Устройство для моделирования процесса теплопередачи в теплообменном аппарате

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ .В ТЕПЛООБМЕННОМ АППАРАТЕ, содержащее блок моделирования температ.уры конденсации , состоящий из согласующего .резистора , переменного резистора и накопительного конденсатора, первая обкладка которого подключена к пшне нулевого ,потенциала, втораяобкладка накопительного конденсатора сое- . динёна с первыми выводами согласующего резистора и переменного резистора блока модёлирювания те5мпературы конденсации, первый операционный усилитель, выход которого подключен к входу первого инвертора и к второму выводу переменного резистора блока моделирования температуры конденсации, первый вывод которого соединен с первым входом первого сумматора, блок моделирования температуры охлаждения, состоящий и;з согласующего резистора, переменного резистора и накопительного конденсатора, первая обкладка которого подключена к шине нулевого потенциала , вторая обкладка накопительного конденсатора блока моделирования температуры охлаждения соединена с первыми выводами переменного резистора и согласующе1го резистора блока моделирования температуры охлаждения, вывод которого подключен к второму выводу согласующего резистора блока моделирования температуры конденсации. второй сумматор, третий сумматор, выход которого соединен с входом первого блока формирования нелинейности типа парабола, выход которого под ключен к входу второго инвертора, четвертый сумматор/ первый вход которого является Первым входом устройства , второй вход которого подключен к входу первого операционного усилителя, делитель, выход которого соединен с вторым входом четвертого сумматора, пятый сумматор, выход которого подключен к первому входу первого блока умножителя, вторая обкладка накопительного конденсатора блока моделирования температуры охлаждения соединена с первым входом | пятого сумматора, выход первого ин«Я вертора подключен к второму входу (Первого сумматора, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй блок умножения, второй блок сформирования нелинейности типа параболы, два блока: формирования экспоненты, второй операционный D усилитель, Ыестой сумматор и. масш:д табный усилитель. Выход которого является выходом устройства и под:f ключен к BTOpc iy выводу переменноSD ND го резистора блока моделирования температуры охлаждения, первый вывод которого соединен с первым входом :л шестого сумматора, выход которою , подключен к входу второго блока формирования Нелинейности типа парабола , выход которого соединение первым входом третьего сумматора, второй, /вход которого подктаоченк выходу второго операционного усилителя, (ВХОД которого является вторым входом устройства, третий вход которого соединен с первым входом делителя, выход второго инвертора подключен к Второму -Выводу согласующего резистора блока моделирования температуры конденсации, первый вывод которого

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ЗЮ9 G 06 G 56 с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ъ

«-.

3 j

У «» 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3441968/18-24 (22 ) 24.05.82 (46) 23.11..83. Бюл. Р 43 .(72) В.A. Еременко, A.Ñ., Карасик, П.A. Соколов и Г,М. Файкин (53) 681.333(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 661568, кл. G 06 G 7/56, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

М 860095, кл. G 06 0 7/56, 1979.. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ,В ТЕПЛООБМЕННОМ АППАРАТЕ, содержащее блок моделирования температуры конденсации, состоящий из согласующего .резистора, переменного резистора и накопительного конденсатора, первая обкладка которого подключена к шине нулевого, потенциала, вторая-обкладка накопительного конденсатора сое- . динена с первыми выводами согласующего резистора и переменного резистора блока моделирования температуры конденсации, первый операционный усилитель, выход которого подключен к входу первого инвертора и к второму выводу переменного резистора блока моделирования температуры конденсации, первый вывод кото-рого соединен с первым входом первого сумматора, блок моделирования температуры охлаждения, состоящий из согласующего резистора, переменного резистора и накопительного конденсатора, первая обкладка которого подключена к шине нулевого потенциала, вторая обкладка накопительного конденсатора блока моделирования температуры охлаждения соединена с первыми выводами переменного резистора и согласующего резистора блока моделирования температуры охлаждения, второй вывод ко торого подключен к второму выводу согласующего резистора блока моде- лирования температуры конденсации, второй сумматор, третий сумматор, выход которого соединен с входом первого блока формирования нелинейности типа парабола, выход которого под ключен к входу второго инвертора, четвертый сумматор, первый вход которого является первым входом уст.ройства, второй вход которого подключен к входу первого операционного усилителя, делитель, выход которого соединен с вторым входом четвертого сумматора, пятый .сумматор, выход которого подключен к первому входу первого блока умножителя, вторая обкладка накопительного конденсатора блока моделирования температуры охлаждения соединена с первым входом ©

В пятого сумматора, выход первого инвертора подключен к второму входу ,первого сумматора, о т л и ч.а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй блок умножения, второй блок Я формирования нелинейности типа

4 параболы, два блока формирования экспоненты, второй операционный усилитель, шестой сумматор и масштабный усилитель, Выход которого является выходом устройства и подключен к второму выводу переменного резистора блока моделирования температуры охлаждения, первый вывод которого соединен с йервым входом шестого сумматора, выход которого подключен к входу второго блока формирования нелинейности типа парабола, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, второй.

;вход:которого подключен к выходу второгс операционного усилителя,,вход которого является вторым входом устройства, третий вход которого соединен с первым входом делителя, выход второго инвертора подключен к второму .выводу согласующего резисI тора блока моделирования температуры конденсации, первый вывод которого

1056225

t соединен с первьм входом масштабного усилителя и с первым входом второго . сумматора, выход которого подключен к второму входу делителя, выход которого соединен с входом первого блока формирования экспоненты, выход которого подключен к первому входу второго блока умножения, выход ко,торого соединен с вторым входом масштабного усилителя, выход первого бло ка формирования нелинейности типа па1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может

-быть использовано для моделирования. процесса передачи тепла от греющего теплоносителя к нагреваемому потоку; 5 в теплообменном аппарате, в частности процесса тепломассообмена в тейлоэнергетических агрегатах судовых энергетических установках.

Известяо устройство для модели" рования процесса теплопередачи в теплообменном аппарате, содержащее ll последовательно соединенных моделирующих блоков и вычислительного блока, которые содержат масштабные и операционные усилители, Т-образные

R5 -четырехполюсники, умножители, делители, квадратор и функциональный .преобразователь f1) .

Недостатком этого устройства явля» ется то, что оно не обеспечивает точ 20 ного моделирования процесса передачи тепла от греющего теплоносителя, к нагреваемому потоку,при условии конденсации греющего теплоносителя

Наиболее близким bio технической . 25 сущиостн к изобретению являЕтся устройство для моделирования процесса теплопередачи в теплообменном аппарате, содержащее два Т-образных

Йб -четырехполюсника, два операцион- () ных усилителя, шесть масштабных усилителей, умножитель,. делитель, квад» ратор и функциьнальный преобразова-. тель.

Недостатком известного устройст-. З5 ва является то, что оно не обеспе» чивает достаточно точное воспроиз- . ведение процесса передачи тепла от .греющего теплоносителя к нагревае-мому потоку при условии конденсации 40 грекхцего теплоносителя. это связано ° 40 с тем, что при моделировании процесса не учитывается влияние воздуха, находящегося в паровом объеме, на, процесс конденсации греющего теплоносителя. 45

Целью изобретения является повышение точности воспроизведения llpo рабола соединен с вторым входом второго сумматора и с вторым входом пятого сумматора, выход четвертого сумматора подключен к входу второго блока формирования экспоненты, выход которого соединен с вторым входом первого блока умножения, выход которого подключен к второму. входу шестого сумматора, выход первого сумматора соединен с вторым входом BTQ .рого блока Умножения.

2 цесса теплопередачи в теплообменном аппарате.

Поставленная. цель достигается тем, что в. устройство для моделирования процесса теплопередачи в теплообменном аппарате, содержащее блок моделирования температуры кон денсациии, состоящий из согласующего резистора, переменного резистора и накопительного конденсатора, первая обкладка которого подключена к шине нулевого потенциала, вторая обкладка накопительного конденсатора. соединена с первыми выводами согласуюего резистора и переменного резистора блока моделирования температу-, ры конденсации, первый операционный усилитель, выход которого подключен к входу первого инвертора и к второму выноду переменного резистора блока моделирования температуры конденсации, первый вывод которого соединен с первым входом первого сумматора, блок моделирования температуры охлаждения, состоящий из согла, сующего резистора, первая обкладка которого подключена к шине нулевого потенциала, вторая обкладка накопительного конденсатора блока моделирования температуры охлаждения соединена с первыми выводами переменного резистора и согласующего резистора блока моделирования температуры охлаждения, второй вывод которого подключен к второму выводу согласующего резистора блока моделирования, температуры конденсации, второй сумматор, третий сумматор, выход которого соединен с входом первого блока формирования нелинеййости типа парабола, выход которого подключен к входу второго инвертора, четвертый сумматор, первый вход которого является первйм входом устройства, второй вход которого подключен к входу первого операционного усилителя, делитель, выход которого .соединен с вторым входом четвертого сумматора, пятый сумматор, выход ко1056225 торого подключен к первому входу пер- держат согласующие резисторы 21, вого блока умножения, вторая об- . переменные резисторы 22 и накопнтелькладка накопительного конденсатора ные конденсаторы 23. Кро того",,блока моделирования температуры :устройство содержит переменные конохлаждения соединена с первым денсаторы 24 н масштабные реэисто-. входом пятого сумматора, выход . 5 ры 25. первого инвертора подключен к вто- При протекании процесса кОИДЕнрому входу первого сумматора, введе- . сацин в присутствии воздуха давлены второй блок умножения, второй ние паровоздушной смеси равно сумблок формирования нелинейн сти типа . ме парциальных давлений пара и воэпарабола, два блока формирования lO духа. экспоненты, второй операционный усилительй выход которого является вы- P - - P ° () ходом устройства и подключен к вто83 рому выводу переменного резистора Парциальное давление воздуха,Рь блока моделирования температУры 5 определяется иэ уравнения матеохлаждения, первый вывод которого ° рйального баланса воздуха, которое соединен с первым входом шестого можно записать так . сумматора, выход .которого подключен к входу второго блока формирования S3,, Ь Р = 3 - (2) нелинейности типа парабола, выход 1 dt первым входом где Оь3 - расход воздуха, поступаютретьего сумматора, второй вход щего в теплообменный аппа которого подключен к выходу второго т операционного усилителя, вход кото- К, " — постоянные коэффициенты. рого является вторым входом устрой25

Парциальное давл, P авление пара > .соства, третий вход которого -соединен ответствует давлению пара, опредес первым входом делителя. выход вто- ляемому по температуре паровоздушрого инвертора подключен к второму ной смеси на выходе иэ теплообмеивыводу согласующего резистора блока ного аппарата, как температуре пара моделирования температуры конденса- на линии насыщения ции, первый вывод которого -соединен 30 с первым входом масштабного усилн- э ®с () теля и с первыМ входом второго сум3 матора, выход которого подключен к

Таким Образом, решение задачи второму входу делителя, выход котомоделирования сводится к йоделиророго соединен с входом первого бло- 35 анию пРоцесса .тецлопередачи в тепка формирования экспоненты, выход лообменном аппарате с определением которого подключен к первому входу температуры паровоздушной, смеси на .второ блока у ножения, выход кото- выхОДе иэ теплообмЕнного аппаРатае рого соединен с вторый входом мааш- Наличие воздуха в паровом объеме табного усилителя, вы од nepBoro бл - теплообменного аппаРата опРеделЯет ка формирования нелинейности типа 40 разделение его на две зоныг конденпарабола соединен с вторым входом сации пара и охлаждения паровоэдуш второго сумматора и с вторым входом ной смеси. пятого сумматора выход четвертого, математическое Описание ПРОЦесса су тора подключен к входу вто г пеРеДачи тепла от гРеющего тецлоноблока формирования экспоненты, .выход 45 сителЯ к нагРеваемомУ потокУ в зоне которого соединен с втор входом КРНДЕНСаЦИИ акаЛОГИЧНО ОПИ НИЮ первого блока умножения, выход копроцесса в испарительной зоне аппаторого подключен к второму входу рата известного устройства шестого сумматора, выход первого

eq а(ы,"ч1 сумматора соединен с вторым входом 50 Д1 ах второго блока умножения. дч з(чя .ъ ась Ич )»

На чертеже представлена схема „ Е 4Н устройства. .3l 8. а. ах

1, gg Ä (VÄe 8„) (8„„eÄ)

Устройство содержит операпионннй I „- + (6) усилитель 1, сумматор 2, операционный усилитель 3, инвертор 4, сум- :, f8 Эбух матЬры 5 — 10, инвертор 11, блоки 73(2) „+«(<) "(8в» ®ярк)й

12 и 13 умножения, делитель 14, блоки 15 и 16 формирования экспо- - 60 где Чещf(>e), ®рк. ив - температура ненты, блоки 17 и 18 формирования ие . теплоносителя, стенки и нагреваемого лине™йности типа парабола, блок 19 потока в зоне конденсации, Сд — Смомоделирования температуры коиденса» Рости сред; k33, К4, 3 - постоянные ции, блок 20 моделирования темпера-, коэффициенты Т 1 1 т ы охла

УР ждення. Блоки 19 и 20 со- g5 ные времени, у - доля сечения эа- доля сечения, 1056225

И

"ь С"» х е„= (Ч„, -9,„„): (1 3) а математическое описание процесса собственно теплообмена в зоне охлаждения будет

36 иэ qox) (wg-8ðî»)

+; (14) wo» ох С мох тох

Ф ъо= фох (ЧФэ 8уох)ехр(-Ь ох)> во» = срох (ах- уох) Ехр {-Ъ,о„) (16) е.„=е-e„. где С„к С ох — теплоемкости теплопередающей стенки теплообменного аппа,нятая паровой фазой двухфазной смеси 1

Математическое описание процесса передачи тепла от греющего теплоносителя к нагреваемому потоку в ,зоне охлаждения, аналогично описанию процесса в экономайэерной зоне аппарата дЧ оЧ1

T ф +(а,ф) — "(Ч-8рох) . (81

4 Д 8х)

ЗВ,„(Ч-Е..„l (6„,„- ..) (9), аб V$(ll Ть() (10) о "ччо» . 86,„охи

" Ю . »Ю 8„) =(8мол-8qio» l, ! где 1 4, Т, Г, Tq — постоянные ,времени, Ч,9 о„,9с„ох — температуры, теплоносителя, стейкй и нагреваемого потока в зоне охлаждения.

Процессы тепло-массообмена могут быть разделены на два независимых процесса движения частиц сред и .собственно тепло-массообмена. Тогда модели процессов в зонах конденсации и охлаждения представляются. в виде последовательного соединения: движения частиц среды по половине длины эоны, собственно тепло-массообмена в зоне и движения частиц среды по второй половине длины зоны.

Уравнения, описывающие процессы в моделях движения, представляют собой уравнения транспортного запаздывания частиц сред по половинам ,длин зон. При этом временем движения частиц греющего теплоносителя; а также нагреваемого потока в зоне охлаждения можно пренебреч11.

В этом случае математическое описание процесса собственно тепломассообмена в зоне конденсации,примет вид

de к (v„ eóê1 ао,-eåêi

» (11)

4" CNK Rqk . - вх тх

8„„=8q,„ (8„«-6, ÄåõÐ{-Ъ,„); рата, Я т„, Rgq, К о„, Я <,х — термические сопротивления теплообмену греющего теплоносителя и нагреваемого потока в зонах: Ъ х = k7 pox =

= $ 4», ото» = / 0K — безразмерные комплексные коэффициенты, Е i Ро»вЂ” длины зон конденсации и охлаждения,, tp — постоянные коэффициенты.

Таким образом, системы уравнений (11) — (13) и (14), — (17) составляlQ. ют математические описания процессов в тепло-массообмена, соответственно в зонах конденсации и охлаждения.

Техническая реализация имитации процессов теплообмена в зонах конденсации и охлаждения, описания которых составляют системы уравнений (11) - (12) и (14) — (15), при чем уравнение (16) можно исключить поскольку нагрев. потока в зоне охлаждения весьма незначительный:

Устройство работает следующим образом.

При изменении температуры охлаж; дающей воды на входе в теплообмениый аппарат производится изменение

25 входного напряжения Ug, которое подается на вход операционного усилителя 1, осуществляющего имитацию движения частиц потока по первой половине длины зоны конденсации.

30 Выходной сигнал операционного усилителя 1 подается на входы блока 19 и инвертора 4. При этом выходной сигнал блока 19 подается на входы сумматоров 2, 5, и б, а выходной сигнал инвертора 4 подается на второй вход сумматора 5. Выходной сигнал сумматора б через делитель 14 подается на вход сумматора 7, выходной сигнал которого имитирует изменение длины зоны охлаждения, и бло4О ка 12 умножения через блок 15. При этом выходной сигнал блока 12 умножения подается на вход сумматора 2, осуществляющего имитацию движения частиц потока по второй половине

45 . длины зоны конденсации. Причем выходной электрический сигнал сумматора 2 имитирует температуру охлаждающей воды на выходе из зоны кон- денсации 6w@ и подается на вход блока 20. Выходной сигнал блока 20 подается на входы сумматоров 8 и 9 а выходной сигнал сумматора 8 подается на вход блока 13 умножения, на второй вход которого подается выходной электрический сигнал сумматора

7, преобразованный в блоке 16. При этом выходной сигнал блока 13 умножения подается на вход сумматора 9, выходной электрический сигнал которого имитирует температуру паровозоО душной смеси на выходе иэ зоны охлаж дения М®с и подается на вход блока

17 и через него на вход сумматора

10. Выходной электрический сигнал сумматора 10 имитирует давление паЯ ровоэдушной смеси в теплообменном

1056225

Ю аппарате Р» и подается на вход блока 18. Причем выходной сигнал блока

18.имитирует температуру паровоэдфа ной смеси на линии насыщения. Этот сигнал Ч э подается на входы масш-табных сумматоров б и 8 .и инвертора 11. Причем выходной электрический сигнал инвертора 11 подается на входы блоков 19 и 20. Это вызывает соответствукщий переходный процесс в элементах схемы, который происходит до тех пор, пока схема устрой- ства не войдет в равновесное состоя,.ние.

При изменении скорости греющего теплоносителя осуществляется изменение напряжения 0 ®Ä, имитирующего скорость теплоносителя Q „ .что вызывает .переходиый. процесс во всех элементах устройства, аналогичный описанйому выше. . При изменении скорости нагреваемого потока осуществляются изменения соответственно величины переменных сопротивлений 22 и переменных койденсаторов 23, которые приводятк переходным процессам в устройстве и, следовательно, к:изменению выходных напряжений, ймитирующих температуру охлаждающей воды на выходе . из теплоюбменного аппарата 6З,К и . давление паровоздушной смеси в аппа-; рате.

При.изменении расхода воздуха, поступающего в теплообменный аппа. рат, изменяется напряжение 0 +> на

,выходе в операционный усилитель 3.

Это.вызывает изменения давления и температуры паровоэдушной смеси Р» и

Миз, что приводит. к переходиьм про-, цессам устройства аналогично описанным выае.

При изменении производительности !

О устройства, отсасывающего воздух, который поступает в теплообменный аппарат, осуществляются изменения переменного конденсатора 24 и вход- ноГо масштабного резистора 25 оцеf5. рационного усилителя Зi чтО приво . дит к, изменению давления и температуры паровоздушной смеси Рк иЧяч .Это приводит. к переходньи процессам

,в устройстве аналогичного описан Щным выше.

Таким образом, предложенное уст-ройство для моделирования по сравнению с известным устройством обес. печивает помшение точности воспроизведения моделируемых процессов, что позволяет осуществить модели рование процесса передачи тепла от греющего теплоносителя, который претерпевает процесс фазового пере;хода (конденсацию) в присутствии

30 воздуха, находящегося в паровом обье

:ме, к нагреваемому потоку., 1056225

ВНИИПИ .Тираж 706

М

Филиал ППП . г. Ужгород, ул. Проект иая, 4