考虑原动机调速特性的中压直流发电机组动态仿真模型

鉴于原动机调速特性对舰船中压直流(MVDC)发电机组运行影响的重要性,该文基于十二相同步发电机及其三相交流励磁机数学模型提出MVDC发电机组动态建模方法,以解决多相整流发电机及其励磁系统难以考虑原动机动态调速特性的难题。以某型燃气轮机整流发电机组动态仿真模型为基础,建立了频率不同的十二相同步发电机与三相交流励磁机组合模型,阐述原动机调速与发电机励磁调压相互耦合的计算流程。实测与仿真结果表明,该型燃气轮机发电机组在突加20%负载工况时转速跌落较大,且转速恢复过程需约20 s,但MVDC发电机组通过调节励磁系统可在1 s内使直流母线电压恢复稳定,从而为负载提供稳定直流功率输出。在校准仿真模型的基础上,通过系统分析突加不同比例负载时的转速、燃油流量、励磁电流、输出电压等性能参数变化规律,获取了燃发机组允许突加负载上限约为30%的运行边界认知,为MVDC发电机组励磁系统设计以及如何预留充足的短时强励能力提供了理论支撑。

新型射孔动态仿真模拟及适用性评价

射孔完井技术的发展与完善对油气田的高效测试和开采具有重要的现实意义和实用价值。但低渗透储层(如低渗煤层)采用常规聚能射孔完井时,存在压实损坏带,导致渗流阻力大、产能降低等问题。为改善低渗透储层的开发效果,提出了自清洁、后效体等新型射孔技术,但其射孔效果、适用性等问题尚不明确。基于LS-DYNA的显示时间积分算法及流固耦合机理,形成地层-水泥环-套管-射孔弹动态射孔有限元模型建立方法,制定了不同射孔技术条件下动态射孔数值模拟方案,建立了不同射孔技术的有限元模型,并开展了不同射孔技术动态射孔仿真模拟研究,基于数值模拟研究结果,对2种射孔技术的适用性进行了分析研究。结果表明:自清洁和后效体射孔较常规射孔孔深有所下降,但孔径较常规射孔扩大15%左右。孔深和孔径与抗压强度、弹性模量、围压成反比,与孔隙率成正比,负压对单一射孔效果的影响较小。针对中孔低渗、低孔低渗油气藏,自清洁、后效体射孔技术孔道容积较常规分别增大9.55%、12.23%左右,射孔效果突出。上述研究结果可为自清洁与后效体射孔技术的设计与应用提供理论支撑,对两种射孔技术的发展及其对低渗储层(如低渗煤层)油气井的增产有着重要的意义。

不同冲击方向下海洋绞车系统张力控制动态仿真

海洋绞车系统的张力控制主要用于平衡复杂多变的海洋环境对张力产生的影响,当绞车系统新增无人潜航器的自动回收需求时,无人潜航器对绞车的初始冲击新特征给绞车安全带来了较大的风险。为提高绞车在使用过程中的安全性,通过对不同海浪冲击模式进行分析,创新性地引入有限元迭代缆绳动态仿真技术,建立相应的海洋绞车模型。仿真分析安装波浪补偿设备前、后,不同冲击方向下,绞车缆绳张力、绞车卷筒转速和配套设备负加速度的变化动态特性曲线可知,与水平方向冲击相比,垂直方向冲击对系统缆绳载荷和无人潜航器负加速度的效能改善达46%以上。由此提出绞车系统优化改进方案,为绞车安全性设计提供分析研究手段。

露天矿场景构建与运输过程动态仿真实验研究

针对露天矿运输系统复杂、影响因素众多等问题,开展了基于Blender开源软件的露天矿运输过程动态仿真实验研究。其主要研究内容为:提出了露天矿运输过程可视化动态仿真研究思路及开发环境,并基于Blender软件构建了露天矿运输场景三维模型;提出了“Blender+Python”的动态可视化仿真方案,初步搭建了了露天矿运输过程动态仿真框架及可视化展示方案;结合Sim Py离散事件仿真库、 Dijkstra算法等,研究了露天矿运输排队、路线优化等问题,实现了矿山运输过程的动态化仿真。实验结果表明,该方法提供了一种开展可视化仿真的新思路,具有开发环境简单、经济高效等特点,可用于高校类似课程开发、科研活动等方面。

槽式太阳能聚光集热器热力学分析及聚光集热系统动态特性仿真

槽式太阳能聚光集热器是槽式集热系统关键部件之一,因此对其热力学性能分析至关重要。利用分布参数法构建了集热器的一维稳态模型,分别研究了熔盐进口流量、日照辐射量、环形空间压力等因素对集热器的火积耗散率、熵产率、(火用)损失率以及热损失率的影响。结果发现火积耗散率和熵产率均随熔盐进口流量、发射率的增大而减小,随日照辐射量增大而增大。当日照辐射量增大67%时,火积耗散率和熵产率分别增大191.4%和177.7%;(火用)损失率随各个参数的变化趋势与熵产率基本相同;热损失率随熔盐进口流量、环境温度的增大而减小,随日照辐射量、环形空间压力、环境风速、发射率的增大而增大,并且发射率影响最大,当发射率增大28.6%时,热损失率增大18.9%。同时为探究集热系统的动态特性,构建了双罐集热系统和单罐集热系统的动态仿真模型并进行仿真计算,结果发现双罐系统的动态响应时间要明显长于单罐系统;熔盐罐的数量和位置仅会对初始阶段系统的动态响应造成影响,不会对稳定时系统各部件工质出口温度造成影响。从火积耗散率和熵产率2个角度对系统进行了分析,结果表明:换热器的火积耗散率与熵产率均随时间先增大后保持不变,集热器以及熔盐罐的火积耗散率与熵产率均随时间先减小后保持不变。

基于动态磨削过程仿真的凸轮轴高速磨削稳定性预测分析

磨削颤振是制约凸轮轴高效优质磨削最主要的因素之一。在分析凸轮轴磨削几何运动学特性的基础上,综合考虑时滞效应和砂轮-工件弹性退让机制推导了凸轮轴高速磨削动态磨削力计算方法,建立了多因素耦合的凸轮轴磨削动力学模型和凸轮轴动态磨削仿真模型。基于稳定性叶瓣图法和动态磨削过程仿真方法对凸轮轴高速磨削稳定性进行预测分析;开展试验验证了所提出模型和方法的正确性。最后,通过对动态磨削过程的变模态参数仿真,分析模态参数对凸轮轴高速磨削过程稳定性的影响。结果表明,增大系统刚度和阻尼、减小模态质量都可以改善磨削稳定性,获得更大的稳定磨削极限。

压缩sCO_(2)储能系统动态特性仿真

压缩超临界二氧化碳(sCO_(2))储能作为一种新型储能方式,具有储能密度大,结构紧凑,使用寿命长,负碳排放等优点,因此,在能源储存转化等方面有着广阔的应用前景。基于质量守恒和能量守恒定律,建立了压缩sCO_(2)储能系统(SC-CCES)的动态数学模型,并完成了模型可靠性的验证;采用Matlab及Simulink软件实现了单级压缩和单级膨胀的SC-CCES系统动态特性仿真,设计工况下SC-CCES系统的储能效率为51.98%,储能密度为447.8 kWh/m^(3),其储能密度是传统压缩空气储能系统储能密度的20倍以上;分析了不同高压储罐入口压力对系统性能的影响,结果表明储能效率随高压储罐入口压力的增大而增大,储能密度则恰好相反。此研究为压缩二氧化碳储能的发展提供了基础。

地热能有机朗肯循环系统设计与动态仿真

针对地热能利用,根据地热井口条件通过热力学计算和设备选型设计了对应的ORC机组,并对该机组动态特性进行了仿真;研究了热源温度和流量、冷却水温度以及工质流量4种参数变化对ORC机组关键运行参数和性能的影响规律。结果表明:机组输出性能对冷却水温度变化最为敏感,冷热源温度增大10℃,轴功分别减小16%和增大7%;热源温度和流量增大都会使过热度、蒸发压力和轴功显著升高,热效率略有下降,但其对机组冷端传热的影响有限,对热端传热的影响很小,过热度和蒸发压力几乎不变;相比冷热源参数的变化,工质流量变化时机组关键参数的波动最小,机组能很快恢复稳定。

动态数据驱动仿真综述

动态数据驱动仿真是一种“模型和数据相结合”的仿真范式,它将真实系统的观测(数据)持续注入仿真(模型),让数据动态地校正仿真(状态、参数),以此来提高基于仿真的估计和预测能力。由于动态数据驱动仿真融合了模型预测和实时观测两方面的信息,因此它能更准确地估计系统状态并预测状态的未来演化。梳理了动态数据驱动仿真的思想起源和基本概念,延伸介绍了“模型和数据相结合”的思想孕育的一系列仿真范式,并辨析了它们之间的联系和区别;介绍了基于粒子滤波的数据同化方法和identical-twin仿真实验方法;从应用场景、模型和数据、数据同化算法、与新技术的融合等4个维度综述了动态数据驱动仿真的研究现状;从仿真模型、观测数据、数据同化、运行效率、应用领域等5个方面对动态数据驱动仿真未来研究方向进行了展望。

个体为本的电力系统多速率动态仿真方法

为了能在考虑组件大跨度响应时间尺度的同时,以较少的数据交换详细描述电力系统内部的动态行为,基于个体为本建模提出了一种针对复杂能源系统的多速率动态仿真通用方法。通过WSCC-9节点系统典型动态干扰场景分析,表明所提方法能快速充分地展示个体的动态特性,可以为电力系统与其他能源系统的动态交互研究提供有力支撑。

基于ADAMS的9YFLD-2.2型大方草捆压捆机喂入机构动态仿真分析

为探索9YFLD-2.2型大方草捆压捆机喂入机构的运动规律,通过分析喂入机构的作业过程,获得了大、小喂入拨叉的运动简图,建立了大、小喂入拨叉动力学方程。借助动力学分析软件ADAMS分别对大、小喂入拨叉进行动态仿真分析,得到了喂入拨叉端点的运动轨迹及速度曲线,揭示了喂入机构的运动规律。动态仿真结果表明,9YFLD-2.2型大方草捆压捆机喂入机构设计合理,能满足大方草捆压捆机牧草喂入需求。

基于系统动力学模型的绥滨县水资源承载力动态仿真

为解决三江平原水资源供需矛盾,提高水资源可持续承载能力。采用系统动力学方法,设计了现状延续型、节流治污型、产业结构调整型和综合型4种提高水资源承载力的方案,除现状延续型方案外,其他3种方案分别设置了两种方法对系统动力学模型进行模拟分析。结果表明:4种方案的供需比提高程度为方案4﹥方案2﹥方案3﹥方案1,方案4是能够提高绥滨县水资源承载力的最优方案,虽然在模拟年限中都未达到供需比为1的水平,但是通过综合型方案进行调整,在后期将会较快达到供需平衡水平。

大型船舶发电用三轴燃气轮机动态性能仿真

为了提升三轴燃气轮机动态性能仿真分析效果,提出大型船舶发电用三轴燃气轮机动态性能仿真方法。计算大型船舶发电用三轴燃气轮机涡轮动态特性,以Simulink为开发工具,获取能够在计算机内运行的三轴燃气轮机动态性能仿真模型,仿真分析其动态性能。经过稳态分析可知,该方法在不同工况下获取的数据误差较小,均控制在5%以内,说明该方法构建的三轴燃气轮机动态性能仿真模型准确性较高;在负载连续突卸状况下,三轴燃气轮机的高低压压气机流量与高低压转子转速均呈梯度下降趋势;负载突卸时,燃油流量也迅速下降,负载稳定时,经过燃油控制器处理后,燃油流量略有上升趋势。

基于动态仿真的火炬气回收系统超压保护措施

油气田火炬气回收是碳减排的重要手段,但目前针对火炬气回收系统(FGRS)尤其是超压保护方面还缺乏系统性研究。以文昌9-7海上钻井生产平台为例,采用K-Spice软件搭建了火炬气回收系统动态仿真模型,研究确定火炬气回收系统在不同放空工况下的超压保护措施。结果表明:火炬气回收系统分液罐的压力高高关断(PAHH)设定值应根据连续放空气量变化确定,参照现行规范设定的PAHH值(210 kPa)明显偏高,应调至38.5 kPa,以确保超压值不高于分液罐设计压力又满足平台低压设备的泄放背压要求;应急放空工况下,为确保一级保护和二级保护相互独立,火炬支路快速开关阀(ESD)的开阀时间应小于27 s;火炬支路ESD故障时,为确保应急放空过程中分液罐内压力不超过设计压力,同时考虑爆破膜泄压对上游设备泄放背压的影响,最终选择Z型爆破膜。目前该平台已结合上述关键参数形成了一套完整的火炬气回收方案,预期回收火炬气可达13万立方米/年以上,碳减排效果显著。本研究为火炬气回收系统超压保护措施关键参数确定提供了定量分析手段,为火炬气回收系统的设计提供了参考。

液压调速器AMESim动态仿真与参数优化

螺旋桨飞机飞行时,调速器对飞机的飞行稳定性与发动机安全性起着关键作用。分析液压调速器的设计结构及其工作原理;针对调速器、液压系统以及执行机构建立AMESim模型,进行动态特性仿真与分析;对调速器动态特性进行单因素影响分析,主要设计参数包括控制活门质量、配重质量以及弹簧刚度等,再通过多因素影响分析比较得到最优设计参数。对优化后的调速器模型进行动态仿真。研究结果表明:调速器参数优化后,调速振荡幅度和振荡次数显著减小,增加了调速器系统的稳定性,其性能得到了巨大提升,能够更好地满足发动机、螺旋桨的调速要求。

人口规模与教育资源配置良性互动机制的动态仿真

我国人口规模与教育资源配置形成了恶性循环。以社会宏观动力学为分析框架,基于2000—2019年面板数据,采用Vensim PLE软件,构建人口规模与教育资源配置互动机制系统动力学模型。研究表明:2024年开始,人口规模下降速度将逐年加快,教育市场将出现结构性萎缩,教育资源投入总量和速度将提高;人口规模对生产水平敏感;教育资源市场配置对人口增速、权力巩固程度、权力中心化程度、物力教育资源敏感。基于研究结论,提出两者良性互动的调适策略:保持经济高质量发展,降低生育养育成本;将生育权还给家庭,全面放开生育;巩固“双减”政策成效,引导教育需求;降低权力中心化程度,利用教育市场优势;加大教育资源投入,促进优质教育资源均衡。

可靠性特征重构下的发电机组变工况热力性能动态仿真分析

煤气含量和热应力等的影响下,发电机组变工况热力性能不稳定,对此,进行了发电机组变工况热力性能动态仿真分析。分析燃气-蒸汽联合循环效率影响指标,模拟发电机组热力学特征,选中热效率、低端循环模型、[火用]效率中的任意样本,计算同类和异类样本集相关度,保留相关度较高的发电机组热力学特征样本,持续改进发电机组的热力学特征,获得包括热平衡、[火用]平衡等相关内容的变工况能量平衡计算结果,确认变工况热力性能。仿真实验结果表明,调节焦炉煤气和高炉煤气含量、燃气初温、压气机压缩比等条件后,燃烧室和余热锅炉是产生[火用]损失较多的部分,发电机组热效率受到燃气初温、压气机进口温度、压缩比等多方面限制,可结合实际工况调节压缩比以使发电机组达到最优状态。

基于二次网水力平衡的换热站优化控制动态仿真研究

利用热力学第一定律创建供热系统动态数学模型,并应用于动态控制策略仿真。仿真结果表明:在二次网水力平衡条件下,通过动态模拟获取热源供水温度设定参数,并利用室内温度对换热站二次水温进行补偿控制,可得到最佳换热站节能效益(节热率18.49%、一次/二次侧节电率分别为62.41%和43.47%)。

刚性悬挂动态仿真方法研究

为了缓解经济高度发展带来的交通压力,部分城市开始全面推进以刚性悬挂为主的城市轨道交通建设。机车的运行安全直接受到刚性悬挂系统的动态性能的影响,文章研发了一款刚性悬挂动态仿真软件,通过模拟机车运行时受电弓和接触线之间的运行状态数据并进行分析,判断设计方案的合理性,旨在为弓网动态性能提供理论研究依据,为施工中的刚性悬挂系统安装提供参考,减少实际运营中因弓网振动引起的离线、燃弧现象,延长弓网系统的整体寿命,提升其安全可靠性。

离心冷水机组动态仿真与控制开发研究

冷水机组控制系统影响机组的运行性能,利用仿真的方法对其进行设计可以加快设计效率、降低开发周期及成本。文章介绍了基于冷水机组动态仿真的智能控制器设计与仿真测试。首先在Modelica环境下基于热力学定律建立了冷水机组物理模型并进行了模型验证和测试,再将冷水机组仿真模型与控制器模型结合形成动态-控制仿真平台,在此平台上开发并测试了智能加载PID(Proportion、Integral、Differential,结合比例、积分和微分三种环节于一体)、智能整定PID等算法,结果表明,基于仿真平台的控制设计可行,智能PID控制器能很好地降低系统超调量、消除系统震荡,使机组稳定可靠运行。