Wybrane zagadnienia modelowa i optymalizacji skraplaczy energetycznych i wymienników regeneracyjnych (Rafał Laskowski)

Celem niniejszej pracy jest synteza i podsumowanie prowadzonych przez autora badań na temat modelowania grzejno-przepływowego sprzętów i maszyn służących przede wszystkim poprawie wydajności bloków energetycznych.

Poprawa skuteczności bloku energetycznego jest złożonym zagadnieniem, aby można je było zrealizować w sposób kompleksowy, dlatego w pracy skupiono się na możliwości jej poprawy od strony układu chłodzenia (skraplacze) i od strony wymienników regeneracyjnych.

Poprawy skuteczności bloku można dokonać na etapie projektowania przez wybór adekwatnej geometrii i konfiguracji wymienników albo w trakcie eksploatacji przez wybór parametrów cieplno-przepływowych dla zmiennego obciążenia bloku.

Tego typu zagadnienia dla układu chłodzenia i wymienników regeneracyjnych były analizowane w niniejszej pracy. W sytuacji układu chłodzenia badania dotyczyły analizy zróżnicowanych konfiguracji połączenia skraplaczy, tj.

konfiguracji szeregowej, równoległej lub mieszanej. Dla skraplacza dokonano analizy doboru stosownej średnicy rur, jak w dodatku przekazano warunek na przyrosty temperatur wody chłodzącej w poszczególnych rurach.Przy zmiennym obciążeniu bloku energetycznego badania dotyczyły możliwości doboru strumienia masy i temperatury wody chłodzącej.

w sytuacji wymienników regeneracyjnych przeprowadzono analizę, w jaki sposób powinien następować podział podgrzewu wody zasilającej na poszczególne wymienniki. W trakcie projektowania ważne jest nie tylko określenie stosownych parametrów,też znajomość najistotniej niekorzystnych pod względem termodynamicznym stanów pracy wymiennika w celu ich uniknięcia.

Dlatego zbadano, dla jakiego strumienia ciepła występuje największy przyrost generacji strumienia entropii (największej straty egzergii) dla znanych (stałych) parametrów na wlocie do wymiennika. W pracy także przedstawiono zależności aproksymacyjne dla skraplacza i wymiennika regeneracyjnego zezwalające określać ich osiągi dla zmiennych warunków.

Zależności aproksymacyjne pozwalają zastąpić modele wymienników składające się z kilkunastu liniowych i nieliniowych zależności. Do wyboru stosownej geometrii wymienników i ich konfiguracji głównie używano funkcje celu w postaci maksymalizacji mocy i produktywności oraz minimalizacji generacji strumienia entropii lub straty egzergii.

Analizy zostały przeprowadzone na podstawie informacji uzyskanych z symulatorów skraplacza, wymiennika regeneracyjnego i wymiennika przeciwprądowego i charakterystyk skraplacza, danych pomiarowych, a także danych uzyskanych na podstawie układów cieplnych wytwarzanych w programie GateCycle.

Zbiór użytkowanych danych jest prezentujeny w każdym z rozdziałów omawiających poszczególne zagadnienia.