人防柴油發電機組散熱量的研究

羅 青

上海結建民防建筑設計有限公司

人防柴油發電機組散熱量的研究

羅 青

上海結建民防建筑設計有限公司

本文對某人防工程柴油發電機組額定功率下散熱量的實測數據進行了分析，并對柴油發電機組的散熱量進行理論研究，建立了相應的數學模型，擬合出單臺發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設計提供了一定的理論依據。

柴油發電機組 散熱量 輸出功率 曲線擬合

1 引 言

目前，柴油發電機組現有的機組參數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的冷負荷，進而會對通風冷卻的運行方案產生重大影響。因此，如何合理并且較為準確地預測機組在非額定狀態下的實際散熱量就成為一個至關重要的問題。本文結合某人防工程對人防柴油發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電機散熱。發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——機房內各壁面表面溫度，K；

Xi——機組對于各壁面的角系數；

F——機組外表面積，m2；

Kc——機組與周圍空氣的對流換熱系數，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據中，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據（部分）

根據表2-1的數據，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電機散熱量Qg，就能得到相應負荷條件下的機組向機房內的總散熱量Q。

3 數學模型的建立與計算

3.1 柴油發電機組散熱量

（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）發電機散熱量Qg

不同工況下發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）的內容可得任意負荷時機組向機房內的總散熱量Q：

Q=Qr+Qc+Qg（3-1）

根據式（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f(x)，使f(x)在某種準則下與所有數據點最為接近，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的數據可知機組向機房內總散熱量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的函數關系式：

由函數關系式（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，曲線為擬合結果。

圖3-2 發電機組總散熱量Q與輸出功率P的擬合曲線

根據式（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 結束語

本文結合具體工程對人防柴油發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設計提供了一定的理論依據。但是，因為受條件的限制，本文實測數據不是十分詳盡，這就影響了數學模型的精度。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據，從而提高模型的精度。

[1] 章熙民. 傳熱學.中國建筑工業出版社，1993

[2] 趙靜. 數學建模與數學實驗.高等教育出版社，2003