Структурное представление противоточного теплообменника в пакете численного моделирования динамических систем
Тепловые процессы, протекающие в противоточном теплообменном аппарате. Распределение температур греющего и нагреваемого агента. Упрощенная структурная схема теплообменника. Особенности реализации передаточной функции, структурные преобразования.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.01.2020 |
| Размер файла | 110,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Статья по теме:
Структурное представление противоточного теплообменника в пакете численного моделирования динамических систем
И.А. Данилушкин, В.В. Снеговой, Самарский государственный технический университет
Для полученных передаточных функций модели процесса теплообмена при встречном направлении взаимодействующих потоков осуществлён ряд структурных преобразований, целью которых являлось получение структуры, реализуемой в пакете численного моделирования динамических систем.
Ключевые слова: противоточный теплообменник, структурное представление, передаточная функция, моделирование динамических систем.
Transfer functions for counter flow heat exchanger as control object were deduced previously. The paper describes structural transformations of the transfer functions which make it possible to build the model at a software package for modeling dynamic systems.
Key words: counter flow heat exchanger, structural representation, transfer function, modeling dynamic systems.
Поведение некоторых технологических агрегатов, в промышленности с достаточной степенью точности может быть описано уравнением материального баланса, а в ряде случаев - системой таких уравнений. Тепловые процессы, протекающие в противоточном теплообменном аппарате, могут быть описаны системой дифференциальных уравнений вида [1]:
, , (1)
, , (2)
с соответствующими граничными
, (3)
и начальными условиями
, . (4)
Здесь , - распределение температур греющего и нагреваемого агента соответственно, v1, v2 - скорости потоков греющего и нагреваемого агентов, l - длина теплообменника. Коэффициенты , имеют смысл коэффициентов теплообмена потоков с внешней средой; и - коэффициенты теплообмена между греющим и нагреваемым агентами и между нагреваемым и греющим агентами соответственно. В рамках данной работы коэффициенты теплообмена зависят от геометрических характеристик теплообменника и физических параметров греющего и нагреваемого агентов.
В [2] методами структурной теории распределённых систем [1] получено структурное представление противоточного теплообменника как объекта управления. Структура учитывала наличие обратных связей по распределённому сигналу. Далее в [2] рассмотрен случай контроля температур в фиксированных точках на входах и выходах потоков теплообменного аппарата, при нулевых начальных условиях. Путём решения интегральных уравнений Фредгольма второго рода, получены аналитические передаточные функции, обеспечившее представление теплообменника как многосвязной сосредоточенной системы с двумя входами , и двумя выходами , (рис. 1). Передаточные функции и имеют следующий вид [2]:
, (5)
, (6)
где коэффициенты b1 и b2 определяются выражениями
, . (7)
Рис. 1 - Упрощенная структурная схема теплообменника
Передаточные функции и могут быть получены из (5) и (6) соответственно путём замены индексов 1 и 2 по правилу 12, 21 [1, 2]. Такой эффект возникает из-за симметричности уравнений задачи (см. (1), (2)).
Полученные в [2] выражения (5), (6) неудобны для анализа, однако они могут использоваться для численного моделирования динамической системы в специальных пакетах численного моделирования, таких как Simulink [3]. Для этого структуры передаточных функций должны быть преобразованы таким образом, чтобы их можно было реализовать с помощью типовых блоков пакета моделирования. Функция (5) может быть записана в следующем виде:
. (8)
Далее, разделив числитель и знаменатель дроби на выражение и приведя выражение в скобке к общему знаменателю, получаем:
. (9)
Введём обозначения
, . (10)
Тогда, с учётом выражения для передаточной функции замкнутой системы ,
, (11)
где - передаточная функция разомкнутой системы, охваченная отрицательной обратной связью с передаточной функцией , передаточная функция (9) может быть представлена в виде структуры (рис. 2).
Рис. 2 - Структурная схема реализации передаточной функции (5)
Подставляя выражения (7) в (10) получаем окончательные выражения для передаточных функций (12):
, (12)
. (13)
теплообменный аппарат агент
Выполним структурные преобразования для передаточной функции (6). Разделив числитель и знаменатель второго слагаемого на , получаем
. (14)
Введём обозначения
, , (15)
.
С учётом обозначений (10), (15) выражение (14) может быть представлено в виде
. (16)
Передаточная функция (16) может быть реализована в виде структуры, представленной на рис. 3. Подставляя выражения (7) в выражения (15) получим окончательные выражения для передаточных функций структуры на рис. 3:
, (17)
, (18)
. (19)
Рис. 3 - Структурная схема реализации передаточной функции (6)
Полученные структуры (рис. 2, 3) могут быть реализованы пакете численного моделирования динамических систем, что позволит выполнять численные эксперименты, связанные как с исследованием объекта управления, так и систем автоматического управления.
Библиографический список
1. Бутковский А.Г. Структурная теория распределенных систем. - М., Наука, 1977. - 320 с.
2. Данилушкин И.А., Лежнев М.В. Структурное представление процесса теплообмена при встречном направлении взаимодействующих потоков// Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки». Выпуск №1(19)-2007. - Самара: СамГТУ. - 2007. - С. 16-22.
3. Черных И.В. SIMULINK: среда создания инженерных приложений/ Под общ. ред. к.т.н. В.Г. Потемкина. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. - 496 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Конструкция теплообменника ГДТ замкнутого цикла. Определение потери давления теплоносителя при прохождении его через аппарат. Тепловой, гидравлический расчет противоточного рекуперативного теплообменника газотурбинной наземной установки замкнутого цикла.
курсовая работа [585,3 K], добавлен 14.11.2012Расчет температурного напора в теплообменном аппарате змеевикового типа для подогрева металла. Определение необратимой потери давления воздушного потока, проходящего через аппарат. Расчет тепловой изоляции подводящего трубопровода и длины трубки змеевика.
контрольная работа [684,3 K], добавлен 17.11.2015Схема теплообменника. Расчет геометрии пучка трубок; передаваемой теплоты по падению температуры газа; эффективности ребра; коэффициентов теплоотдачи и оребрения трубок. Оценка гидросопротивлений. Проверка эффективности теплообменника перекрестного тока.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 25.12.2014Цели, принципы и формула теплообмена. Влияние на него потока и температуры. Схема теплового баланса. Определение разницы температур между холодной и теплой средами. Организация противопотока. Различные типы распределителей и ребер теплообменника.
презентация [2,9 M], добавлен 28.10.2013Подбор рекуператора для помещения. Принципиальная схема работы рекуператора. Коэффициенты теплопередачи пластины теплообменника. Зависимость температур приточного воздуха в рекуператоре от наружного. Уменьшение потребления энергии в калорифере.
реферат [1,4 M], добавлен 14.01.2016Подбор коэффициентов теплоотдачи и расчет площади теплообменника. Определение параметров для трубного и межтрубного пространства. Конденсация паров и факторы, влияющие на охлаждение конденсата. Гидравлический расчет кожухотрубчатого теплообменника.
курсовая работа [142,2 K], добавлен 25.04.2016Тепловой, конструктивный и гидравлический расчет кожухотрубного теплообменника. Определение площади теплопередающей поверхности. Подбор конструкционных материалов и способ размещения трубных решеток. Выбор насоса с необходимым напором при перекачке воды.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 15.01.2011Расчет тепловых нагрузок отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, температур сетевой воды, расходов сетевой воды. Гидравлический расчет паропровода. Принципиальная тепловая схема котельной. Расчет контактного теплообменника с активной насадкой.
курсовая работа [198,2 K], добавлен 11.10.2008Рассмотрение экспериментальных зависимостей температуры горячего потока от входных параметров. Расчет показателей расхода хладагента и горячего потока и их входной температуры. Определение толщины отложений на внутренней поверхности теплообменника.
лабораторная работа [52,4 K], добавлен 13.06.2019Гидравлические испытания и расчет по выбору основных размеров пластинчатого теплообменника. Определение прочности направляющих и болтов крепления направляющих к стойке. Расчет напряжения смятия в месте контакта шайба-гайка и шайба-плита прижимная.
курсовая работа [443,4 K], добавлен 20.11.2012Литозбор по использованию вторичного тепла. Тепловой расчет рекуперативного теплообменника. Выбор основного оборудования: вентилятора, насосов. Оценка гидравлического сопротивления. Подбор вспомогательного оборудования. Контрольно-измерительные приборы.
курсовая работа [331,7 K], добавлен 01.03.2013Технологическая схема теплообменника "труба в трубе". Температурный режим аппарата и средняя разность температур. Расчёт коэффициента теплопередачи. Обоснование выбора материала и конструктивных размеров, гидравлический и конструктивный расчеты аппарата.
курсовая работа [151,3 K], добавлен 04.11.2015Определение внутреннего диаметра корпуса теплообменника. Температура насыщенного сухого водяного пара. График изменения температур теплоносителя вдоль поверхности нагрева. Вычисление площади поверхности теплообмена Fрасч из уравнения теплопередачи.
контрольная работа [165,6 K], добавлен 29.03.2011Составление дифференциальных уравнений, описывающих динамические электромагнитные процессы, применение обобщенных приемов составления математического описания процессов электромеханического преобразования энергии. Режимы преобразования энергии.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 22.09.2009Классификация теплообменных аппаратов по принципу действия (поверхностные и смесительные). Особенности подбора устройства. Схема кожухотрубного теплообменника. Основные удельные показатели, которые характеризуют эффективность теплообменных аппаратов.
презентация [206,5 K], добавлен 28.09.2013Анализ характеристик двигателя постоянного тока, режимов работы статора, запуска двигателя шасси в условиях низких температур. Физико-химические процессы, протекающие в химических источниках тока. Рекомендации по облегчению работы аккумуляторных батарей.
курсовая работа [582,7 K], добавлен 07.05.2014Тепловые явления в молекулярной физике. Силы взаимодействия молекул, их масса и размер. Причина броуновского движения частицы. Давление идеального газа. Понятие теплового равновесия. Идеальная газовая шкала температур. Тепловые двигатели и охрана природы.
конспект урока [81,2 K], добавлен 14.11.2010Физико-химические процессы при воздействии плазменной струи (дуги). Тепловые процессы, материалы при плазменном нагреве. Фазовые и структурные превращения при плазменном нагреве металлов. Влияние скорости нагрева и охлаждения на величину зерна аустенита.
монография [4,5 M], добавлен 10.09.2008Конструкция теплообменного аппарата водно-воздушного теплообменника. Использование аппарата в системе охлаждения контура охлаждающей воды системы аварийного охлаждения контура охлаждающей воды теплового двигателя. Выбор моделей вентиляторов и насосов.
курсовая работа [177,5 K], добавлен 15.12.2013Проектирование системы холодного водоснабжения и канализации здания. Трассировка стояков водоснабжения и трубопроводов. Подбор водонагревателя (бойлера) и теплообменника. Гидравлический расчет внутреннего водопровода. Схема подключения коллекторного узла.
курсовая работа [389,2 K], добавлен 16.11.2012
