CN110032826B - 一种联合Matlab与AMESim的间冷循环燃气轮机建模仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种联合Matlab与AMESim的间冷循环燃气轮机建模仿真方法，该方法通过数据接口实现Matlab与AMESim之间的数据传递。首先使用Matlab/Simulink搭建间冷循环燃气轮机动态仿真模型；然后，使用AMESim搭建间冷循环燃气轮机间冷系统仿真模型。使用Visual Studio编译器将AMESim模型编译为MEX程序，在Matlab环境下通过S‑function调用。得到了间冷循环燃气轮机的集成仿真模型。本发明可实现Matlab与AMESim的联合仿真，可以对间冷循环燃气轮机进行集成仿真，考虑了间冷系统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AMESim的间冷循环燃气轮机建模仿真方法
技术领域
本发明涉及的是一种燃气轮机仿真方法，具体地说是间冷循环燃气轮机仿真方法。
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。间冷循环能够有效地提高燃气轮机的输出功率和效率，降低低工况的耗油率。但间冷循环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间冷循环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建立间冷循环燃气轮机动态模型是目前常用的研究方法。
AMESim是多学科领域的复杂系统建模与仿真平台，用户可以在这个单一平台上建立复杂的多学科领域的系统模型，并在此基础上进行仿真计算和深入分析，也可以在这个平台上研究任何元件或系统的稳态和动态性能。
发明内容
本发明的目的在于提供将Matlab建立的动态仿真模型和AMESim建立的仿真模型结合起来的一种联合Matlab与AMESim的间冷循环燃气轮机建模仿真方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种联合Matlab与AMESim的间冷循环燃气轮机建模仿真方法，其特征是：
(1)在AMESim中建立间冷系统仿真模型：
根据间冷系统的实际结构，基于AMESim多学科仿真平台，建立间冷系统仿真模型，实现对间冷系统的仿真模拟；
(2)设置间冷系统仿真模型的输入、输出参数：
选择间冷器入口流量、温度、压力作为模型输入参数，选择间冷器出口温度与出口压力作为模型输出参数；
(3)将AMESim模型编译为MEX程序：
使用Visual Studio编译器将AMESim模型编译为一种可在Matlab环境中调用的MEX程序；
(4)在Matlab/Simulink中建立间冷循环燃气轮机动态仿真模型：
所述建立间冷循环燃气轮机动态仿真模型，包括建立压气机、燃烧室、涡轮、转子和容积部件的仿真模型；
(5)建立间冷循环燃气轮机集成仿真模型：
在Matlab中编写S-function，调用MEX程序，实现在Matlab环境下对AMESim仿真模型的数据写入和读取，将Matlab中的间冷器入口参数，包括机上间冷器入口流量、温度、压力和三通阀阀门开度传入AMESim仿真模型中，并将AMESim模型的计算结果，包括机上间冷器出口温度和出口压力，返回到Matlab中的燃气轮机模型中，实现Matlab与AMESim的联合仿真。
本发明还可以包括：
1、所述间冷系统仿真模型包括机上间冷器、海水间冷器、水箱、主流路与旁通路之间的三通阀和管路部件的仿真模型；所述管路包括间冷器与水箱之间的管路、间冷器与三通阀之间的管路。
2、所述的间冷循环燃气轮机动态仿真模型是基于容积惯性法，采用变比热的方式建立的。
本发明的优势在于：本发明克服了Matlab不易建立机械、液压系统仿真模型以及AMESim不易建立燃气轮机动态仿真模型的缺点，通过数据接口实现Matlab与AMESim的联合仿真，从而可以快速、精准地对间冷循环燃气轮机进行动态仿真分析，为间冷循环燃气轮机控制策略的提出提供参考。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为间冷循环燃气轮机结构简图。
图2为本发明的流程图。
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，本发明主要包括如下步骤：
(1)在AMESim中建立间冷系统仿真模型
根据间冷系统的实际结构，基于AMESim多学科仿真平台，建立机上间冷器、海水间冷器、水箱、主流路与旁通路之间的三通阀和管路(包括间冷器与水箱之间的管路、间冷器与三通阀之间的管路)部件的仿真模型，实现对间冷系统的仿真模拟。
(2)设置间冷系统仿真模型的输入、输出参数
选择间冷器入口流量、温度、压力作为模型输入参数，选择间冷器出口温度与出口压力作为模型输出参数。
(3)将AMESim模型编译为MEX程序
使用Visual Studio编译器将AMESim模型编译为一种可在Matlab环境中调用的C语言衍生程序，其本质是带输出函数的dll文件。
(4)在Matlab/Simulink中建立间冷循环燃气轮机动态仿真模型
基于容积惯性法，采用变比热的方式建立压气机、燃烧室、涡轮、转子和容积部件的仿真模型。间冷循环燃气轮机是指空气经低压压气机压缩后，进入机上间冷器进行冷却(机上间冷器内的冷却介质由海水换热器进行二次冷却)，之后进入高压压气机进行进一步压缩，压缩后的高温高压气体进入燃烧室与燃料混合后燃烧，燃烧后的燃气进入涡轮膨胀做功。
(5)建立间冷循环燃气轮机集成仿真模型
在Matlab中编写S-function，调用MEX程序，实现了在Matlab环境下对AMESim仿真模型的数据写入和读取，并控制软件运行，将Matlab中的间冷器入口参数，包括机上间冷器入口流量、温度、压力和三通阀阀门开度传入AMESim仿真模型中，并将AMESim模型的计算结果(机上间冷器出口温度和出口压力)返回到Matlab中的燃气轮机模型中，实现Matlab与AMESim的联合仿真。通过联合仿真分析间冷循环燃气轮机的动态特性，对间冷循环燃气轮机控制策略的制定提供参考。

Claims (1)

1.一种联合Matlab与AMESim的间冷循环燃气轮机建模仿真方法，其特征是：
(1)在AMESim中建立间冷系统仿真模型：
根据间冷系统的实际结构，基于AMESim多学科仿真平台，建立间冷系统仿真模型，实现对间冷系统的仿真模拟；所述间冷系统仿真模型包括机上间冷器、海水间冷器、水箱、主流路与旁通路之间的三通阀和管路部件的仿真模型；所述管路包括间冷器与水箱之间的管路、间冷器与三通阀之间的管路；
(2)设置间冷系统仿真模型的输入、输出参数：
选择间冷器入口流量、温度、压力作为模型输入参数，选择间冷器出口温度与出口压力作为模型输出参数；
(3)将间冷系统仿真模型编译为MEX程序：
使用Visual Studio编译器将间冷系统仿真模型编译为一种能够在Matlab环境中调用的MEX程序；
(4)在Matlab/Simulink中建立间冷循环燃气轮机动态仿真模型：
所述建立间冷循环燃气轮机动态仿真模型，包括建立压气机、燃烧室、涡轮、转子和容积部件的仿真模型；所述的间冷循环燃气轮机动态仿真模型是基于容积惯性法，采用变比热的方式建立的；
所述间冷循环燃气轮机为空气经低压压气机压缩后，进入机上间冷器进行冷却，之后进入高压压气机进行进一步压缩，压缩后的高温高压气体进入燃烧室与燃料混合后燃烧，燃烧后的燃气进入涡轮膨胀做功；
(5)建立间冷循环燃气轮机集成仿真模型：
在Matlab中编写S-function，调用MEX程序，实现在Matlab环境下对间冷系统仿真模型的数据写入和读取，将Matlab中的间冷器入口参数，包括机上间冷器入口流量、温度、压力和三通阀阀门开度传入间冷系统仿真模型中，并将间冷系统仿真模型的计算结果，包括机上间冷器出口温度和出口压力，返回到Matlab中的间冷循环燃气轮机动态仿真模型中，实现Matlab与AMESim的联合仿真。
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