Ανάπτυξη θερμοδυναμικού μοντέλου για την προσομοίωση λειτουργίας βιομηχανικού αεριοστροβίλου
Development of thermodynamic model for the simulation of industrial gas turbine operation
Λέξεις-κλειδιά
Matlab ; Αεριοστρόβιλος ; Ανακομιστής θερμότητας ; Ψύξη πτερυγίων στροβίλου ; Συνδυασμένος κύκλοςΠερίληψη
Η παρούσα διπλωματική εργασία αποσκοπεί στη μελέτη διαφόρων κύκλων αεριοστροβίλου καθώς και στον υπολογισμό των επιδόσεων βιομηχανικού αεριοστροβίλου μέσω μοντελοποίησης στο προγραμματιστικό πακέτο Matlab. Έτσι, γίνεται αρχικά μία σύντομη εισαγωγή στα γενικά χαρακτηριστικά και στον τρόπο λειτουργίας ενός αεριοστροβίλου και στη συνέχεια, πραγματοποιείται θερμοδυναμική ανάλυση για διάφορες περιπτώσεις κύκλων αεριοστροβίλου. Στην ανάλυση αυτή, κύριος σκοπός αποτελεί η περιγραφή και δημιουργία του τρόπου επίλυσης του κάθε συστήματος ώστε να βρεθεί η αντίστοιχη θερμική απόδοση καθώς και η ειδική κατανάλωση καυσίμου. Οι διάφορες αυτές περιπτώσεις αναφέρονται σε αεριοστρόβιλο απλής ατράκτου, διδύμων ατράκτων, με χρήση ανακομιστή θερμότητας, με ψύξη πτερυγίων στροβίλου, αεριοστρόβιλο με ψεκασμό με νερό στην είσοδο του συμπιεστή καθώς και συνδυασμό όλων αυτών.
Ύστερα από την ανάλυση αυτών των θερμοδυναμικών κύκλων, πραγματοποιείται περιγραφή για τον προσδιορισμό του μεγέθους της ειδικής θερμοχωρητικότητας υπό σταθερή πίεση, μέγεθος το οποίο χρησιμοποιείται για την εύρεση των τιμών των χαρακτηριστικών κάθε κύκλου αεριοστροβίλου. Στη συνέχεια, περιγράφεται και κατασκευάζεται η διαδικασία υπολογισμού των επιδόσεων για αεριοστρόβιλο απλής ατράκτου για λειτουργία σε μερικά φορτία, με χρήση βιοκαυσίμου, καθώς και για συνδυασμένο κύκλο αεριοστροβίλου-ατμοστροβίλου (κύκλος Brayton-Rankine). Για τον τελευταίο μάλιστα, γίνεται ανάλυση του Pinch Point καθώς και της επιφάνειας μεταφοράς θερμότητας της γεννήτριας ανάκτησης θερμότητας και παραγωγής ατμού (HRSG) της εγκατάστασης.
Εφόσον ολοκληρωθούν οι παραπάνω ενέργειες, γίνεται η μοντελοποίηση με βάση τις διαδικασίες υπολογισμού για κάθε περίπτωση κύκλου αεριοστροβίλου μέσω χρήσης κώδικα στο Matlab, όπου τα δεδομένα προκύπτουν από πραγματικό βιομηχανικό αεριοστρόβιλο. Έτσι, προσομοιώνεται η λειτουργία του συγκεκριμένου αεριοστροβίλου μέσω του συνολικού μοντέλου που κατασκευάζεται στο Matlab για τις διάφορες περιπτώσεις κύκλων και εξάγονται τα αντίστοιχα αποτελέσματα σε μορφή διαγραμμάτων και πινάκων. Με αυτόν τον τρόπο, αναλύεται η συσχέτιση των διαφόρων χαρακτηριστικών του αεριοστροβίλου μεταξύ τους και εξάγονται τελικά τα αντίστοιχα συμπεράσματα για τη λειτουργία του συστήματος.
Περίληψη
This thesis aims at the study of various gas turbine cycles as well as the calculation of industrial gas turbine performance through modeling in the Matlab programming platform. Initially, a brief introduction to the general characteristics and operation of a gas turbine is provided, followed by a thermodynamic analysis for various gas turbine cycles. The main goal of this analysis is to describe and develop the solution method for each system in order to determine the corresponding thermal efficiency and specific fuel consumption. These various cycles refer to a simple open-cycle gas turbine, twin-shaft gas turbine, with the use of a recuperator, with turbine blade cooling, a gas turbine with water injection at the compressor inlet, and a combination of all these.
After analyzing these thermodynamic cycles, a description is made to determine the specific heat capacity at constant pressure, a quantity used to find the values of the characteristics of each gas turbine cycle. Following that, the process of calculating the performance for a simple open-cycle gas turbine for operation at partial loads, using biofuel, as well as for a combined gas turbine-steam turbine cycle (Brayton-Rankine cycle) is described and developed. For the last cycle, analysis of the Pinch Point and the heat transfer area of the heat recovery steam generator (HRSG) of the system is also performed.
Once the above actions are completed, modeling is done based on the calculation methods for each case of a gas turbine cycle using Matlab code, where the data is obtained from a real industrial gas turbine. The operation of the specific gas turbine is simulated using the overall model constructed in Matlab for the various cycle cases, and the corresponding results are displayed in the form of diagrams and tables. In this way, the correlation of the various characteristics of the gas turbine with each other is discussed and eventually conclusions about the system's performance are drawn.
Αριθμός σελίδων
224Σχολή
Σχολή ΜηχανικώνΑκαδημαϊκό Τμήμα
Τμήμα Ναυπηγών ΜηχανικώνΓλώσσα
ΕλληνικάΣυλλογή
Εκτός από όπου επισημαίνεται κάτι διαφορετικό, το τεκμήριο διανέμεται με την ακόλουθη άδεια:
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές