系统仿真模拟

系统建模：

假设：该图为某火电厂汽包装置图

正常运行工况下，汽包内工质包括气液两相，底部工质接受来自省煤器的不饱和欠焓水和来自上升管的饱和状态气液两相流，上升管中的饱和水蒸气一部分与欠焓水抵消而凝结为饱和水，另一部分经过液面下工质以小气泡的形式逐渐溢出水面。因此水面下工质并非是单纯液相的水，而是含有一部分饱和蒸汽、具有一定干度的气液混合物。将液面下的小汽泡与饱和水集总为具有一定于度的气液混合物。

因此，做如下假设：

1.汽包内工质处于均匀的饱和状态。

2.工质蒸发与凝结速度很快，当饱和压力发生变化时，相应饱和压力和温度也发生

变化，工质发生小的动态蒸发与蒸汽的动态凝结。

3.水下面的工质看作是具有一定干度的气液混合物。

溢出液面的蒸汽量是液面下饱和蒸汽浓度的单值函数：

11

1X

W e v k e v X

=

- （1）

ev W ：溢出液面的动态蒸汽流量

ev k :

总传质系数

1X :液面下工质平均干度

将汽包整体工质与液面下工质分别看作2个即总参数系统。由总系统确定汽包内所含工质平均密度与压力，液面下系统确定水位。 ()d W e W r W d W v V

dt ρ+--=

（2） 1()d W e W r W d W ev M dt

+--=

（3）

V

：汽包体积

e W ：给水

Wr ：上升管汽水混合物 d W :下降管流量 v W ：流出汽包蒸汽 能量守恒：

1()()e e r r d d v v d u W h W h W h W h dt V

ρ=

+-- 总系统 （4）

11()()e e r r d d ev ev d u M W h W h W h W h dt

=+-- 液面下系统 （5）

,,,e r d ev h h h h :给水，上升管出口，下降管入口，饱和蒸汽，溢出水面蒸汽焓值

1,u u

:水面下工质，汽包内工质平均内能

由假设1可得：1,d ev v h h h h ==

1h :水面下工质平均焓值，由1

u 算得

汽包内工质平均干度：()()

v w w w v v w

u u X

u u ρρρρρρ--=

=-- （6）

,w v u u ：饱和水，饱和蒸汽内能

,u v ρρ：饱和谁，饱和蒸汽密度

饱和状态下物性参数都是饱和压力P 的函数，故由（2），（4），（6）可得汽包压力P 液面下工质平均干度：

1111()()

V w w w v w

u u X v u u ρρρρρρ--=

=

-- （7）

由（7），（3）式可以得液面下工质体积，进而得到汽包内各状态参数。

汽包水位与液面下工质量，密度，汽包形状有关，对于常用的两端半球性水平放置圆筒汽包：

2

2

1

11

11()*(3)(2)(sin )

3

2

M V f L L r L r W r πθθρ=

==

-+

-- （8）

其中：1

2cos (

)

r L r

θ

θ--= （9）

式中 V 1:液面下工质体积

W

：汽包总长度

L ：液面距离汽包底的高度 从而,

1

1()

L f

V -= （10）

流动方程

e ve W C y = （11）

p

∆：阀门前后压差，液体比热容υ，阀门开度y 定义为全开时流动面积与工作时流动面积

之比。

v vv W C y = （12）

r vr W C y = （13）

d vd d

W C y = (14)

lg

p ν

∆=

（15）

如果容器中液体上部的压力和出口压力均为大气压的话，压差只取决于液体的高度l 。

g

是重力加速度（9.81m/s2）。

每一个开度y 依赖于两个因素：阀程、流动面积

1y e x = (16)

2

v y x = (17) 3r y x =

(18)

4d y x =

(19)

对于电动阀门而言，每一个阀门都由一个伺服器来驱动的，或称为调节器、执行机构。以使阀程从x i 到要求值x di 。总需要一定的时间才能开启/关闭阀门，采用一个最简单的动力学模型，即是一个一阶指数滞后：

11

11

d x x dx dt τ-=

(20) 21

22

d x x dx dt τ-=

(21) 333

3

d dx x x dt τ-=

(22) 44

44

d x x dx dt

τ-=

（23）

将各式带入平衡方程式得：

1()()ve e vr r vd d vv v d u C x C x C x C x dt V ρ=

+--

1111

()()

w ve e vr r vd d ev

ev v u u d u M C x C x C x k h dt

u u -=+---

111

()()w ve vr vd ev

v u u d M C x C x C x k dt

u u -=-

()(ve vr vd vv d V

C x C x C x C x dt

ρ=

11

11

d x x dx dt τ-=

21

22

d x x dx dt τ-=

333

3

d dx x x dt τ-=

44

44

d x x dx dt

τ-=