连载(34)数字孪生制造应用案例4

文章来源:APS研究
2020-09-06

1. 超临界二氧化碳循环的数字孪生体

上述三个案例属于离散制造业中数字孪生体的应用,本案例是数字孪生体在 流程制造业的典型应用。

超临界二氧化碳循环是太阳能光热发电系统中的重要技术。由于该系统在极 高的压力下运行,系统的微小参数波动都有可能造成不可预知的事故。这对控制 系统提出了严苛要求。

为了应对这一挑战,印度科技学院建立了该系统的实验系统(图26)。为了

实现对控制过程的动态仿真,他们开发了基于物理机理的数字孪生体。

该数字孪生体以一维热流体系统仿真软件Flownex为核心,搭建了和实验管 网系统完全相同的数字孪生体(图27)。Flownex具有强大的仿真能力,可计算 气体、液体、气体混合物以及两相流的流动;模拟分析快速变化及慢速变化的动 态过程;能够计算流体和固体间的热交换,计算系统各元件的压力变化和换热情 况。此外,还具有电气模块和控制模块,可以在仿真系统中添加各种控制元件, 能够对瞬态控制过程进行仿真。

利用Flownex内嵌的部件模块,如管道、阀门、泵、压缩机、换热器、PID 控制器等,工程师快速建立了系统仿真模型。此外,物理实体的控制设备采用的 是美国国家仪器公司(NI)的硬件设备。NI同时提供了 LabVIEW软件来采集这 些设备的参数,并通过接口传递给Flownex软件。在获得现场设备的实时数据后, Flownex的动态模拟就可以实现实时仿真。

在超临界二氧化碳系统中,压力远远高于常规的设备范围,其控制系统的小 幅度调整,都会对系统产生很大影响。利用Flownex搭建的数字孪生体,研究人

员能在数字孪生体中模拟各个控制操作引发的后果,确认其满足调试要求后再去 操作物理系统,从而保证了该系统的安全运行。