CN109783882B - 一种联合matlab与flowmaster的燃气轮机燃油系统建模仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种联合matlab与flowmaster的燃气轮机燃油系统建模仿真方法，以excel为媒介，实现flowmaster与matlab/simulink之间的数据传递。属于燃气轮机仿真领域。首先使用flowmaster建立燃油系统仿真模型，然后，在matlab/simulink中搭建燃气轮机仿真模型，通过S‑function调用excel中编写的接口程序，实现matlab/simulink模型与flowmaster模型的数据传递。本发明可实现matlab与flowmaster软件的联合仿真，可以对燃气轮机及其燃油系统进行集成仿真，考虑了燃油供油系统的延迟特性对燃气轮机整机性能的影响。该联合仿真方法应用范围较广，在其他系统的联合仿真中同样具有参考意义。

Description

一种联合matlab与flowmaster的燃气轮机燃油系统建模仿真 方法
技术领域
本发明涉及的是一种燃气轮机仿真方法，具体地说是燃气轮机燃油系统仿真方法。
背景技术
作为体积小、功率密度大、热效率高的一种动力机械，燃气轮机广泛应用于航空、船舶动力以及发电等领域。在燃气轮机设计阶段，通过建立精确的仿真模型对性能进行分析，可以极大程度的减少经费的支出和时间。但燃气轮机装置的设计是涵盖多系统、多学科的综合性课题，通过集成仿真技术对燃气轮机性能开展多角度多学科的研究是当前研究的重点。
MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。使用matlab/simulink对燃气轮机进行建模分析是目前常用的研究方法。
Flowmaster是全球领先的一维流体系统仿真解算工具，是面向工程的完备的流体系统仿真软件包，对于各种复杂的流体系统，使用Flowmaster可以快速有效的建立精确的系统模型，并进行完备的分析。Flowmaster通过对系统管路内的压力、速度、温度等参数的解算来对流体系统各支路或各部件的工作性能进行预测和分析，进而对系统设计进行优化和验证，从而可在很大程度上减少真实试验次数，节约成本。
发明内容
本发明的目的在于提供现对燃气轮机多维度、多学科仿真分析的一种联合matlab与flowmaster的燃气轮机燃油系统建模仿真方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种联合matlab与flowmaster的燃气轮机燃油系统建模仿真方法，其特征是：
(1)使用flowmaster软件建立燃油系统仿真模型；
(2)在excel中使用VBA语言编制宏程序，通过该程序启动步骤(1)中的flowmaster中的仿真模型，并实现excel中的数据与flowmaster模型的交互；
(3)在matlab/simulink中搭建燃气轮机仿真模型，编写S-function调用步骤(2)中的excel，在一个仿真步长内，将matlab中燃气轮机模型计算得到的燃烧室进口压力与理论燃油量输入到excel中，excel将这些参数输入到flowmaster模型中，进行计算，最后将结果返回到matlab模型中，实现matlab/simulink模型与flowmaster模型的数据传递。
本发明还可以包括：
1、使用flowmaster软件建立燃油系统仿真模型是根据燃气轮机燃油系统的真实结构，基于流体网络法，使用flowmaster软件中的模型库建立燃油系统仿真模型，包括燃油泵、管路、阀门。
2、使用matlab/simulink建立燃气轮机仿真模型是基于容积惯性法，建立燃气轮机零维性能仿真模型，包括压气机、燃烧室、涡轮、容积模块、转子模块、控制器。
本发明的优势在于：本发明可实现matlab与flowmaster软件的联合仿真，可以对燃气轮机及其燃油系统进行集成仿真，考虑了燃油供油系统的延迟特性对燃气轮机整机性能的影响。该联合仿真方法应用范围较广，在其他系统的联合仿真中同样具有参考意义。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为本发明的协同运行数据接口示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-2，结合图1，本发明的联合flowmaster与matlab的燃气轮机及其燃油系统仿真方法是指：首先，将matlab/simulink中的燃气轮机仿真模型的燃烧室出口压力与理论燃油量输出到Flowmaster中建立的燃油系统模型中，经过Flowmaster中的燃油系统计算，得到实际燃油量，返回到matlab/simulink中的燃气轮机仿真模型，分析动态过程中燃油系统的延迟特性对燃气轮机性能的影响。具体实施方式包含以下步骤：
(1)使用flowmaster软件建立燃油系统仿真模型；
(2)在excel中使用VBA语言编制宏程序，通过该程序启动步骤(1)中的flowmaster中的仿真模型，并实现excel中的数据与flowmaster模型的交互；
(3)在matlab/simulink中搭建燃气轮机仿真模型，编写S-function调用步骤(2)中的excel，在一个仿真步长内，将matlab中燃气轮机模型计算得到的燃烧室进口压力与理论燃油量输入到excel中，excel将这些参数输入到flowmaster模型中，进行计算，最后将结果返回到matlab模型中。实现matlab/simulink模型与flowmaster模型的数据传递。
使用flowmaster软件建立燃油系统仿真模型是指，根据燃气轮机燃油系统的真实结构，基于流体网络法，使用flowmaster软件中的模型库建立燃油系统仿真模型，包括燃油泵、管路、阀门等部件。
使用matlab/simulink建立燃气轮机仿真模型是指，基于容积惯性法，建立燃气轮机零维性能仿真模型，包括压气机、燃烧室、涡轮、容积模块、转子模块、控制器等部件。
编写matlab/simulink仿真模型与Flowmaster仿真模型之间的数据接口，该接口以excel为桥梁。通过数据接口，实现燃气轮机与燃油系统的联合仿真，可以分析动态过程中燃油供油系统的延迟特性对燃气轮机性能的影响，实现了燃气轮机与燃油系统的集成仿真。
结合图2，本发明中协同运行接口以S-function为基底，通过mdlInitializeSizes()函数启动excel；通过mdlOutputs()函数，将simulink中燃气轮机模型的参数输出到excel表格中指定位置，然后启动excel中编写的宏。在excel中，通过宏启动Flowmaster软件并登陆数据库，打开燃油系统模型，将excel表格中的参数输入到模型中，计算模型，然后将结果参数返回到excel中。Simulink模型读取该的参数，进行燃气轮机性能计算。

Claims (3)

1.一种联合matlab与flowmaster的燃气轮机燃油系统建模仿真方法，其特征是：
步骤(1)使用flowmaster软件建立燃油系统仿真模型；
步骤(2)在excel中使用VBA语言编制宏程序，通过该程序启动步骤(1)中的flowmaster中的燃油系统仿真模型，并实现excel中的数据与flowmaster模型的交互；
步骤(3)在matlab/simulink中搭建燃气轮机仿真模型，编写S-function调用步骤(2)中的excel，在一个仿真步长内，将matlab中燃气轮机仿真模型计算得到的燃烧室进口压力与理论燃油量输入到excel中，excel将这些参数输入到flowmaster模型中，进行计算，得到实际燃油量，最后将实际燃油量返回到matlab模型中，实现matlab/simulink模型与flowmaster模型的数据传递；
以S-function为基底，通过mdlInitializeSizes()函数启动excel；通过mdlOutputs()函数，将simulink中燃气轮机仿真模型的参数输出到excel表格中指定位置，然后启动excel中编写的宏；在excel中，通过宏启动flowmaster软件并登陆数据库，打开燃油系统仿真模型，将excel表格中的参数输入到模型中，计算模型，然后将结果参数返回到excel中；simulink模型读取excel表格中的结果参数，进行燃气轮机性能计算；
考虑燃油供油系统的延迟特性对燃气轮机整机性能的影响。
2.根据权利要求1所述的一种联合matlab与flowmaster的燃气轮机燃油系统建模仿真方法，其特征是：使用flowmaster软件建立燃油系统仿真模型是根据燃气轮机燃油系统的真实结构，基于流体网络法，使用flowmaster软件中的模型库建立燃油系统仿真模型，包括燃油泵、管路、阀门。
3.根据权利要求1或2所述的一种联合matlab与flowmaster的燃气轮机燃油系统建模仿真方法，其特征是：使用matlab/simulink建立燃气轮机仿真模型是基于容积惯性法，建立燃气轮机零维性能仿真模型，包括压气机、燃烧室、涡轮、容积模块、转子模块、控制器。
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