Современные информационные технологии в теплоэнергетческих расчетах: пакет Smath и оптимизация термодинамических циклов энергоустановок

АКТУАЛЬНОСТЬ настоящей работы заключается в создании сертифицированного программного комплекса (СПК), который ориентирован на решение задач, представляющих интерес для теплоэнергетики. Одна из задач, выбранных авторами, посвящена повышению эффективности известного газотурбинного цикла за счет модернизации теплосиловой схемы, которая относится к газотурбинной установке (ГТУ). Отметим, что для ТЭЦ и установок ГТУ проблема повышения/улучшения энергетических критериев (Z₁ -электрический КПД, Z₂-термический КПД и др.) является приоритетной. В статье детально рассмотрен ряд объектов, среди них имеются: а) отечественный математический пакет (МП) SMath, б) пакет функций (ПФ) WaterSteamPro, в) сайты, г) компьютерная среда (КС) Linux. При создании СПК авторы решали вопросы, которые являются актуальными, во-первых, для генерирующих производств, включая ТЭЦ и парогазовые установки (ПГУ); во-вторых, авторы рассмотрели проблемы, которые играют важную роль при модернизации установки ГТУ, которая содержит котел-утилизатор. ЦЕЛИ. Авторами рассматривается несколько целей. Первая связана с разработкой метода I, который должен обеспечивать оптимизацию критериев, характеризующих исследуемую энергоустановку ПГУ-1. Указанная методика опирается, в частности, на Информационные технологии (IT); в ней используется ряд открытых интерактивных (OS) алгоритмов. Эти алгоритмы позволяют исследователю вести теплоэнергетические (ТЭ) расчеты, нацеленные на определение энергетических критериев, Z = (Z₁, Z₂, ...). На основе методики I решается ЗАДАЧА (А), которая связана с поиском оптимальных параметров, Yopt= (Y₁, Y₂, ...), характеризующих термодинамический цикл ПГУ-1, здесь Y₁ - температура на входе в компрессор, Y₂- давление на входе в газовую турбину. Вторая цель связана с созданием «Многофакторной технологии формирования OS алгоритмов». Эта технология дает возможность исследователю, который выполняет ТЭ расчеты, привлечь такие инструменты, которые соответствуют мировому уровню IT (МП SMath, МП Linux, инструмент «Mathcad Calculation Server» и др.). В соответствии со второй целью решается ряд ЗАДАЧ; среди них задача, нацеленная на комплекс СПК, а также задача по создано OS алгоритма для ТЭ расчетов, которые ориентированы на ПГУ и МП Linux. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описывается, во-первых, комплекс СПК. Во-вторых, выполнены ТЭ расчеты, в соответствии с поставленными задачами. Так, в задаче (А) анализируется ПГУ-1, содержащая ряд блоков (паровая турбина; часть, нацеленная на внутреннюю теплофикацию ПТУ, котел - утилизатор и др.). В итоге получены численные данные и графические иллюстрации, в том числе сделана оценка критерия Z₂= 48.68 % для блока ПТУ при условиях Y_opt и выбрана теплосиловая схема для ПГУ-1. ВЫВОДЫ. В настоящее время по известным причинам отечественные исследователи переходят от зарубежных программных средств к отечественным разработкам. Анализ результатов, полученных в указанных ТЭ расчетах, позволяет заключить: МП SMath и комплекс СПК дали возможность исследователям успешно отказаться от программного обеспечения, которое опирается на МП Mathcad, МП Maple, МП Mathematica и МП MATLAB.

1. Информационные технологии в инженерных расчетах: SMath и Python: учебное пособие для вузов // В.Ф. Очков, К.А. Орлов, Ю.В. Чудова [и др.]. – Санкт-Петербург: Лань, 2023. – 212 с. (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/EC-SMath.pdf)

2. Очков В.Ф., Орлов К.А., Александров А.А., Очков А.В. Свойства воды и водяного пара: сетевые, открытые, интерактивные IT-ресурсы // Теплоэнергетика. № 5. 2015 г. С. 71-80 (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/IAPWS-TE.pdf)

3. Очков В.Ф. Физические и экономические величины в Mathcad и Maple (Серия «Диалог с компьютером»). М.: Финансы и статистика, 2002 (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/Fis-Eco-Units-Mathcad-Maple.pdf)

4. Steve McKeever, Oscar Bennich-Björkman, Omar-Alfred Salah. Unit of measurement libraries, their popularity and suitability // Software: Practice and Experience. Volume 51, Issue 4, April 2021, Pages 711-734, https://doi.org/10.1002/spe.2926

5. Очков В.Ф., Орлов К.А. Когда p v = T // Законодательная и прикладная метрология. № 2. 2022. С. 38-44 (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/pv-T-ZPM.pdf)

6. https://www.nist.gov/srd/refprop (Дата обращения 01.11.2024).

7. Wagner, W., Cooper, J. R., Dittmann, A., Kijima, J., Kretzschmar, H.-J., Kruse, A., Mareš, R., Oguchi, K., Sato, H., Stöcker, I., Šifner, O., Takaishi, Y., Tanishita, I., Trübenbach, J., and Willkommen, Th., The IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam, J. Eng. Gas Turbines & Power 122, 150-182 (2000) (http://iapws.org/relguide/IF97-Rev.html)

8. IAPWS, Revised Release on the IAPWS Formulation 1995 for the Thermodynamic Properties of Ordinary Water Substance for General and Scientific Use (http://iapws.org/relguide/IAPWS-95.html)

9. Очков В. Ф., Тихонов А. И. Math CAD и Python: обучение по технологии STEM, Издательство Лань, 2023 (https://lanbook.com/catalog/informatika/math-cad-i-python-obuchenie-po-tekhnologii-stem)

10. В. Ф. Очков, Е. Е. Устюжанин, Чжо Ко Ко, В.В. Шишаков. Теплофизические базы данных: от таблицы к интерактивным Интернет-ресурсам и «облачным» шаблонам. Теплофизика высоких температур. 2015. №4 С. 41– 46.

11. Александров А.А., Очков В.Ф., Устюжанин Е.Е. [и др.] Теплотехнические расчеты на компьютере // Учебное Пособие. Издательство МЭИ. -2019.-250 с.

12. Очков В.Ф., Александров А.А., Знаменский В.Е. [и др.] Теплотехнические этюды с Excel, Mathcad и Интернет: учеб. пособие /, Г. Ю. Кондакова, А. Лук, К. А. Орлов, А. В. Очков, А. А. Пантелеев, Чжо Ко Ко.— СПБ.: БХВ-Петербург, 2014.—336с.: ил. ISBN 978-9775-3352-2

13. NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69, Eds. Linstrom P.J., Mallard W.G. National Institute of Standards and Technology// 2005. http://webbook.nist.gov

14. В. Ю. Зицерман, Г. А. Кобзев, Л. Р. Фокин и др. Информационный триптих теплофизических свойств веществ // 2007, http://www.thermophysics.ru/triptych

15. Jorrit Wronski а. о. CoolProp library. Technical University of Denmark, Kgs. Lyngby, Denmark, 2014, http://www.coolprop.org/index.html

16. Chirico R.D., Frenkel M. а. о. Refprop - 8 data base, 2006, http://www.nist.gov/srd/nist23.cfm

17. E. E. Ustjuzhanin, V. F. Ochkov, V. E. Znamensky. Development of Internet algorithms and some calculations of power plant COP. Journal of Physics: Conf. Series 891 (2017) 012348

18. Андрющенко А.И. О термодинамической эффективности сложных циклов ГТУ в парогазовых установках // Теплоэнергетика. – 1998. – №3. – C. 68-71.

19. В.А. Волощук, В.Ф. Очков, К.А. Орлов. Термодинамическая оптимизация циклов некоторых ГТУ и ПГУ при помощи современных информационных технологий (Часть 2) // Новое в российской электроэнергетике, № 8, 2011. С. 15-25.

20. Е.В. Барочкин, Г.В. Ледуховский, А.Е. Барочкин. Схемы, оборудование и эксплуатация ТЭС и АЭС: Учеб. пособие / Под ред. Е.В. Барочкина / ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – Иваново, 2014.−208С.

21. http://twt.mpei.ac.ru/TTHB/Aung/ (Дата обращения 02.10.2024).