人防柴油发电机组散热量的研究

罗 青

上海结建民防建筑设计有限公司

人防柴油发电机组散热量的研究

罗 青

上海结建民防建筑设计有限公司

本文对某人防工程柴油发电机组额定功率下散热量的实测数据进行了分析，并对柴油发电机组的散热量进行理论研究，建立了相应的数学模型，拟合出单台发电机组实际散热量与输出功率之间的相关曲线，为人防柴油电站的通风系统设计提供了一定的理论依据。

柴油发电机组 散热量 输出功率 曲线拟合

1 引 言

目前，柴油发电机组现有的机组参数中只提供了额定功率下的散热量，并未给出非额定工况下机组的实际散热量。然而，机组的实际散热量直接决定了机房内的冷负荷，进而会对通风冷却的运行方案产生重大影响。因此，如何合理并且较为准确地预测机组在非额定状态下的实际散热量就成为一个至关重要的问题。本文结合某人防工程对人防柴油发电机组实际散热量与机组输出功率的关系进行了研究。

2 理论分析

柴油机组的散热量分为三个部分：柴油机辐射热、柴油机对流热以及发电机散热。发电机散热可以认为基本恒定，柴油机辐射热和对流热则都和机组表面温度有关，根据传热学的相关理论，存在如下关系：

辐射热：

对流热：

式（2-1）、（2-2）中：

T——机组表面温度，K；

Ta——机房平均温度，K；

Ti——机房内各壁面表面温度，K；

Xi——机组对于各壁面的角系数；

F——机组外表面积，m2；

Kc——机组与周围空气的对流换热系数，W/m2.K。其中，Xi,,, F, Kc以及Ta均为定值，并进一步假定各壁面与空气换热良好，即各壁面表面温度Ti=Ta。

在本工程的机组性能测试数据中，给出了机组运行在不同输出功率时对应的排气温度Tp见表2-1，可以认为机组表面温度正比于排气温度，即T～Tp。

表2-1 机组负荷特性测试数据（部分）

根据表2-1的数据，就可以确定不同负荷条件下所对应的机组平均排气温度Tp，再根据之前的假定，可以得到不同负荷相应的机组表面温度T与运行在额定工况下的机组表面温度T'的比值。

式（2-3）中：Tp'——额定工况下的机组平均排气温度，K。

根据式（2-3）再进一步计算便可以预测非额定工况下单台机组向机房内的散热量，包括柴油机辐射热Qr和柴油机对流热Qc，再加上固定不变的发电机散热量Qg，就能得到相应负荷条件下的机组向机房内的总散热量Q。

3 数学模型的建立与计算

3.1 柴油发电机组散热量

（1）柴油机辐射热Qr柴油机辐射热

当机组在额定工况下工作时，则：柴油机辐射热

（2）柴油机对流热Qc柴油机对流热

当机组在额定工况下工作时，则：柴油机对流热

因此可得：

（3）发电机散热量Qg

不同工况下发电机的散热量是不变的：Qg=104.8kW

（4）机组总散热量Q

由上面（1）～（3）的内容可得任意负荷时机组向机房内的总散热量Q：

Q=Qr+Qc+Qg（3-1）

根据式（3-1）可预测机组在不同负荷时向机房总散热量Q，见表3-1。

表3-1 机组在不同负荷时向机房的总散热量Q 单位：kW

3.2 散热量与输出功率关系曲线拟合

曲线拟合问题是指：已知平面上n个点（xi，yi），i=1，2，…，n，xi互不相同。寻求函数f(x)，使f(x)在某种准则下与所有数据点最为接近，即曲线拟合得最好。最小二乘法是解决曲线拟合问题最常用的方法。

由表3-1的数据可知机组向机房内总散热量Q与输出功率P的点点对应关系（P，Q），它们的散点图见图3-1。

图3-1 机组总散热量Q与输出功率P的散点图

运用最小二乘法得到机组总散热量Q与输出功率P的函数关系式：

由函数关系式（3-2）可得总散热量与输出功率的拟合曲线，见图3-2，其中“▲”标志的散点为理论计算值，曲线为拟合结果。

图3-2 发电机组总散热量Q与输出功率P的拟合曲线

根据式（3-2），可以求得不同输出功率时的单台机组总散热量值，表3-2列出了输出功率从60%增加到100%时，机组对应的总散热量。

表3-2 单台机组处于典型输出功率时的散热量

4 结束语

本文结合具体工程对人防柴油发电机组实际散热量与机组输出功率的关系进行了研究，为人防柴油电站的通风系统设计提供了一定的理论依据。但是，因为受条件的限制，本文实测数据不是十分详尽，这就影响了数学模型的精度。以后在遇到类似问题的时候，需要进行更多的实测以获取更详尽的所需数据，从而提高模型的精度。

[1] 章熙民. 传热学.中国建筑工业出版社，1993

[2] 赵静. 数学建模与数学实验.高等教育出版社，2003