基于SimulinkS函数的动力循环回热器动态分布参数建模与仿真
基于MATLABSimulink机电系统动态仿真教程第一章
二、仿真的分类
按模型分类
1、物理仿真：采用物理模型，有实物介入！ 具有效果逼真，精度高等优点，但造价高或耗时长， 大多在一些特殊场合下采用（如导弹、卫星一类飞 行器的动态仿真，发电站综合调度仿真与培训系统 等），具有实时性、在线的特点。 2、数学仿真：采用数学模型 在计算机上进行，具有非实时性、离线的特点，经 济、快速、实用。
《机电系统动态仿真——基于 MATLAB/Simulink》
刘白雁教授编著 机械工业出版社
2006，8
仿真软件的简介 一、仿真的发展
1、程序编程阶段： 所有问题（如：微分方程求解、 矩阵运算、绘图等）都是用高级算法语言（如C、 FORTRAN等）来编写。 2、程序软件包阶段： 出现了“应用子程序库”。 3、交互式语言阶段（仿真语言：仿真语言可用一 条指令实现某种功能，如“系统特征值的求解”， 使用人员不必考虑什么算法，以及如何实现等低 级问题。 4、模型化图形组态阶段：符合设计人员对基于模 型图形化的描述。
三、常见的几种仿真软件
PSPICE、ORCAD：通用的电子电路仿真软件， 适合于元件级仿真。 SYSTEM VIEW：系统级的电路动态仿真软 件 MATLAB：具有强大的数值计算能力，包含 各种工具箱，其程序不能脱离MATLAB环境 而运行，所以严格讲，MATLAB不是一种计 算机语言，而是一种高级的科学分析与计算软 件。 SIMULINK：是MATLAB附带的基于模型化 图形组态的动态仿真环境。
按计算机类型分类
1、模拟仿真：采用数学模型，在模拟计算机 上进行的实验研究。50年代 2、数字仿真：采用数学模型，在数字计算机 上借助于数值计算方法所进行的仿真实验。 60年代
3、混合仿真：结合了模拟仿真与数字仿真。 4、现代计算机仿真：采用先进的微型计算机，基于 专用的仿真软件、仿真语言来实现，其数值计算 功能强大，使用方便，易学。80年代以来
matlab的simulink仿真建模举例 -回复
matlab的simulink仿真建模举例-回复Matlab的Simulink仿真建模举例Simulink是Matlab附带的一款强大的仿真建模工具，它能够帮助工程师们通过可视化的方式建立和调试动态系统模型。
Simulink通过简化传统的数学模型建立过程，使得工程师们能够更加直观地理解和分析复杂的系统。
在本文中，我们将介绍一个关于电机控制系统的Simulink仿真建模的例子。
一、了解电机控制系统在开始建模之前，我们首先需要了解电机控制系统的基本原理。
电机控制系统通常包括输入、电机和输出三个主要部分。
输入通常是来自于传感器或用户的命令信号，例如转速、位置或力矩。
电机是通过接受输入信号并根据特定的控制算法生成输出信号。
输出信号通常是电机的转速、位置或功率等。
控制算法通常采用比例-积分-微分（PID）控制或者其他控制算法。
二、建立Simulink模型1. 创建新的Simulink模型在Matlab主界面中，选择Simulink选项卡下的“New Model”创建一个新的Simulink模型。
2. 添加输入信号在Simulink模型中，我们首先需要添加输入信号模块。
在Simulink库浏览器中选择“Sources”类别，在右侧面板中找到“Step”模块，并将其拖放到模型中。
3. 添加电机模型接下来，我们需要将电机模型添加到Simulink模型中。
Simulink库浏览器中选择“Simscape”类别，在右侧面板中找到“Simscape Electrical”子类别，然后找到“Simscape模型”模块，并将其拖放到模型中。
4. 连接输入信号和电机模型将输入信号模块的输出端口与电机模型的输入端口相连，以建立输入信号与电机模型之间的连接。
5. 添加输出信号模块在Simulink模型中，我们还需要添加输出信号模块。
在Simulink库浏览器中选择“Sinks”类别，在右侧面板中找到“Scope”模块，并将其拖放到模型中。
基于simulink的SOFC-MGT联合发电系统建模与仿真
作者简介 ： 闰 东（ １ ９ ９ １ 一 ） ， 男， 河南人 ， 硕士研究 生 ， 主要研 究领域为动力 机械及热力 系统 的设 计 、 仿 真及优化 ； 梁前超 （ １ ９ ６ ４ 一 ） ， 男， 湖北武汉人 ， 教授 ， 博士生导师 ， 主要研究领域 为动力 机械及热力系统的设计 、 仿 真及优 化。 １ ７ ５
于系 统 运行 直 接 为 工作 工 况 ， 未 考 虑启 动 条 件 ， 因而
空气
． 的成 本 ， 缩 短研 究 周 期 ， 寻 找规 律 ， 发 现 明 显 设 计 缺 省 去 了外加 的预热 设备 。见 图 １
蓑
Ｆ 换 热 器
一
＿ ： ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝
阴极板
关键词 ： Ｓ ＯＦ Ｃ； 微 型燃气轮 机 ； 建模仿真 中图分类号 ： Ｎ ９ ４ ５ ． １ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ７） ０ ７ — ０ １ ７ ５ — ０ ４
燃料 电池是将储存在氧化剂与燃料 内部 的化学 无状 态 迁移 。 能直接转化为 电能的发 电装置 ，固体氧化物燃料 电 （ ５ ） 采用集总参数模型 ， 独立模块 内部各状态参 池（ ｓ ｏ ｒ ｃ ） 是一种 中高温燃料 电池 ， 实验条件下 已取 数保持一致性。 得６ ０ ％以上 的发 电效率 ， 排气温度达 ６ ０ ０℃以上 。将 Ｓ Ｏ Ｆ Ｃ模型采用文献［ ２ 】 中的外部预重整的阳极 高品位的废热与燃气轮机组成联合动力 系统 ，可 以 再循环形式 ， 微 型燃气 轮机 （ Ｍ Ｇ Ｔ ） 主要用于气体 加 压 及 涡 轮做 功 ， 压气机 、 涡轮 和 发 电机 共 轴 运 转 。 由 进一步提高设备发 电效率。 采用计算机仿真模拟技术 ，能够节约实验研究 陷。文献【 １ 】 采用容阻特性建模 ， 完成 了 Ｓ Ｏ Ｆ Ｃ一维模 型的快速动态仿真 ， 并有效结合微型燃气 轮机 ， 对联 合装置进行了性能仿真 ， 达到了 ５ ７ ％的发 电效率。本 文主要抓住研究对象 的动态特性 ，而对其精度要求 不高 ， 因而采用了集总参数建模方法 ， 以求得到仿真 条件 下 ， 装置运 行 状况 及 响应特 性 。
基于SIMULINK的载热体前馈-反馈控制系统仿真研究_控制系统仿真课程设计1 精品
内蒙古科技大学本科生课程设计论文题目：基于SIMULINK的载热体前馈-反馈控制系统仿真研究内蒙古科技大学课程设计任务书摘要前馈控制系统和反馈控制系统都属于单回路控制系统，它们有各自的优缺点。
诸如前馈控制能根据干扰值的大小在被调参数偏离给定值之前进行控制，使被调量始终保持在给定值上，但这种控制方式也存在局限，首先表现在前馈控制系统中不存在被调量的反馈，即对于补偿的结果没有检验手段。
反馈控制是根据被调量与给定值的偏差值来控制的，反馈系统的特点是在干扰作用下，必须形成偏差才能进行调节（或偏差即将形成），如果干扰已经发生，而被调参数还没变化时，调节器是不会动作的，即反馈控制总是落后于干扰动作，因此称之为不及时控制。
因此把它们结合起来就产生了前馈—反馈复合控制系统，这种系统能把前馈与反馈的优点结合起来，既能发挥前馈调节控制及时的优点，又能保持反馈控制对各种扰动因素都有抑制作用的长处，较好地解决了控制过程中的问题，通过仿真可以得出这种系统既能获得较好的稳定性，又有较好的抗扰性能。
关键词：计算机应用软件换热器仿真分析仿真建模SIMULINK目录目录 (5)1 概述 (6)1.1 SIMULINK (6)1.2 换热器 (8)1. 换热器概述 (8)2.换热器的特性 (9)1.3 前馈-反馈控制系统 (10)2 控制方案 (10)2.1 载热体流量的控制方案 (11)2.2 控制系统仿真设计 (13)2.3 参数整定 (14)3 载热体流量控制系统仿真实验 (16)3.1 载热体流量控制系统仿真框图 (16)3.2载热体流量控制系统仿真响应曲线 (17)4 结语 (18)参考文献 (19)引言生产过程中必须保证产品满足一定的数量和质量的要求，同时也要保证生产的安全和经济，这就要求生产过程在预期的工况下进行。
但是，生产过程往往受到各种扰动而偏离正常工况，必须通过自动控制随时消除各种干扰，保证正常运行。
更为严重的是有时自动控制系统本身也要发生故障，这就要求在设计自动控制系统时，考虑各种可能发生的故障，并加以保护。
simulink修改参数循环仿真
simulink修改参数循环仿真摘要：1.Simulink简介2.Simulink参数循环仿真3.如何修改Simulink参数4.Simulink参数循环仿真的应用案例5.总结正文：Simulink是一款由MATLAB公司开发的用于模拟和仿真系统的软件。
它提供了一个可视化的界面，用户可以通过拖放组件来构建、编辑和仿真各种复杂的系统。
在Simulink中，参数循环仿真是一种重要的功能，可以帮助用户在不同的参数值之间进行切换，以便观察系统在不同条件下的行为。
要进行Simulink参数循环仿真，首先需要创建一个模型。
用户可以通过Simulink库浏览器选择所需的组件，并将其拖放到编辑器中。
然后，使用Simulink的图形编辑器连接各个组件，形成一个完整的系统。
接下来，用户需要为模型定义参数。
在Simulink中，可以通过单击组件并选择“参数”选项来定义参数。
定义参数后，用户可以为其设置初始值和变化范围。
完成模型构建后，可以进行参数循环仿真。
在Simulink中，有两种方法可以实现这一目的：使用“仿真”菜单中的“参数仿真”命令，或者使用Simulink的“运行”对话框。
无论使用哪种方法，用户都需要指定要仿真的参数，并为每个参数指定一个值列表。
然后，Simulink将自动进行循环仿真，并在仿真过程中记录系统的行为。
修改Simulink参数的方法取决于用户希望如何修改。
如果用户希望一次性修改多个参数，可以在Simulink的“模型浏览器”中选择要修改的参数，然后使用“编辑”菜单中的“参数”命令。
如果用户希望逐个修改参数，可以单击参数并直接在编辑器中修改其值。
Simulink参数循环仿真的应用案例非常广泛。
例如，在汽车工程中，工程师可以使用Simulink参数循环仿真来研究不同的驾驶条件（如速度、加速度和路况）对汽车性能的影响。
在电子工程中，工程师可以使用Simulink参数循环仿真来研究不同电源电压和负载条件下电路的工作性能。
基于MATLAB_SIMULINK的电力系统动态仿真分析
[ 4 ] 刘兴杰 , 田建设 , 丁 波 , 等. 应用 Matlab进行电力系统分析 和动态仿真 [J ]. 电力自动化设备 , 2004, 24 (3) , 43 - 46.
近年来 , 随着电网电压等级的升高 、电力系统 互联 、电厂远离负荷中心 、负荷容量的集中及直流 输电技术的应用 , 对合理利用能源 、提高经济效益 和保护环境具有重要意义 , 但受环境和建设成本的 限制 , 电网结构相对薄弱 , 发电设备储备量较少 , 系统经常运行在重负荷下 , 给电力系统的安全运行 带来隐患 。电压不稳定 、电压崩溃引起的局部丢负 荷或大面积停电 、部分国家电力工业解除管制实行 市场化 , 使电网的运行状态和当初的设计有了很大 的差别 , 给电力系统的安全运行带来了隐患 。如何 快速 、准确地进行电力系统的安全分析 , 特别是动 态安全分析 , 是电力系统发展迫切需要解决的问 题 。通常在计算出一个电力系统所处状态或特征 后 , 总是需要时域仿真来验证所求结果是否正确 , 即电力系统在某一状态时是否是稳定的 。
电压
·
V1
为
11098
69∠ -
01989
67°; 母线
3处负荷功
31) ,
电压
·
V1
为
11087
53 ∠ -
71664
95°; 母线
3
处负荷复功率为
31331
71
+ j21498
79,
电压
·
V3
为
01626 46∠ - 361641 62°, 动态负荷数据来自文献
基于Simulink+S函数的动力循环回热器动态分布参数建模与仿真
３ 算例
本文以表ｌ所示参数的换热器为例，利用上述 方法对换热器动态模型进行求解。在表１所示的 换热器，初始温度均为３００Ｋ，然后，在ｔ＝０时刻，从 二次侧流体开始进入温度为５００Ｋ的流体，此时整 个换热器的温度将动态地变化。
１ 模型分析
以燃气轮机系统为例，回热器在动力循环中的 布置一般如图１所示，燃气轮机出口的高温气体用 于加热压气机出口的气体，从而实现回热的作用。 本文将以该逆流型换热器为例，介绍求解回热器动 态分布参数模型的方法。首先，对一维逆流型回热 器模型进行一定程度的简化，一些假设如下：
木回热器中的阻力损失忽略不计； 奉回热器内各个物性参数均假设为常数，包括 工质和换热器壁的比热，热交换系数； 宰工作介质假设为不可压缩流体。 逆流型换热器动态模型如图２所示，换热器两
在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ动态仿真时，通常采用容阻法对换 热器进行集总参数模型的求解，而本文介绍的这种 方法，则可以直接求解换热器温度动态分布，并且可 以直接利用Ｍａｆｌａｂ的一些插件功能，例如调用ＮＩＳＴ ＲｅｆＰｒｏｐ物性参数，因此在求解其它一些更复杂的模 型如蒸发器动态模型中有较大的实用性。
４结论
本文介绍了一种基于Ｍａｆｌａｂ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的Ｓ函数 功能的回热器动态分布参数建模与仿真的方法。该 方法对换热器偏微分方程在空间方向利用差分进行 人工离散，而在时间方向利用Ｓ函数自带的求解器 进行求解。这种方法可以利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ自带的多种
从图３的三维图可以发现，换热器温度沿时间 和空间方向均呈类似指数形式变化，并且其热侧、壁 面和冷侧的温度大小及变化趋势，均符合换热器的
基于Simulink的多集总热容系统非稳态导热的模拟及分析
（ ｏｌ ｅｏ ｃ ａｉ ｌ ｎ ｌ ｔ ｎｃＥ ｇｎ ｅｉ ， ｂｉ ｉ ｒｉ ｆ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅ Ｍｅｈ ｎｃ ｄＥｅ ｒ ｉ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｈｅｅ Ｕｎｖ ｓ ｙｏ ｇｎ ｅｉ ，Ｈａ ｄ ｎ０ ６ ３ ，Ｃ ｉａ ａａ ｃｏ ｎ ｅ ｔ Ｅ ｎ ｎ ａ ５ ０ ８ ｈｎ ）
Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｓ ｅ ｄ ｔ ｔ ａ ａ ｓ ｅ ｆ ｉ ｌ ｔｏ ｎ ａ ｙ ｉ ｆ Ｕｎ ｔ ａ ｙ Ｓ ａ ｅ Ｈｅ ｔＴｒ ｎ ｆ ｒ ｏ Ｍ ｕ ｔ・ ｕ ｐ－ ａ ・ ａ ｃ ｔ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ ｉ ｕ ｉ ｋ ｌｉｌ ｍ ・ － ｈｅ ｔｃ ｐａ ｉｙ Ｓ ｓ ｅ Ｂａ ｅ ｎ Ｓ ｍ ｌｎ －
就像物 体原 来连 续分 布 的质量 与热 容量 汇 总到 了 １ 点 上 ， 而只有 １ 温度 值 一样 ， 个 因 个 这样 的导 热 系统称 为 集 总热 容 系统 ． 总热 容 系统 的温 度仅 是 时问 ｒ的一 元 函数 而与 坐标 无关 ， ＝ｆ ｒ ． 集 ｔ （）
简介如果所讨论的问题涉及到个或个以上集总热容系统且它们之间有相互作用则称它们为多集总热容系统这时式对多集总热容系统中的每个集总热容系统仍然适用对于多集总热容系统所要求解的多为微分方程组其求解过程相当复杂随着计算机技术的发展其求解已不是大问题本文所要介绍的利用进行多集总热容系统数学方程组的求解其主要优点在于其模型是建立可以形象地与微分方程组中的每一步数学运算相对应不仅可以得出精确的数值解更重要的是它可以形象地处理微分方程组其算术运算及微积分运算均是通过模块来进行的这给初学者带来很大的方便并且改变相应的参数即可应用到实际生产中去下面以最简单的多集总热容系统为例在环境中对其进行求解图所示为一个双集总热容系统一个导热系数很大薄壁容器其中盛有某种液体且液体被强烈搅拌而随时保持大致均匀的温度于是容器和液体就组成了一个简单的多集总热容系统双集总热容系统在容器与液体这个集总热容系统之间依靠对流换热传递热量如果此双集总热容系统的初始温度为然后把它们置于温度为的环境中加热则容器和液体将吸热而升温其中金属容器的密度为比容为体积为外表面积为与外界的对流换热系数为口容器内液体的密度为比容为体积为与金属容器接触的面积为与外界的对流换热系数为根据式分别列出液体和容器的能量方程圈双集总热功容系统示意圈时是软件的扩展它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包其与用户交互接口是基于的模型化图形输入其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建而非语言的编程上提供了一些按功能分类的基本的系统模块如模块模块模块模块模块等用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能而不必考察模块内部是如何实现的通过对这些基本模块的调用再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型以文件进行存取进而进行仿真与分析在通信系统动力学系统控制系统数字信号处理系统电力系统生物系统金融系统等领域有着广泛的应用对以卜方程求解即可得蛰结果下面在环墙下对萁讲行求解万方数据第期崔坚等基于的多集总热容系统非稳态导热的模拟及分析?建模仿真的一般过程是打开一个空白的编辑窗将模块库中模块复制到编辑窗口里并依照给定的框图修改编辑窗口中模块的参数将各个模块按给定的框图连接起来用菜单选择或命令窗口键人命令进行仿真分析在仿真的同时可以观察仿真结果如果发现有不正确的地方可以停止仿真对参数进行修正如果对结果满意可以将模型保存对双集总热容系统进行建模根据式和式分别从各个模块库中选择相应的模块复制到编辑窗口中并连接
基于MatlabSimulink的电力变压器仿真建模及特性分析-(文献综述)
基于Matlab/Simulink的电力变压器仿真建模及特性分析二O一四年三月前言额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以k·V A或M·V A表示，当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。
较为节能的电力变压器是非晶合金铁心配电变压器，其最大优点是，空载损耗值特低。
最终能否确保空载损耗值，是整个设计过程中所要考虑的核心问题。
当在产品结构布置时，除要考虑非晶合金铁心本身不受外力的作用外，同时在计算时还须精确合理选取非晶合金的特性参数。
国内生产电力变压器较大的厂家有一开投资集团，中电电气，保变天威，西电集团，山东明大电器，山东电力设备厂等。
[2]当一次绕组通以交流电时，就产生交变的磁通，交变的磁通通过铁芯导磁作用，就在二次绕组中感应出交流电动势。
二次感应电动势的高低与一二次绕组匝数的多少有关，即电压大小与匝数成正比。
主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。
[1]电力变压器是一种静止的电气设备，是用来将某一数值的交流电压〔电流〕变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压〔电流〕的设备在电力系统传送电能的过程中，必然会产生电压和功率两部分损耗，在输送同一功率时电压损耗与电压成反比，功率损耗与电压的平方成反比。
利用变压器提高电压，减少了送电损失。
[3]电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。
变压器的作用是多方面的不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。
总之，升压与降压都必须由变压器来完成在过去十年的发展中，我国电力建设快速发展，成绩斐然。
其中，发电装机容量高速增长，电网建设速度突飞猛进，电源结构调整不断优化，技术装备水平大幅提升，节能减排降耗效果显著，电力建设实现了跨越式发展。
这为我国经济社会平稳较快发展提供了强大动力，对改善人民生活起到了重要支撑和保障作用。
国家统计局数据显示，2007-2011年，电力变压器制造行业的销售规模不断扩大，销售收入每年以13%以上的速度增长，2011年销售收入到达1784.36亿元，同比增长16.53%;实现利润总额102.14亿元，同比减少5.43%。
Simulink动态系统建模与仿真第5章
第5章 Simulink仿真设置
定步长连续算法可以用来处理包含连续状态和离散状态 的模型。从理论上来说，定步长连续算法也能够处理包含非 连续状态的模型，但是，这会增加仿真计算时的不必要开销。 因此，若模型中没有状态或只有离散状态，则即使选择了定 步长连续算法，Simulink通常还会使用定步长离散算法进行 求解。
首先选择需要设置仿真参数的模型，然后在模型窗口的 Simulation菜单下选择Configuration Parameters命令，打开 Configuration Parameters对话框，如图5-1所示。
第5章 Simulink仿真设置
在Configuration Parameters对话框内用户可以根据自 己的需要进行参数设置。当然，除了设置参数值外，也可以 把参数指定为有效的MATLAB表达式，这个表达式可以由 常值、工作区变量名、MATLAB函数以及各种数学运算符 号组成。参数设置完毕后，可以单击Apply按钮应用设置， 或者单击OK按钮关闭对话框。如果需要的话，也可以保存 模型，以保存所设置的模型仿真参数。
第5章 Simulink仿真设置
定步长连续算法； 变步长连续算法； 定步长离散算法； 变步长离散算法。
第5章 Simulink仿真设置
1. 定步长连续算法 这种算法在仿真时间段(由起始时间到终止时间)内以等 间隔时间步来计算模型的连续状态。它使用数值积分算法计 算系统的连续状态，每个算法使用不同的积分方法，用户可 以根据需要选择最适合自己模型的算法，当然，这需要了解 不同积分算法之间的优缺点。使用定步长连续算法进行仿真 的仿真结果的准确度和仿真时间取决于仿真步长的大小，仿 真步长越小，结果越准确，仿真步长越大，仿真时间也就越 长。
第5章 Simulink仿真设置 5.2.1 设置仿真时间
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Tw * * * = C 31T L + C 32T H + C 33T w t 初始条件为: T L ( x, 0) = TH ( x, 0) = T w ( x, 0) = 0 边界条件为: TL ( 0 , t) = 0 , TH ( x L, t) = 1
* * * * *
*
( 9) ( 10)
。在对动力循环系统的动态
仿真时 , 需要了解回热器的动态特性 , 从而为系统的 变工况与控制提供指导。 回热器是换热器的一种用途, 对换热器的动态 特性的研究 , 国内外已有大量的文献报道。研究的 方法主要有三种 : 集总参数模型、 分布参数模型以及 集总分布模型。集总参数模型的主要原理是将换热 器等价于一个整体, 仅考虑其进出口参数 , 而不考虑 其内部变化 , 例如采用容阻法进行研究等
( N + 1) &N
C 32 0 ! ! ! ! C 32 0
(N + 1) & (N + 1)
C 33 C 33 ! ! C 33 C3 3
TN w t
(3 N + 1) & 1
T* L T* L
1 2
( 3N + 1 ) & 2
C 11 - C 12 x
N T* L 0 T* H
0 0 C 21 - C 22 x C 31
[ 2]
1 模型分析
以燃气轮机系统为例, 回热器在动力循环中的 布置一般如图 1 所示 , 燃气轮机出口的高温气体用 于加热压气机出口的 气体, 从而 实现回热的作 用。 本文将以该逆流型换热器为例, 介绍求解回热器动 态分布参数模型的方法。首先, 对一维逆流型回热 器模型进行一定程度的简化 , 一些假设如下 : * 回热器中的阻力损失忽略不计 ; * 回热器内各个物性参数均假设为常数 , 包括 工质和换热器壁的比热 , 热交换系数; * 工作介质假设为不可压缩流体。 逆流型换热器动态模型如图 2 所示 , 换热器两
* 收稿日期 : 2009- 11- 17 改稿日期 : 2010- 01- 19 基金项目 : ∃ 国家重点基础研究发展计划 资助 ( 973) % , 项目编号 2010CB227301 作者简介 : 顾伟 ( 1981- ), 男 , 博士研究生 , 主要从事新型动力循环的研究工作。
22
燃气轮机技术
中图分类号 : TK 212
回热器用于回收各种动力循环的热量 , 对于提 高动力循环的效率具有极其重要的意义, 因此 , 回热 器是各种类型的动力循环包括燃气轮机系统的重要 组成部件。例如在微型燃气轮机中, 采用回热器的 系统效率可以达到 25 % ~ 30 % , 远高于不采用回热 器时的 17 % ~ 20 %
图 2 逆流型回热器动态模型
对偏微分方程 ( 1) 至 ( 3) 以及其初始条件 ( 4) 和 边界条件 ( 5) 进行无量纲化 , 即令 : TL - T0 TH - T 0 * T = , TH = , TH, in - T 0 T H, in - T 0
* L
出 y 可以直接取为等于状态变量 x。 把换热器沿空间方向划分为 N 段, 则换热器的 一次侧、 二次侧以及壁面各有 (N + 1 ) 个温度点。对 式 ( 6), 将空间方向用差分代替微分, 采用前向差分 格式 , 则得到:
2 基于 S i m u link S 函数建模方法
对上述换热器动态模型微分方程组的求解, 可 以采用拉普拉斯变换等方法求解析解 , 也可以采用 数值方法进行求 解。本文 将介绍一 种采用 M atlab Si m u link 的 S 函数进行数值求解的方法 , 这种方法 的基本思路是对上述方程在空间方向采用差分方式 进行离散 , 而在时间方向则利用 S i m ulink 自带的求 解器进行求解。这种方法适用于各种类型的偏微分 方程组 , 如包 括了 预 热、 沸 腾和 过 热的 蒸 发器 模 型
侧流体的温度、 流量分别为 TL 、 m L 和 TH 、 m H, 而换 热器壁面的温度为 Tw 。对如图所示的 (x, x + dx ) 的 控制体积内列出能量守恒方程 , 可以得到换热器两 侧以及壁面的偏微分方程如下: TL TL + C 11 = C 12 ( T w - T L ) t x ( 1)
&
1 T* H
+
0
&
0 T* L ( t) N T* ( t) H
( 15)
N- 1 T* H
T* w T* w
0 1
0 C 32
N T* w
对照式 ( 15) 与 S 函数基本形式 ( 11) 的第一个
方程 , 式 ( 15)中等号左侧 ( 3 N + 1) & 1 的向量即为
24
燃气轮机技术
第 23 卷
摘
要 : 回热器对提高以燃气轮机 为代表的动力循环装置系统的效率具有非常重要的意义。本文介绍了一种
回热器动态分布参数的建模与仿真的方法。这种方法的基 本思路是 , 对回热 器动态模 型的偏微分 方程 , 在空 间方向利用差分进行人工离散 , 而 时间方向利用 Si m ulink S 函数提供的求解器进行求解。这 种方法的优 点是 可利用 Si m ulink的 多种求解方法进行求解 , 并且可直接用 于系统仿 真中。本文以某 种类型 的换热器 为例 , 利 用上述方法求解得到了该换热器在热源入口温度变化时的动态特性 , 结果表明本方法是非常有效的。 关 键 词 : 回热器 ; 动态 ; 分布 ; 仿真 文献标识码 : A 文章编号 : 1009- 2889( 2010) 03- 0021- 05
(3 N + 1) & 1
1 T* L t 2 T* L t
C 11 x C 11 x - C1 2 C 11 x
N &N N &N
0 ! ! C 11 - C 12 x C 11 x C 12
N & (N + 1)
0 C 12 ! ! ! ! 0 C12 0
C 11 - C 12 x
N T* L t 0 T* H t 1 T* H t
。第二
种方法是分布参数模型 , 即建立回热器的偏微分方 程 , 然后利用数学方法求解解析解 ( 例如采用拉普 拉斯变换的方法 ) , 或者利用数值方法求解数值解。 还有一种方法介于两者之间 , 即将换热器划分成若 干个模块, 在每一个模块中利用集总参数模型分别 进行求解
[ 3]
。
本文将介绍一种新的方法对回热器进行建模和 求解, 这种方法是一种分布参数模型的方法。其基
[ 4] [ 5]
TH TH - C 21 = C 22 (Tw - TH ) ( 2) t x Tw = C 31TL + C 32TH + C 33Tw ( 3) t mL kL mH 其中, C 11 = , C 12 = , C 21 = ,C = LhL L hLC L L LhH H 22 kH hH CH , C 31 =
第 23 卷
Tw =
*
*
Tw - T0 TH , in - T 0
*
则上述方程可以改写为 : TL TL * * + C 11 = C 12 ( Tw - TL ) t x TH TH * * - C 21 = C 22 ( Tw - TH ) t x
图 1 回热型燃气轮机示意图
* *
( 6) ( 7) ( 8)
N &N
-
N &N
C 21 x
C 21 - C 22 x C2 1 x ! ! ! ! C21 - C 22 x C 21 x C 22
N & (N + 1)
0 C 22 ! ! ! ! ! C22 0
=
0
N- 1 T* H
t
0 T* w t 1 T* w t
( N + 1) &N
0 C3 1 ! ! ! ! 0 C 31 0 C 31 C 32 0
* k
由于是逆流型换热器 , 因此对式 ( 7) 采用后向 差分格式, 得到: T
* k- 1 H
( 14)
把上述三个方程分别应用到换热器的 ( N + 1) ( 13) 个节点, 并且写成矩阵形式, 可以得到如 ( 15 ) 的方 程:
t
=-
C21 * k- 1 C 21 * k * k TH + ( - C22 )TH + C22Tw x x
第 23 卷 第 3 期 2010 年 9 月
*
燃 气 轮 机 技 术 GAS TURB INE TECHNOLOGY
V o l 23 N o . 3 Sept . , 2010
基于 S im u l ink S函数的动力循环回热器动态 分布参数建模与仿真
顾 伟, 戴立明, 翁一武, 孙绍芹
200240) (上海交通大学 机械与动力工程学院 , 上海
状态变量的导数 x, 等号右侧 第一项的 ( 3 N + 1) & (3 N + 1 ) 矩阵即为 A, 其 ( 3 N + 1 ) & 1 的向量为状态 变量 x, 第二项 ( 3 N + 1 ) & 2 的矩阵对应式 ( 11) 的 B, 而最后一项对应为输入 u。为了将所得到的 ( 3 N + 1 ) & 1的温度状态变量值输出, 根据式 ( 11 ) 的第 二个方程, 矩阵 C 取为 ( 3 N + 1) & ( 3 N + 1 ) 的单位 矩阵, 而矩阵 D 取 0 。 将上述的矩阵 A、 B、 C、 D, 以及初始条件式 ( 9 ) 写入 s 函数代码中 , 即可通过 s 函数自带的求解器 求解得到换热器温度的动态分布。