Modeling of steam generation processes in finite and infinite dimensions
Modélisation de procédés de génération de vapeur en dimensions finie et infinie
Résumé
The aim of this work is to obtain a dynamic model for a steam generator, which can provide both internal information (for example the water level in the boiler, the distribution of the title and temperatures) and a vision of the process. A state of art on modeling of steam generating processes shows that few results deals with dynamic modeling, especially for distributed variables. To be closer to real phenomena, a nonlinear model in infinite dimension (system with distributed parameters) is first proposed. This allows in particular to reconstruct the distribution of the mass content of the steam, the temperature and the pressure within the boiler. This result has a certain practical interest, since the mass quality cannot be captured on industrial systems. This distributed modeling is proposed under two approaches: two separate water / vapor phases, then a homogeneous two-phase mixture. Secondly, a lumped parameter model is provided, leading to nonlinear state equations (under ordinary differential equations form). The two approaches (separated phases or homogeneous mixing) are developed. These different models are compared based on different simulations scenario using the pilot process parameters.
Ce travail a pour but d'obtenir un modele dynamique pour generateur de vapeur, qui puisse fournir a la fois des informations internes (par exemple la hauteur d'eau dans la chaudiere, la repartition du titre et des temperatures) et une vision du procede sous forme entree-etat-sortie. Une etude bibliographique fait tout d'abord le point sur les aspects de modelisation des processus generateurs de vapeur. Il apparait que peu de resultats permettent la modelisation des regimes transitoires, en particulier pour les variable reparties. Pour rester proche des phenomenes reels, un modele non lineaire en dimension infinie (systeme a parametres distribues) est tout d'abord propose. Celui-ci permet notamment de reconstruire la distribution du titre massique de la vapeur, de la temperature et de la pression au sein de la chaudiere. Ce resultat presente un interet pratique certain, puisque le titre massique ne peut etre capte sur les systemes industriels. Cette modelisation distribuee est proposee sous deux approches : deux phases eau / vapeur separees, puis un melange diphasique homogene. Dans un deuxieme temps, un modele a parametres localises est derive, conduisant a des equations d'etat non lineaires (sous forme de systemes differentiels ordinaires). Les deux approches (phases separees ou melange homogene) sont reprises. Ces differents modeles sont compares sur la base de simulations, les parametres retenus etant ceux d'un site pilote du laboratoire comprenant une pompe d'alimentation, une chaudiere, et une servovalve simulant les perturbations qu'induirait un alternateur alimente par le debit de vapeur et connecte au reseau electrique.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)