Математическое моделирование объектов

Математическое моделирование объектов.

  Особое внимание специалисты КРОКВТ уделяют объему и точности моделирования.

  Модель энергоблока, разработки КРОКВТ, представляет собой сложный программный продукт, в основе которого лежит программа интегрирования большого количества алгебраических линейных и нелинейных уравнений, дифференциальных уравнений, формул и эмпирических зависимостей (в том числе термодинамических уравнений состояния воды и пара).

  В составе тренажера модель является самостоятельной подсистемой, как с точки зрения функционирования, так и с точки зрения ее построения.

 В основу построения модели положены следующие принципы:

  • разбиение энергоблока на ряд компонентов и узлов, для каждого из которых строится самостоятельная модель;
  • в основу всех моделей отдельных компонент закладываются уравнения баланса энергии и массы, а также уравнения движения, теплообмена, разделения сред;
  • функционирование модели построено на принципе сведения баланса массы и энергии, нарушение баланса в любом узле или компоненте приводит к переходному процессу;
  • все установившиеся состояния модели получаются после завершения переходных процессов, при этом в каждой компоненте модели сбалансированы масса и энергия (в результате самобалансировки);
  • во всех процессах и компонентах среда является сжимаемой, т.е. везде учитывается плотность среды, что при использовании во всех методиках модели внутренних объемов, позволяет учитывать и рассчитывать баланс массы;
  • уравнения баланса энергии используются в виде уравнений теплового баланса, в этих уравнениях интегрируемой переменной является энтальпия рабочей среды (или газов), переход от которой к температуре выполняется через уравнения состояния среды (или через теплоемкость);
  • системы дифференциальных и алгебраических уравнений, описывающих процессы энергоблока, решаются путем численного интегрирования шагами по времени, при этом разные компоненты модели  могут иметь разный шаг времени.

Для моделирования трактов и узлов энергоблока в модели используются следующие процедуры, определяющие теплофизические свойства моделируемых сред в различных агрегатных состояниях:

  • температура воды и пара на линии насыщения от давления;
  • энтальпия пара на линии насыщения от температуры;
  • удельный объем пара на линии насыщения от температуры;
  • энтропия пара на линии насыщения от температуры;
  • динамическая вязкость пара на линии насыщения;
  • теплопроводность пара на линии насыщения;
  • критерий Прандтля (Pr) пара на линии насыщения от температуры;
  • энтальпия воды на линии насыщения от температуры;
  • удельная теплота парообразования на линии насыщения от температуры;
  • давление на линии насыщения от энтальпии воды;
  • давление на линии насыщения от плотности насыщенного пара;
  • удельный объем воды на линии насыщения от температуры;
  • энтропия воды на линии насыщения от температуры;
  • динамическая вязкость воды на линии насыщения;
  • теплопроводность воды на линии насыщения;
  • критерий Прандтля (Pr) воды на линии насыщения от температуры;
  • температура воды или пара от энтальпии и давления;
  • энтальпия воды или пара от энтропии и давления;
  • энтропия воды или пара от энтальпии и давления;
  • динамическая вязкость воды или пара от температуры, энтальпии и давления;
  • теплопроводность воды или пара от температуры, энтальпии и давления;
  • истинная изобарная Теплоемкость воды или пара от энтальпии и давления;
  • число Прандтля воды или пара от температуры, энтальпии и давления;
  • поверхностное натяжение воды от температуры;
  • расчет давления среды по плотности и энтальпии;
  • число Прандтля смеси дымовых газов и воздуха от температуры;
  • теплопроводность воздуха от температуры;
  • теплопроводность дымовых газов от температуры;
  • кинематическая вязкость воздуха от температуры;
  • кинематическая вязкость смеси дымовых газов и воздуха от температуры;
  • зависимость средней массовой теплоемкости  от температуры, для газов: азота,   кислорода, углекислого газа, водяного пара, воздуха, дымовых газов; 
  • средняя массовая теплоемкость смеси дымовых газов и воздуха от температуры и коэффициента избытка воздуха;
  • массовая концентрация воздуха  в зависимости от коэффициента избытка последнего;
  • плотность дымовых газов от температуры;
  • плотность холодного воздуха от температуры;
  • давление холодного воздуха от его плотности. 

  По результатам проведенных приемных испытаний наших тренажеров, можно заключить, что точность моделирования  по основным параметрам энергоблока в статических режимах составляет 0.1-2% шкалы датчиков.

  Точность моделирования во всех проверенных статических режимах оценивалась сравнением с реальным состоянием оборудования энергоблока-прототипа.

  Точность моделирования во всех проверенных динамических режимах оценивалась сравнением с имеющимися графиками реальных пусков/остановов блока из различных состояний и экспертно опытными операторами и технологами Заказчиков в период опытной эксплуатации тренажера. По их оценке моделируемые процессы на тренажере качественно практически не отличаются от аналогичных процессов на реальном оборудовании и во всех случаях укладываются в рамки разброса, который реально имеется на блоке-прототипе при проведении аналогичных операций повторно.

  По экспертной оценке технологов Заказчика процессы имитации аварий и отказов моделируемого оборудования и подсистем АСУТП на наших тренажерах адекватны процессам на реальном блоке.

  Точность моделирования работы энергоблока на наших тренажерах позволяет разрабатывать и налаживать алгоритмы ФГУ, о чем свидетельствует объем выполненных работ по разработке и отладке ФГУ на Сургутской ГРЭС-2 в 2012 г., а также отзыв ОРГРЭС о нашем тренажере на Псковской ГРЭС: