羅 青

上海結(jié)建民防建筑設計有限公司

人防柴油發(fā)電機組散熱量的研究

羅 青

上海結(jié)建民防建筑設計有限公司

本文對某人防工程柴油發(fā)電機組額定功率下散熱量的實測數(shù)據(jù)進行了分析，并對柴油發(fā)電機組的散熱量進行理論研究，建立了相應的數(shù)學模型，擬合出單臺發(fā)電機組實際散熱量與輸出功率之間的相關曲線，為人防柴油電站的通風系統(tǒng)設計提供了一定的理論依據(jù)。

柴油發(fā)電機組 散熱量 輸出功率 曲線擬合

1 引 言

目前，柴油發(fā)電機組現(xiàn)有的機組參數(shù)中只提供了額定功率下的散熱量，并未給出非額定工況下機組的實際散熱量。然而，機組的實際散熱量直接決定了機房內(nèi)的冷負荷，進而會對通風冷卻的運行方案產(chǎn)生重大影響。因此，如何合理并且較為準確地預測機組在非額定狀態(tài)下的實際散熱量就成為一個至關重要的問題。本文結(jié)合某人防工程對人防柴油發(fā)電機組實際散熱量與機組輸出功率的關系進行了研究。

2 理論分析

柴油機組的散熱量分為三個部分：柴油機輻射熱、柴油機對流熱以及發(fā)電機散熱。發(fā)電機散熱可以認為基本恒定，柴油機輻射熱和對流熱則都和機組表面溫度有關，根據(jù)傳熱學的相關理論，存在如下關系：

輻射熱：

對流熱：

式（2-1）、（2-2）中：

T——機組表面溫度，K；

Ta——機房平均溫度，K；

Ti——機房內(nèi)各壁面表面溫度，K；

Xi——機組對于各壁面的角系數(shù)；

F——機組外表面積，m2；

Kc——機組與周圍空氣的對流換熱系數(shù)，W/m2.K。其中，Xi,,, F, Kc以及Ta均為定值，并進一步假定各壁面與空氣換熱良好，即各壁面表面溫度Ti=Ta。

在本工程的機組性能測試數(shù)據(jù)中，給出了機組運行在不同輸出功率時對應的排氣溫度Tp見表2-1，可以認為機組表面溫度正比于排氣溫度，即T～Tp。

表2-1 機組負荷特性測試數(shù)據(jù)（部分）

根據(jù)表2-1的數(shù)據(jù)，就可以確定不同負荷條件下所對應的機組平均排氣溫度Tp，再根據(jù)之前的假定，可以得到不同負荷相應的機組表面溫度T與運行在額定工況下的機組表面溫度T'的比值。

式（2-3）中：Tp'——額定工況下的機組平均排氣溫度，K。

根據(jù)式（2-3）再進一步計算便可以預測非額定工況下單臺機組向機房內(nèi)的散熱量，包括柴油機輻射熱Qr和柴油機對流熱Qc，再加上固定不變的發(fā)電機散熱量Qg，就能得到相應負荷條件下的機組向機房內(nèi)的總散熱量Q。

3 數(shù)學模型的建立與計算

3.1 柴油發(fā)電機組散熱量

（1）柴油機輻射熱Qr柴油機輻射熱

當機組在額定工況下工作時，則：柴油機輻射熱

（2）柴油機對流熱Qc柴油機對流熱

當機組在額定工況下工作時，則：柴油機對流熱

因此可得：

（3）發(fā)電機散熱量Qg

不同工況下發(fā)電機的散熱量是不變的：Qg=104.8kW

（4）機組總散熱量Q

由上面（1）～（3）的內(nèi)容可得任意負荷時機組向機房內(nèi)的總散熱量Q：

Q=Qr+Qc+Qg（3-1）

根據(jù)式（3-1）可預測機組在不同負荷時向機房總散熱量Q，見表3-1。

表3-1 機組在不同負荷時向機房的總散熱量Q 單位：kW

3.2 散熱量與輸出功率關系曲線擬合

曲線擬合問題是指：已知平面上n個點（xi，yi），i=1，2，…，n，xi互不相同。尋求函數(shù)f(x)，使f(x)在某種準則下與所有數(shù)據(jù)點最為接近，即曲線擬合得最好。最小二乘法是解決曲線擬合問題最常用的方法。

由表3-1的數(shù)據(jù)可知機組向機房內(nèi)總散熱量Q與輸出功率P的點點對應關系（P，Q），它們的散點圖見圖3-1。

圖3-1 機組總散熱量Q與輸出功率P的散點圖

運用最小二乘法得到機組總散熱量Q與輸出功率P的函數(shù)關系式：

由函數(shù)關系式（3-2）可得總散熱量與輸出功率的擬合曲線，見圖3-2，其中“▲”標志的散點為理論計算值，曲線為擬合結(jié)果。

圖3-2 發(fā)電機組總散熱量Q與輸出功率P的擬合曲線

根據(jù)式（3-2），可以求得不同輸出功率時的單臺機組總散熱量值，表3-2列出了輸出功率從60%增加到100%時，機組對應的總散熱量。

表3-2 單臺機組處于典型輸出功率時的散熱量

4 結(jié)束語

本文結(jié)合具體工程對人防柴油發(fā)電機組實際散熱量與機組輸出功率的關系進行了研究，為人防柴油電站的通風系統(tǒng)設計提供了一定的理論依據(jù)。但是，因為受條件的限制，本文實測數(shù)據(jù)不是十分詳盡，這就影響了數(shù)學模型的精度。以后在遇到類似問題的時候，需要進行更多的實測以獲取更詳盡的所需數(shù)據(jù)，從而提高模型的精度。

[1] 章熙民. 傳熱學.中國建筑工業(yè)出版社，1993

[2] 趙靜. 數(shù)學建模與數(shù)學實驗.高等教育出版社，2003