Компьютерное моделирование регенеративного цикла паротурбинной установки

К.А. Груздев, В.О. Решетников, Г.Д. Седельников, С.А. Скоморовский
Дальневосточный открытый институт,
г. Комсомольск-на-Амуре


Развитие мощных математических пакетов общего назначения (Matcad, Mathematica, Maple) и их высокая популярность приводит к тому, что расчеты тепловых схем паротурбинных установок, основанные на методиках ручных вычислений, быстро выполняются и легко тиражируются хорошо подготовленными студентами при выполнении самостоятельных работ (курсовое и дипломное проектирование). В тоже время длительная гуманитаризация высшего технического образования в России, при одновременной тенденции сокращения доли часов аудиторных занятий, приводит к снижению общего уровня подготовки в области математических и естественно-научных дисциплин. В этих условиях значительная доля студентов с трудом справляются с этими самостоятельными работами. Противоречия требуют изменений в методике преподавания. Дальние перспективы ситуации весьма образно описаны в приложении интернет-публикации /1/.

В ближней перспективе мультимедийные и интерактивные возможности современных компьютерных технологий позволяют надеяться на смягчение ситуации. Нами в данном направлении были проведены следующие мероприятия:

1) методика расчета тепловых схем паротурбинных установок излагается студентам на основе понятий теории графов и сетевых законов Кирхгофа;

2) проектирование распределения регенеративного подогрева питательной воды сопровождается построением цикла турбоустановки в форме наложенных друг на друга циклов сквозных потоков пара. (Использование циклов сквозных потоков пара для иллюстрации эффективности регенеративного подогрева в отечественной учебной литературе практически не встречается, за исключением /2/.)

Циклы сквозных потоков пара строятся студентами на практических аудиторных занятиях перед началом курсового проектирования с помощью пакета CoolPack. В состав этого пакета входит программа Refrigeration Utilities, с помощью которой генерируются три вида диаграмм термодинамических свойств воды и водяного пара (log(p)-h; T-s; h-s;). Положение курсора на этих диаграммах обозначается в строке статуса, в правом нижнем углу экрана. Положение курсора выводится как совокупность значений пяти термодинамических параметров: температуры T, давления p, энтальпии h, удельного объёма v, энтропии s, степени сухости пара x. В плоскости диаграмм, как в графическом редакторе, можно изображать термодинамические процессы в виде отрезков прямых линий.

Опыт показал, что наибольшей эффективностью обладает следующая последовательность проведения практических занятий. На первом этапе строятся циклы сквозных потоков пара в T-s диаграмме, а на втором - log(p)-h диаграмме. Если в первом случае наиболее наглядны процессы расширения пара в турбине, то во втором – процессы в системе регенеративного подогрева. Эффективность самостоятельной работы студентов резко повысилась.

Рис. 1. Циклы сквозных потоков пара в T-s диаграмме

Рис. 2. Циклы сквозных потоков пара вlog(p)-h диаграмме

На рис. 1 и 2 приведены подобные циклы, но построенные в Mathcad, как результат автоматизированного проектировочного расчета паротурбинной установки. Однако в отличии от реализации в CoolPack, при включении в Mathcad режима просмотра рисунка «трассировка» по положению курсора можно определить лишь два термодинамических параметра. Подготовленная программа будет основой для ведения аудиторных занятий с компьютерной проекционной аппаратурой.

Список литературы

1. Клиначёв Н.В. Основы моделирования систем или 7 доменов законов Ома и Кирхгофа / Н.В. Клиначёв. http://model.exponenta.ru/lectures/sml_06.htm.

2. Андрющенко А.И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок/ А.И. Андрющенко. – М.: Высшая школа, 1968. – 288 с.


Назад к списку