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船用蒸汽蓄热器非平衡热力过程实验及仿真研究
| 论文题名： | 船用蒸汽蓄热器非平衡热力过程实验及仿真研究 |
| 关键词： | 船用蒸汽蓄热器;非平衡热力过程;供汽方式;动态仿真;参数设置 |
| 摘要： | 船用蒸汽蓄热器以其优越的工作特性被应用于航空母舰蒸汽弹射系统，其作为能量存储设备为舰载机的弹射提供所需蒸汽，它的应用可以缓冲弹射过程带给锅炉的巨大扰动，为系统的平稳运行提供有利条件。由于船用蒸汽蓄热器内部同时存在蒸汽与水两种相态工质，在极短时间的工作周期内，工质存在闪蒸与冷凝，同时伴随多种复杂的热量、质量传递与流动过程，在此过程中船用蒸汽蓄热器的热工水力特性会发生剧烈变化。因此研究工质参数的变化机理及变化趋势对于保障舰载机弹射过程的安全运行至关重要。 本文基于非平衡热力学建立适用于不同排汽供汽方式的船用蒸汽蓄热器的数学模型，通过对已建立数学模型的整理及工作逻辑的分析，借助Simulink软件中自带的一些运算模块以及用户编写的调用函数将数学模型转化为仿真模型，利用船用蒸汽蓄热器实验平台，分别进行不同条件下的充汽、放汽及连续充放汽的实验研究，探寻蓄热器内部工质参数的变化机理。在动态仿真模型经过实验数据的校核后，通过仿真与实验结合的方式研究金属蓄热对工质状态参数的影响情况。利用仿真模型研究后排汽供汽方式的工作特性，同时对比前后两种排汽供汽方式下蓄热器主要参数的变化规律，深度解析不同供汽方式对工质状态参数变化的影响。 研究结果表明，在充汽（放汽）测试实验中，蓄热器的压力并没有稳定在充汽阀（放汽阀）完全关闭时刻的数值，而是出现反向降低（升高）并最终稳定的现象。在充汽过程中由不均衡势差引起的压降比会随着储存水质量的减小和单位时间注入能量的提升而变大。在快速充、放汽测试实验中，由于金属蓄热以及闪蒸、冷凝过程的影响使得工质水的温度出现了分层现象。充汽流量、充汽初压、初始水位、充汽压差均会对蓄热器内部工质的热力参数产生一定影响，在实际应用中应结合弹射自身需求对工作参数进行合理设置。金属蓄热会延长蓄热器的充汽与放汽时间，同时造成充汽过程压力最终的稳定值降低，放汽过程压力的最终稳定值升高。后排汽供汽时，由于蓄热器的充入蒸汽与排出蒸汽间能量的不匹配，致使蓄热器的水位不断降低。为了保障弹射过程对于蒸汽量的需求，必须及时地对蓄热器进行补水，为舰载机的弹射过程提供足够量的饱和蒸汽。研究成果对船用蒸汽蓄热器的后续研究奠定了基础，对于系统的优化及控制方案的选取提供了有力支持。 |
| 作者： | 郭家敏 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 孙宝芝;王建志 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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