第一章 绪论 1
1.1 数学模型与仿真是21世纪的关键技术之 1
1.2 热力系统动态学将成为一门新兴学科 2
1.2.1 技术发展提出的要求 2
1.2.2 热力系统动态学是学科的交叉 4
1.2.3 热力系统动态学的主要内容 4
1.3 有关建模复杂性的考虑 7
1.3.1 建模的层位问题 7
1.3.2 简单→复杂→简单 8
1.4 本书主要内容 10
第二章 热动力系统的数学模型 12
2.1 几类简化系统的状态空间数学模型 12
2.1.1 热力系统 12
2.1.2 气动系统 14
2.1.3 液压系统 16
2.1.4 机械系统 20
2.1.5 机电系统 21
2.2 组合系统的状态空间表达式与热动力系统及其调节器的表达式 22
2.2.1 组合系统的状态空间表达式 22
2.2.2 热动力系统及其调节器的表达式 24
2.3.1 多变量机械系统 27
2.3 多变量系统与传递矩阵 27
2.3.2 多变量热力系统 28
2.3.3 多变量压缩机系统 29
2.4 用于分析燃气轮机动态特性的回热器方程 30
2.4.1 基本假定 30
2.4.2 沿回热器行程温度按线性分布时的微分方程组 31
2.4.3 用两段折线来近似温度分布计算模型 33
2.4.4 作为分布参数的对象来处理的计算模型 35
2.4.5 工程近似 37
2.4.6 小结与实例 38
2.5.1 引言 39
2.5 燃气轮机的气道不稳定热交换动态方程 39
2.5.2 微分方程的建立 40
2.5.3 两个考虑的比较和简化方法 44
2.6 蒸汽轮机的数学模型 45
2.6.1 发电用凝汽式蒸汽轮机的数学模型及其动态分析 45
2.6.2 中间再热式汽轮发电机组的数学模型和动态分析 53
2.7 单轴燃气轮机的数学模型 56
2.7.1 各部件的特性曲线及单轴燃气轮机整体特性 57
2.7.2 单轴燃气轮机的动态数学模型 63
2.8 分轴燃气轮机的数学模型与动态分析 70
2.8.1 分轴燃气轮机的静态特性分析 70
2.8.2 分轴燃气轮机的状态空间数学模型 72
2.8.3 分轴燃气轮机的动态分析 76
第三章 数学模型的简化 80
3.1 简化的目的 80
3.2 模态分析和模型简化 80
3.3 实例分析——航机舰用燃气轮机推进系统的模型简化 83
3.3.1 系统的数学模型 83
3.3.2 系统的模态分析与灵敏度分析 84
3.4.1 引言 87
3.4.2 方法提出的思路 87
3.4 分析燃气轮机动态特性的“主导因素法” 87
3.4.3 用“主导因素法”简化模型的步骤及应用范围 90
第四章 非线性与非稳态的处理 92
4.1 大扰动问题的提出 92
4.1.1 一般的线性化问题 92
4.1.2 大扰动的特殊情况 94
4.2 以非稳态工况为起点的分段线性化方法 95
4.2.1 三轴燃气轮机的状态空间数学模型 95
4.2.2 计算方法 100
4.2.3 计算结果与小结 101
5.1 引言 103
5.2 长输气管线动态特性的解析分析及其工程应用 103
第五章 分布参数系统的处理 103
5.2.1 管道中气体运动偏微分方程的建立 104
5.2.2 用分离变量法解定解问题 105
5.2.3 工程简化 109
5.2.4 传递函数及按过渡过程的拟合 113
5.2.5 几点讨论 118
5.3 管式换热器数学模型的简化及解析求解方法 122
5.3.1 管式换热器数学模型 122
5.3.2 单相受热管的传递函数简化方法 123
5.3.3 针对沸腾床埋管分布参数模型简化的积分平均法 127
5.3.4 常压沸腾炉空气埋管动态计算的一种解析方法 135
5.3.5 管式换热器动态特性计算的半解析解方法 139
5.3.6 双流管式换热器的数值－解析混合仿真方法 145
5.4 本章小结 150
第六章 模块化建模 152
6.1 为什么要模块化建模 152
6.2 大系统的模块化分解 153
6.3 模块的数学模型 156
6.3.1 有关阻力和流量之间的关系 156
6.3.2 转子部件数学模型 157
6.3.3 换热器部件数学模型 161
6.3.4 管道部件数学模型 165
6.3.5 催化剂再生器部件数学模型 166
6.3.6 锅炉炉膛及汽包蒸发系统数学模型 167
6.3.7 阀门部件数学模型 171
6.4 子模型的综合与求解 173
6.4.1 模块模型的数据结构 173
6.4.2 系统结构矩阵 174
6.4.3 数据通讯模型 175
6.4.4 控制对象线性模型综合与求解 176
6.4.5 控制对象非线性模型综合与求解 186
6.5 实例分析 191
6.5.1 燃气－蒸汽联合循环系统动态特性仿真结果及分析 191
6.5.2 注蒸汽燃气轮机系统动态特性分析 196
7.1.1 引言 201
第七章 两种特殊动力设备的数学模型 201
7.1 循环流化床锅炉数学模型 201
7.1.2 流化床锅炉的数学模型与仿真 202
7.1.3 清华大学循环流化床数学模型 203
7.1.4 循环流化床锅炉燃烧系统子模型 211
7.1.5 燃烧系统数学模型的求解 228
7.1.6 几种运行情况的仿真及分析 229
7.2 超高增压发动机系统的数学模型和动、静态特性分析 239
7.2.1 引言 239
7.2.2 超高增压发动机系统数学模型的建立 240
7.2.3 数学模型的静态校核 244
7.2.4 超高增压发动机系统的动态性能仿真 251
第八章 用伪随机信号对热动力系统的辨识 259
8.1 系统的脉冲响应 259
8.2 自相关函数与互相关函数 260
8.2.1 自相关函数与互相关函数的定义 260
8.2.2 利用试验信号识别系统 262
8.3 用伪随机二进制信号辨识系统 263
8.4 功率谱与功率谱密度函数 265
8.5 由频率特性拟合传递函数的Levy方法 268
8.6.1 单轴燃气轮机的辨识 270
8.6 实例分析 270
8.6.2 车用分轴燃气轮机的辨识 278
8.6.3 关于闭环辨识 286
第九章 热动力系统的控制 289
9.1 热动力系统的状态反馈——当量与反当量环节 289
9.1.1 概述 289
9.1.2 回热器的当量环节与反当量环节 290
9.1.3 气道热交换对系统动态的影响 292
9.1.4 回热器影响的校正 295
9.1.5 分轴燃气轮机的状态反馈 297
9.2 热动力系统的解耦控制 300
9.2.1 热动力系统的状态方程与传递函数 300
9.2.2 用频域法中的准优势法设计解耦器 301
9.2.3 实例分析——有可调喷嘴分轴燃气轮机的解耦控制 304
9.3 单元抽汽供热机组的协调控制 310
9.3.1 概述 310
9.3.2 单元机组及单元抽汽供热机组的协调控制的基本原理 311
9.3.3 单元供热机组运行特点与控制方法的选用 315
9.3.4 单元抽汽供热机组的动态数学模型 316
9.3.5 单元抽汽供热机组的协调控制设计方法 318
9.3.6 带时延环节抽汽机组协调控制系统的设计 323
9.4 发动机最小加速时间控制 327
9.4.1 最小时间加速燃油控制规律的设计 327
9.4.2 加速控制系统的参数整定 331
9.4.3 加速控制规律的混合仿真 333
9.5 超高增压柴油机系统的控制 336
9.5.1 普通柴油机的控制 336
9.5.2 超高增压发动机的控制特点 337
9.5.3 一个控制方案 339
9.5.4 新的控制方案 340
9.5.5 闭环动态仿真 341
9.6 小型热电联供装置的模糊控制 344
9.6.1 概述 344
9.6.2 应用实例——小型汽轮机与锅炉的协调模糊控制 347
9.7.1 部分状态反馈线性二次型控制器 352
9.7 航机舰用燃气轮机推进系统的最优控制——线性二次型控制器 352
9.7.2 线性二次型PI控制器 354
第十章 汽轮机转子“复频法”建模与机组运行寿命管理 359
10.1 概述 359
10.2 汽轮机转子热应力的“复频法”建模 361
10.2.1 汽轮机转子体非稳定热传导的数学描述 361
10.2.2 蒸汽温升率引起的转子体全温差 362
10.2.3 转子体全温差引起的转子内、外表面热应力 363
10.2.4 模型的求解 364
10.2.5 数字仿真算法 366
10.3 模型简化 371
10.4 换热系数及物性参数变化的影响 373
10.4.1 几种典型组合的零、极点分析 376
10.4.2 放热系数的影响 378
10.4.3 物性参数的影响 379
10.4.4 热应力集中系数的影响 382
10.4.5 机组启动实例的数字仿真 384
10.5 大型汽轮机转子动态热应力的数学模型 389
10.5.1 控制方程 389
10.5.2 数学模型的建立 390
10.5.3 仿真算例与分析 393
10.6 转子寿命管理系统的构建 397