ETD

• bilanci di massa ed energia
• ciclo combinato
• circolazione naturale
• combined cycle
• dynamic modeling
• generatori di vapore a recupero
• heat exchangers
• heat recovery
• heat recovery steam generators
• mass and energy balances
• modellazione dinamica
• natural circulation
• recupero termico
• scambiatori di calore
• simulazione transitoria
• transient simulation

This thesis focuses on the development of a computational model for the transient simulation of Heat Recovery Steam Generators (HRSGs). The work addresses the limitations of steady-state analyses by introducing a dynamic description of the main thermofluid-dynamic phenomena involved in the operation of these components. An existing steady-state model was available and used as a reference, while the dynamic formulation was developed starting from the general integral balance equations, leading to mass and energy balances for the economizer, evaporator and superheater sections, including accumulation effects in both the working fluid and the metal walls. Particular attention was devoted to the natural-circulation drum evaporator, where phase change, pressure dynamics and water-level variations play a central role. The governing equations were implemented in a numerical prototype developed in Python, used to assess the physical consistency and numerical stability of the proposed formulations. The results show transient responses consistent with the expected physical behavior of the main HRSG components considered.

La presente tesi ha come oggetto lo sviluppo di un modello computazionale per la simulazione in regime transitorio dei generatori di vapore a recupero (Heat Recovery Steam Generators, HRSG). Il lavoro nasce dall’esigenza di superare i limiti delle analisi in condizioni stazionarie, introducendo una descrizione dinamica dei principali fenomeni termofluidodinamici che caratterizzano il funzionamento di questi componenti. A partire dalle equazioni integrali generali di bilancio, e utilizzando come riferimento un modello esistente per il regime stazionario, sono stati formulati bilanci di massa ed energia per economizzatore, evaporatore e surriscaldatore, includendo gli effetti di accumulo nel fluido e nelle pareti metalliche. Particolare attenzione è stata dedicata all’evaporatore a circolazione naturale con corpo cilindrico, nel quale il cambiamento di fase, la dinamica della pressione e le variazioni del livello dell’acqua svolgono un ruolo centrale. Le equazioni sono state implementate in un prototipo numerico in Python, utilizzato per verificare la coerenza fisica e la stabilità numerica delle formulazioni proposte. I risultati mostrano risposte transitorie coerenti con il comportamento fisico atteso dei principali componenti HRSG considerati.