"Облачный" сервис для теплофизического моделирования холодильных машин и тепловых насосов

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.5: 004.942

Национальный университет водного хозяйства и природопользования

«ОБЛАЧНЫЙ» СЕРВИС ДЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН И ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

Волощук В.А.

Холодильные и теплонасосные установки имеют огромное значение и применение в разных сферах жизнедеятельности человека. Для исследования, оптимизации, усовершенствования и дальнейшего развития таких установок часто необходимо применять теплофизическое моделирование с использованием компьютерной техники и информационных технологий, в сфере которых также интенсивно ведутся работы по разработке и применению новых методов и средств.

Для теплофизического моделирования холодильных и теплонасосных установок требуются знания свойств рабочих веществ (хладагентов). Если такие расчеты проводятся “вручную”, то можно пользоваться таблицами или графиками теплофизических свойств конкретных рабочих веществ на линии насыщения или в однофазной области. Если же они осуществляются на компьютере, то необходимы специальные программные функции, возвращающие значения свойств рабочих веществ в зависимости от исходных параметров. Одна из мощнейших программ такого рода - это программа REFPROP (www.nist.gov/srd/nist23.htm) Национального института стандартов и технологий США (НИСТ - www.nist.gov), поставляемый на дисках.

Но, технология установки программ на компьютере с диска имеет один существенный недостаток, заключающийся в следующем [1].

Программы для компьютеров, в частности, программы для расчетов теплофизических свойств индивидуальных веществ и их смесей непрерывно дополняются и совершенствуются. Это в первую очередь связано и с тем, что появляются новые формуляции (наборы формул с их описанием), определяющие порядок расчетов конкретных свойств конкретных веществ. Кроме того, в существующих программах исправляются ошибки и неточности, расширяется область их применения, улучшаются их характеристики (быстродействие, объем занимаемой памяти компьютера и др.). Такие программы также непрерывно переделываются в связи с тем, что меняется аппаратная и программная часть компьютеров, используются, например, новые операционные системы. Пользователи программ часто не поспевают за этими изменениями и работают с устаревшими версиями. Но это еще полбеды. Настоящая беда наступает тогда, когда пользователи меняют компьютер и/или операционную систему на нем, что часто приводит к тому, что старые программы перестают устанавливаться и запускаться на новых или обновленных компьютерах. Еще одно неудобство, связанное с технологией скачивания, - это накопление на компьютере пользователя ненужных программ и утилит, в которых пользователь начинает путаться.

В связи с этим, а также с учетом того факта, что в настоящее время почти все компьютеры, на которых ведутся теплофизическое моделирование энергоустановок, имеют постоянный скоростной выход в Интернет, авторами данной статьи предлагается новая технология «облачных» вычислений для теплофизического моделирования свойств рабочих тел и работы холодильных машин или тепловых насосов, которая позволяет проводить расчеты в интерактивном режиме или путем скачивания, а также используя ссылки на соответствующий Интернет-ресурс.

На рис. 2.1 и 2.2, для примера, показаны такие Интернет-ресурсы для определения теплофизических свойств хладагента R407c.

Рис. 2.1. Интернет-ресурс для расчета теплофизических свойств хладагента R407c на линии насыщения и в однофазной области

Для проведения интерактивного расчета удельной энтальпии хладагента в однофазной области (рис. 2.2) необходимо ввести в «живые» ячейки исходные данные (давление p и температуру T), единицы измерения которых можно также выбирать, и нажать «живую» клавишу Recalculate. В результате получим численное значение удельной энтальпии хладагента в разных единицах измерения и графическое изображение искомой точки.

Рис. 2.2. Интерактивный расчет удельной энтальпии хладагента R407c

Необходимо отметить, что данные ресурсы созданы при помощи программного пакета Mathcad, в который встроена технология Mathcad Calculation Server - технология, позволяющая публиковать Mathcad-документы в сети Интернет.

Инженерный калькулятор Mathcad - очень удобное средство для решения различных инженерных задач. В среде Mathcad запись формул ведется в естественной нотации, что выгодно отличает его от традиционных языков программирования и электронных таблиц. В нем есть возможность использовать единицы измерения для контроля правильности вычислений и для более удобного отображения результатов. Результаты расчетов в среде Mathcad иллюстрируются графиками, диаграммами и анимациями. Эти и другие полезные качества пакета Mathcad сделали его одним из самых популярных средств решения инженерно-технических задач на компьютере.

Чтобы использовать технологию ссылок необходимо проделать следующие операции. облачный теплофизический интерактивный хладагент

Если к ссылке R407cHPT(p,T) - функция для определения удельной энтальпии (обозначение H) фреона (обозначение R407c) в однофазной области от давления (обозначение p) и температуры (обозначение T), показанной на рис. 2.3, подвести курсор мыши и нажать ее правую кнопку, то появится диалоговое окно, где можно найти, позицию «Свойства». Если щелкнуть по этой позиции, то откроется еще одно диалоговое окно (см. рис. 2.3), где можно видеть и скопировать в буфер обмена соответствующий адрес, по которому в Интернете хранится нужная для расчета функция. Чтобы эта функция стала видимой в расчете, необходимо в рабочем Mathcad-документе сделать соответствующую ссылку на нее. Эта операция показана на рис. 2.4: в среде Mathcad из меню Вставка отдается команда Ссылка и в текстовую область появившегося диалогового окна вставляется адрес, скопированный из сайта, показанного на рис. 2.4.

Рис. 2.3. Свойство ссылки на Интернет-функцию R407cHPT(p, T)

Рис. 2.4. Вставка ссылки на Интернет-функцию R407cHPT(p, T) в расчет

Созданные при помощи предлагаемой технологии как прямые так и обратные «облачные» функции для расчета теплофизических свойств рабочих тел позволяют производить с ими в пакете Mathcad математические операции интегрирования и дифференцирования.

Рис. 2. 5. Использование прямых и обратных «облачных» функций для определения удельного количества подведенной/отведенной теплоты

Для примера, на рис. 2.5. показано использование прямых функций (R407cHSVT и R407cHSLT) для определения удельной энтальпии (H) сухого пара (SV) хладагента R407c и жидкого хладагента R407c на линии насыщения (SL) в зависимости от температуры (T). Полученные значения энтальпий можно использовать для определения удельного количества подведенной/отведенной теплоты. Эти же значения теплоты можно получить и с использованием другой формулы , где - обратная функция (R407cTPS) для определения температуры (T) хладагента R407c в зависимости от давления (P) и удельной энтропии (S).

Рис. 2.6. Фрагмент страницы Интернет-ресурса, где размещены разработанные открытые интерактивные алгоритмы для теплофизического моделирования холодильных машин и тепловых насосов

Находясь на соответствующей странице Интернета, изменяя в интерактивном режиме исходные данные, которые находятся в специальных ячейках (технология Mathcad Calculation Server), и нажимая «живую клавишу» Recalculate, можно рассчитать как промежуточные так и конечные характеристики установки. Сделав подобным образом серию расчетов, получим массивы зависимостей параметров работы установки от введенных исходных данных. Такие зависимости можно привести, например, в виде графиков или таблиц.

Рис. 2.7. Блок исходных данных для интерактивного теплофизического моделирования двухступенчатого теплового насоса

Рис. 2.8. Фрагмент результатов интерактивного теплофизического моделирования двухступенчатого теплового насоса

Выводы

Показано использование «облачных» технологий для выполнения теплофизического моделирования свойств рабочих тел, холодильных машин и тепловых насосов.

Такая технология является средством существенной экономии ресурсов пользователя.

Интерент-ресурсы таких технологий общедоступны, постепенно расширяются, корректируются и создаются новые, что также является существенным преимуществом по сравнению с другими средствами.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №12-08-90900-моб_снг_ст).

Литература

1. Очков В.Ф. «Облачный» сервис по свойствам рабочих веществ для теплотехнических расчетов / В. Ф. Очков, К. А. Орлов, Л. М. Френкель, А. В. Очков, В. Е. Знаменский // Теплоэнергетика. - 2012. - №7. - С. 79-86.

2. Очков В. Ф. Современные информационные технологии для теплоэнергетики: облачные функции по свойствам рабочих тел, расчеты циклов паротурбинных, газотурбинных, парогазовых установок и тепловых насосов / В. Ф. Очков, В. А. Волощук // Современные проблемы холодильной техники и технологии: междунар. науч.-техн. конф, 14 - 16 сентября 2011 г.: тезисы докл. - Одесса, 2011. - С. 27-29.

Размещено на Allbest.ru