船用蒸汽蓄熱器非平衡熱力過程實(shí)驗及仿真研究.pdf

1、船用蒸汽蓄熱器以其優(yōu)越的工作特性被應(yīng)用于航空母艦蒸汽彈射系統(tǒng)，其作為能量存儲設(shè)備為艦載機(jī)的彈射提供所需蒸汽，它的應(yīng)用可以緩沖彈射過程帶給鍋爐的巨大擾動，為系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行提供有利條件。由于船用蒸汽蓄熱器內(nèi)部同時存在蒸汽與水兩種相態(tài)工質(zhì)，在極短時間的工作周期內(nèi)，工質(zhì)存在閃蒸與冷凝，同時伴隨多種復(fù)雜的熱量、質(zhì)量傳遞與流動過程，在此過程中船用蒸汽蓄熱器的熱工水力特性會發(fā)生劇烈變化。因此研究工質(zhì)參數(shù)的變化機(jī)理及變化趨勢對于保障艦載機(jī)彈射過程的安全

2、運(yùn)行至關(guān)重要。
　　本文基于非平衡熱力學(xué)建立適用于不同排汽供汽方式的船用蒸汽蓄熱器的數(shù)學(xué)模型，通過對已建立數(shù)學(xué)模型的整理及工作邏輯的分析，借助Simulink軟件中自帶的一些運(yùn)算模塊以及用戶編寫的調(diào)用函數(shù)將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為仿真模型，利用船用蒸汽蓄熱器實(shí)驗平臺，分別進(jìn)行不同條件下的充汽、放汽及連續(xù)充放汽的實(shí)驗研究，探尋蓄熱器內(nèi)部工質(zhì)參數(shù)的變化機(jī)理。在動態(tài)仿真模型經(jīng)過實(shí)驗數(shù)據(jù)的校核后，通過仿真與實(shí)驗結(jié)合的方式研究金屬蓄熱對工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的

3、影響情況。利用仿真模型研究后排汽供汽方式的工作特性，同時對比前后兩種排汽供汽方式下蓄熱器主要參數(shù)的變化規(guī)律，深度解析不同供汽方式對工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)變化的影響。
　　研究結(jié)果表明，在充汽（放汽）測試實(shí)驗中，蓄熱器的壓力并沒有穩(wěn)定在充汽閥（放汽閥）完全關(guān)閉時刻的數(shù)值，而是出現(xiàn)反向降低（升高）并最終穩(wěn)定的現(xiàn)象。在充汽過程中由不均衡勢差引起的壓降比會隨著儲存水質(zhì)量的減小和單位時間注入能量的提升而變大。在快速充、放汽測試實(shí)驗中，由于金屬蓄熱以及

4、閃蒸、冷凝過程的影響使得工質(zhì)水的溫度出現(xiàn)了分層現(xiàn)象。充汽流量、充汽初壓、初始水位、充汽壓差均會對蓄熱器內(nèi)部工質(zhì)的熱力參數(shù)產(chǎn)生一定影響，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合彈射自身需求對工作參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置。金屬蓄熱會延長蓄熱器的充汽與放汽時間，同時造成充汽過程壓力最終的穩(wěn)定值降低，放汽過程壓力的最終穩(wěn)定值升高。后排汽供汽時，由于蓄熱器的充入蒸汽與排出蒸汽間能量的不匹配，致使蓄熱器的水位不斷降低。為了保障彈射過程對于蒸汽量的需求，必須及時地對蓄熱器進(jìn)行補(bǔ)水