船舶燃气轮机间冷循环汇总

热器的动态仿真计算时发生了畸点错
误现象，对出现这种现象的过程进行
了分析[93]。王兵树等人深入研究了产
船舶燃气轮机间冷系统
生畸点错误的机理，探讨了消除畸点 错误的可能性[94]，冷伟等人对采用集
用集总参数法建立的计算模型具有算法 简单、实时性好的特点，所以被广泛应用 在换热器性能的仿真计算中，但由于这种 方法极大地忽略了在换热器中工质温度沿
体性 计？
能的
影响
规律
如何？
在输
循环 效率 最优 时工 作过 程参 数如 何设 计？
输出 功率 和循 环效 率最 优时 工作 过程 参数 如何 设计？
出功 率指 标给 定时， 循环 效率 最优 时工 作过 程参 数如 何设
计？
加
船机桨 的 匹 配 特 性？
速 过 程 的 供 油 规 律 如
何？
间冷 器工 作模 式切 换时 的供 油方 案如 何？
态计算的数学模型，而各部件的特性方程组和各
部件之间的参数联系方程组构成了解此数学模型 时所必备的必要的辅助方程组。
JHTHT
dHT dt
J LT LT
dLT
dt
JPT
d PT PT dt
NeHT NeLT
NePT
N
NNeeHLeCCLVVVLBVHHLLCdTPdTdtdBddLdtdHHLtCtGPLTTHCGoutGLGC1LouTHtouTtoufGt GHCPiGnGTinLHMTTiiMnnw2wC1Cw2w1ddTddTwt 2tw1
M C w1 w1
电动机模块 日用照明负载
控制 系统
甲板机械电力负载
船舶间冷循环燃气轮机系统、子系统及各部件
任何动力学问题主要都是研究惯性系统
在外力和外力矩作用下的运动。
间冷循环燃气轮机装置也是一个惯性系统，决定
其热力系统动态特性的主要有各转动惯性、容积
惯性和中间冷却器的热惯性。各个惯性环节的微
分方程构成了间冷循环燃气轮机系统的动态和稳
（1）冷侧和热侧流体的温度只考虑沿着流路方向变化，即类似于一维管流的 情况。
（2）在动态仿真过程中，换热器芯体金属壁面的储热系数不变。 （3）液体工质通过换热器时质量流量保持不变，即可忽略换热器中液体侧工 质的容积效应。
考虑到热空气侧容积效应的影响，可将热空气侧模块分成容积模块和换热模块
两个部分，如图所示。对于机外液-液海水换热器则只着重考虑其换热性能而忽
参数法对换热器进行建模仿真做了深 入研究，分析了分段后各段换热器模 型中对流换热系数的选取方式以及最 佳分段数的建议，并进行了相应的分 段前后换热器稳态和动态特性的对比
研究[91]，但在研究中忽略了换热器中
气体工质的容积效应。
本文综合了上述参考文献的建议，并在换热器中考虑了气体工质侧的容积效应， 为建立更为准确的换热器仿真模型，并降低模型的复杂度，在理论分析中假定[82]：
略冷热两端的流体侧的容积效应。
Pa1 a2
流动方向
容积模块 换热模块
Ga1Ta1 Pa 1
Ta1 Ga2
Pa2 Ta2Ga3
在考虑分段之前，先建立集总参数法数学计算模型：
（1）机上中间冷却器数学模型：
金属壁面的能量守恒方程:
冷侧（乙二醇水溶液）：
质量守恒方程： Gc1.in Gc1.out 能量守恒方程：
目的/意义：从理论预测的角度为实际间冷循环燃气轮机的
设计、研发、优化及使用策略提供一定的技术借鉴
间冷循环燃气轮机装置原理图
seawater
Offengine
IC
air进口空气，LC低压压气机，IC机上中间冷却器，HC高压压气机， CC燃烧室，HT高压涡轮，LT低压涡轮，PT动力涡轮，coolant乙二 醇水溶液冷却剂，fuel燃料，Gas燃气，load 负载，off-engine IC机外 海水换热器，seawater海水
总参数法计算换热器动态特性时产生 初始负偏移机理现象进行进一步研究， 并探讨了选择不同集总参数会对动态 仿真计算结果造成的影响，并提出了 分段进行集总参数法建模仿真的建议
着流动方向的分布情况，因此在初始动态 [95]。张一呜等人对采用分段进行集总
差异较Байду номын сангаас的情况下，单纯使用集总参数法 对换热器进行动态仿真时容易会出现“畸” 点错误，导致偏离甚至违背真实的换热情 形[91]。
海水温度 随季节性 交替变化 或在不同 海域时， 如何调节 合理的乙 二醇水溶 液流量和 海水流量 来改善机 组总体性 能和内部 通流情况？
加 载 过 程 时 何 种 加 载 方 式 合 理？
突 甩 负 荷 时 发 电 模 块 控 制 策 略？
海水温度 随季节性 交替变化 或在不同 海域时， 如何调节 合理的乙 二醇水溶 液流量和 海水流量 来改善机 组总体性 能和内部 通流情况？
• 论文主要研究内容：设计、优化及使用策略
间冷循环燃气轮机仿真专题软件（第三章）：仿真平台
总体性能仿真评估软件 带机械推进机组性能 带发电机组性能仿
（第四章）：设计、优化 仿真软件（第五章）： 真软件（第六章）：
海水
控制策略
控制策略
温度、
间冷
度、
乙二 输出
醇水 功率
溶液 流量、 大气 温度 对总
最优 时工 作过 程参 数如 何设
间冷循环燃气轮机总体性能仿真研究
指 导 教 师 ：李淑英 教授 专 业：动力机械及工程 硕士 研究生：应雨龙
• 大功率先进燃气轮机是未来船舶动力的主要研究发展方向
• 我国在燃气轮机事业上起步较晚的实际情况，利用母型机改 造大功率IC循环燃气轮机是目前可行且符合实际的发展方向
• 总体性能的设计、优化与控制策略是其改造所解决的关键技 术之一
第二章 间冷循环燃气轮机系统数学
模型和仿真模型
压气机模块
船舶 间冷 燃气 轮机 系统
三轴 燃机 本体 系统
间冷 系统
机械 负载 系统
燃烧室模块 涡轮模块 转子模块 容积模块
机上间冷器 机外间冷器 减速齿轮箱 螺旋桨模块
构成间冷 循环燃气 轮机系统 仿真模块 库的前提 和基础
发电机模块
电力 负载 系统
c
a Aa (Ta Ac (Tc2
Tw1 Tw2
) )
c s
Ac As
(Tw1 (Tw2
Tc1 Ts
) )
间冷系统数学模型和仿真模型
现阶段在探索换热器稳态和动态性能
研究中，余又红等人采用集总参数法
建立了通用的换热器计算仿真模型，
并进行了换热器特性仿真计算[92]。马
进等人使用集总参数法应用在管式换