程序

4.5模型仿真实现

4.6本章小结

第5章 仿真结果及分析

5.1初始非稳态到稳态的仿真

5.2稳态在扰动下的仿真

5.2.1扰动实验一

5.2.2扰动实验二

5.3本章小结

第6章 全文总结

6.1论文工作总结

6.2后续工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文