基于仿真平台针对不同燃料组分计算燃气轮机性能的方法技术

本发明专利技术属于燃气轮机设备技术领域，具体涉及一种基于仿真平台针对不同燃料组分计算燃气轮机性能的方法，在Matlab程序中运行物性计算程序“make_table.m”，设定燃料组分后，在MATLAB界面中“工作区”的中生成空气和燃气物性文件，并保存；运行初始化程序“initializtion_Fcn.m”，进行燃气轮机性能计算模型数据初始化；双击“GT_plant.mdl”文件，进入主计算程序；设置燃气轮机计算模型的外部环境参数；完成计算模型的外部环境设定后，运行计算模型；计算结果记录在工作区中，同时在仿真模型的“Result”模块中也可点击查看系统当前各主要截面参数值。

Method of calculating gas turbine performance based on simulation platform for different fuel components

The invention belongs to the technical field of gas turbine equipment, and specifically involves a method of calculating the performance of gas turbine based on the different fuel components based on the simulation platform. In the Matlab program, the physical property calculation program \make_table.m\ is run, and the fuel composition is set and the air and gas properties are generated in the \working area\ in the MATLAB interface. File, and save; run the initialization program \initializtion_Fcn.m\ to initialize the data of gas turbine performance calculation model; double click \GT_plant.mdl\ file to enter the main calculation program; set the external environment parameters of the gas turbine calculation model; complete the calculation model after setting the external environment of the calculation model and run the calculation model. The results are recorded in the workspace, and at the same time, you can click on the \Result\ module of the simulation model to see the current main section parameter values of the system.

【技术实现步骤摘要】
基于仿真平台针对不同燃料组分计算燃气轮机性能的方法
：本专利技术属于燃气轮机设备
，具体涉及一种基于仿真（Matlab/Simulink）平台针对不同燃料组分计算燃气轮机性能的方法。
技术介绍
：对燃气轮机总体性能进行仿真计算，可以降低燃气轮机产品开发过程中的技术风险，进行安全分析以及循环优化等。国外燃气轮机厂商大多已形成燃气轮机性能仿真的相对体系，并以此基础发展开发出成熟的商业软件。目前，国外用于燃气轮机总体性能仿真的知名商业软件有GateCycle、GSP、Gasturbine及PROOSIS等，这些软件主要针对航空发动机或工业燃气轮机，虽然可通过设定边界条件实现对燃气轮机的总体性能的仿真计算，但只针对某几种特定燃料，不可对燃料（包括燃料）组分做任意配比修改。由于这些商业软件核心代码不开放，我们无法对底层程序做任何修改。。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种针对不同燃料组分时计算燃气轮机性能的新型方法。该方法依据燃气轮机非线性数学模型予以开发，可以满足不同燃料燃气轮机性能计算的要求。本专利技术采用的技术方案为：一种基于仿真（Matlab/Simulink）平台针对不同燃料组分计算燃气轮机性能的方法，包括以下步骤：步骤一、复制计算软件文件所在路径至MATLAB界面中的currentFolder中，出现计算软件所包含文件；步骤二、双击make_table.m文件，进行燃料成分的设定，设定后运行该文件，在workspace的计算结果中选择内容后覆盖wuxingtable.mat文件；步骤三、运行initializtion_Fcn.m文件，进行初始值的导入，运行计算程序之前，进行仿真初始值的设置，每一组初始值对应一个稳定工况，在workspace中的initial_matrix数据文件中记录了系统最终稳定的用于初值设置的参数；若下次计算以本此计算系统最终稳定时的工况为初始状态，需右击initial_matrix数据文件，点击saveas选项，并覆盖initial_matrix文件；步骤四、双击GT_plant.mdl文件，进入主计算程序，模型输入端Pin为大气压力，单位kP”；模型输入端Pout为排气压力，单位kPa；Tin为大气温度，单位K；load为负载变化规律；fuel为所需燃料，单位为kg/h；步骤五、完成计算模型的外部环境设定后，运行计算模型，仿真结果记录在workspace中的result数据文件中，在仿真模型的result模块中点击查看系统当前各主要截面参数值。进一步地，以Matlab/Simulink仿真软件为平台，采用分段拟合的变比热方法处理工质物性，针对不同燃料组分的质量分数，通过编制M语言程序对空气和燃气物性进行计算，计算结果被仿真模型调用；其仿真模型基于模块化建模思想，依据燃气轮机的非线性数学模型，充分考虑部件间的容积惯性、转子的转子惯性，可同时实现燃气轮机稳态性能和动态性能的计算需求；进一步地，采用分段拟合的变比热方法处理工质物性，针对不同燃料中C、H、O、N、S等元素的质量分数，通过编制M语言程序，只需对M语言程序中燃料各元素的质量分数进行更改，就可得到不同组分的燃料作为燃料时空气和燃气的工质物性参数数据库，只需对程序运行一次，对此数据库数据进行保存，燃气轮机仿真模型对其调用即可。使用另一种组分的燃料时，再次运行M程序计算后保存即可；进一步地，省去了外部调用时间，加快了仿真速度，可以达到实时仿真对模型的要求；进一步地，充分考虑了部件间的容积惯性和转子的转动惯性，采用插值法对燃气轮机部件特性进行处理，考虑防喘放气、冷却抽气掺混等热力过程，能够较真实有效地模拟燃气轮机热力过程。本专利技术的有益效果：提供了一种针对不同燃料组分时计算燃气轮机性能的新型方法。该方法依据燃气轮机非线性数学模型予以开发，可以满足不同燃料燃气轮机性能计算的要求。以Matlab/Simulink软件为仿真平台，针对不同燃料中C、H、O、N、S等元素的质量分数，通过编制的M语言程序对空气和燃气物性进行计算，只需对M语言程序中燃料各元素的质量分数进行更改，就可得到不同组分的燃料作为燃料时空气和燃气的工质物性参数数据库，只需一次计算，保存后即可实现被编制的燃气轮机仿真模型调用并进行仿真计算。燃气轮机仿真模型基于模块化建模思想，依据燃气轮机各部件的非线性数学模型，充分考虑部件间的容积惯性和转子的转子惯性，采用插值法对燃气轮机部件特性进行处理，采用分段拟合的变比热方法处理工质物性，考虑防喘放气、冷却抽气掺混等热力过程。该仿真模型可同时实现燃气轮机稳态性能和动态性能的计算需求。该计算方法对物性处理方面具有简单方便，具有较强的通用性。附图说明：图1具体实施例中燃气轮机性能计算模型总图；图2具体实施例中燃气轮机性能本体计算模型图；图3具体实施例中空气和燃气工质物性程序；图4具体实施例中计算得到的空气和燃气物性文件；图5具体实施例中计算模型进行初始化。具体实施方式。具体实施例下面结合图1-图5对本专利技术不同燃料组分时计算燃气轮机性能的方法作进一步说明：如图1所示，不同燃料组分时计算燃气轮机性能的方法以燃气轮机仿真模型为实现形式，该仿真模型基于模块化建模思想，主要包括燃油控制器1、运行结果显示器2、燃气轮机仿真模型本体3、负载4、进气损失5和排气损失6。如图2所示，燃气轮机仿真模型本体包括低压压气机模块1、高压压气机模块3、燃烧室模块4、低压涡轮模块7、高压涡轮模块5、动力涡轮模块9、低压转子模块10、高压转子模块11、动涡转子模块12、高低压压气机间容积模块2、高低压涡轮间容积模块6和低压涡轮与动力涡轮间容积模块8。如图3-图5所示，一种基于Matlab/Simulink平台针对不同燃料组分计算燃气轮机性能的方法，包括以下步骤：步骤一、复制计算软件文件所在路径至MATLAB界面中的“currentFolder”中，如图1所示，在图1的左侧部分出现计算软件所包含文件；步骤二、双击“make_table.m”文件，进行燃料成分的设定，设定后运行该文件，在workspace的计算结果中选择如图2所示的内容覆盖“wuxingtable.mat”文件；在Matlab程序中运行物性计算程序“make_table.m”，设定燃料组分后，在MATLAB界面中“工作区”的中生成空气和燃气物性文件，并保存；步骤三、运行“initializtion_Fcn.m”文件，进行初始值的导入，运行计算程序之前，必须进行仿真初始值的设置，每一组初始值对应一个稳定工况。在workspace中的“initial_matrix”数据文件中记录了系统最终稳定的用于初值设置的参数；若下次计算以本此计算系统最终稳定时的工况为初始状态，需右击“initial_matrix”数据文件，点击“saveas”选项，并覆盖如图3中的“initial_matrix”文件；运行图5中初始化程序“initializtion_Fcn.m”，进行燃气轮机性能计算模型数据初始化；步骤四、双击图5中燃气轮机性能计算模型“GT_plant.mdl”文件，进入主计算程序，模型输入端“Pin”为大气压力，单位“kPa”；模型输入端“Pout”为排气压力，单位“kPa”；“Tin”为大气温度，单位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于仿真平台针对不同燃料组分计算燃气轮机性能的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、复制计算软件文件所在路径至MATLAB界面中的current Folder中，出现计算软件所包含文件；步骤二、双击make_table.m文件，进行燃料成分的设定，设定后运行该文件，在workspace的计算结果中选择内容后覆盖wuxingtable.mat文件；步骤三、运行initializtion_Fcn.m文件，进行初始值的导入，运行计算程序之前，进行仿真初始值的设置，每一组初始值对应一个稳定工况，在workspace中的initial_matrix数据文件中记录了系统最终稳定的用于初值设置的参数；若下次计算以本此计算系统最终稳定时的工况为初始状态，需右击initial_matrix数据文件，点击save as选项，并覆盖initial_matrix文件；步骤四、双击GT_plant.mdl文件，进入主计算程序，模型输入端Pin为大气压力，单位kP”； 模型输入端Pout为排气压力，单位kPa； Tin为大气温度，单位K；load为负载变化规律；fuel为所需燃料，单位为kg/h；步骤五、完成计算模型的外部环境设定后，运行计算模型，仿真结果记录在workspace中的result数据文件中，在仿真模型的result模块中点击查看系统当前各主要截面参数值。...

【技术特征摘要】
1.一种基于仿真平台针对不同燃料组分计算燃气轮机性能的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、复制计算软件文件所在路径至MATLAB界面中的currentFolder中，出现计算软件所包含文件；步骤二、双击make_table.m文件，进行燃料成分的设定，设定后运行该文件，在workspace的计算结果中选择内容后覆盖wuxingtable.mat文件；步骤三、运行initializtion_Fcn.m文件，进行初始值的导入，运行计算程序之前，进行仿真初始值的设置，每一组初始值对应一个稳定工况，在workspace中的initial_matrix数据文件中记录了系统最终稳定...

【专利技术属性】
技术研发人员：张善科，李舸溯，栾永军，孙鹏，李东明，张晓云，刘伟，刘雪彬，屈鑫，庄重，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零三研究所，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23