Устройство для моделирования процесса теплопередачи в теплообменном аппарате Советский патент 1983 года по МПК G06G7/56 

соединен с первым 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 йторого блока умножения, выход ко,торого соединен с вторым входом масштабного усилителя, выход первого бло ка формирования нелинейности типа парабола соединен с вторым входом второго сумматора и с вторым входом пятого сумматора, выход четвёртогхэ 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 вто.рого блока умножения.

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, вторая- обкладка 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 ко- торого 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

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для моделирования процесса передачи тепла от греющего теплоносителя к нагреваемому потоку в теплообменном аппарате, в частнос ти процесса тепломассообмена в теплоэнергетических агрегатах судовых энергетических установках, Известно устройство для моделирования процесса теплопередачи в те лообменном аппарате, содержащее и последовательно соединенна моделирующих блоков и вычислительного бло ка, которые содержат масштабные и операционные усилители, Т-образные R5 -четырехполюсники, умножители, д лители, квадратор и функциональн1Лй преобразователь l . Недостатком этого устройства явл ется то, что оно не обеспечивает то ного моделирования процесса nepe jaчи тепла от греющего теплоносителя к нагреваемрму потоку.при условии конденсации греющего теплоносителя. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство для моделирования процесса теплопередачи в теплообменном аппарате, содержащее два Т-образных R5 -четырехполюсника, два операцион ных усилителя, шесть масштабных уси лителей, умножитель/ делитель, квад ратор и функциональный преобразователь. Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает достаточно точное воспроизведение процесса передачи тепла от греющего теплоносителя к нагревае Ж)My потоку при условии конденсации греющего теплоносителя. Это связано с тем, что при моделировании процес са не учитывается влияние воздуха, находящегося в паровом объеме, на процесс конденсации грёкяцего теплоносителя, Целью изобретения является повышение точности воспроизведения процесса теплопередачи в теплообменном аппарате. ,| Поставленная, цель достигается тем, что в устройство для моделирования процесса теплопередачи в теплoot5мeннoм 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, соедине.на с первыми выводами согласуюJMiero резистораИ переменного резисгора блока моделирования температу-, ры конденсации, первый операционный усилитель, выход которого подключен к-входу первого инвертора и к второму выводу переменного резистора блока моделированиятемпературы конден.сации, первый вывод которого соеди- , нен с первым входом первого сумматора, блок моделирования температуры охлаждения, состоящий из согласующего 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 температурЕ охлаждения, второй вывод которого подключен к второму выводу согласующего резистора блока моделирования, температуры конденсации, второй сумматор, третий сумматор, выходу.которого соединен с входом первого блока формирования нелинейности типа парабола, выход которого подключен к входу второго инвертора, четвертый сумматор, первый вход которого является первым входом устройства, второй вход которого подключён к входу первого операционного усилителя, делитель, выход которого соединен с вторым входом четвертого сумматора, пятый сумматор, выход которого подключен к первому входу пе вого блока умножения, вторая обкладка накопительного конденсатора .блока моделирования емпературы охлаждения соединена с первым входом пятого сумматора, выход первого инвертора подключен к второму входу первого сумматор а, введе ны второй блок умножения, второй блок формирования нелинейности типа парабола/ два блока формирований экспоненты, второй операционный уси литель, выход которого является выходом устройства и подключен к второму выводу переменного резистора блока моделирования температуры охлаждения, первый вывод которого соединен с первым входом шестого . сумматора, выход которого подключен к входу второго блока формирования нелинейности типа парабола, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход котГорого подключен к выходу второго операционного усилителя, вход которого является вторым, входом устройства, третий вход которого соединен с первым входом делителя, выход вто рого инвертора йодключен к второму выводу Ьогласуксцего резистора блока моделирования температуры конденсации, первый вывод которого соединен с первым 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 кото рого соединен с вторым входом маоатабного усилителя, вькод первого бл ка формирования нелинейности типа парабола соединен с вторьвл входом второго сумматора и с вторым входом пятого сумматора, выход четвертого сумматора подключен к входу второго блока формирования экспоненты, .выхо которого соединен с вторым входом первого блока умножения, выход которого подключен к второму входу шестого сумматора, выход первого сумматора соединен с вторым входом второго блока умножения. I . . На чертеже представлена схема устройства.. Устройство содержит операционный усилитель 1, сумматор 2, операционный усилитель 3, инзвертор 4, сумматбры 5-10, инвертор 11, блоки 12 и 13 умножения, делитель 14, блоки 15 и 16 формирования экспоненты, блоки 17 и 18 Формирования н линейности типа парабола, блок 19 моделирования температуры конденса ции, блок 20 моделирования Tewnjepaтуры охлаждения. БЛоки 19 и 20 со-. держат согласующие резисторы 21, переменные резисторы 22 и накопительные конденсаторы 23. Кроме ТОГО, у стррйство содержит переменные конденсаторы 24 и масштабные реэнстотры 25. При протекании процесса конденсации в присутствии воздуха давление паровоздушной смейй равно сумме парциальных давлений пара и воздуха. Р. Парциальное давление воздуха Д,, определяется из уравнения материального баланса воздуха, которое можно записать так .Рв9 ОвЗ где - расход воздуха, поступающего в теплообменный аппа Рат, If, Л - постоянные коэффициенты. Парциальное давление пара соответствует давлению пара, определяемому по температуре паровоздушной смеси на выходе из теплообменного аппарата, как температуре пара на линии насслцения Таким образом, решение задачи моделирования сводится к иоделированию процесса теплопередачи в тёплообменном аппарате с определением температуры паровоздушной .смеси на выходе из теплообменного аппарата. Наличие воздуха .в паровом объеме тегшхх)6менного аппарата определяет разделение его на две зоны: конденсации пара и охлаждения паровоздушной смеси. Математическое описание процесса передачи тепла от греющего теплоносителя к нагреваемому потоку в зоне крнденсации аналогично описанию процесса в испарительной зоне аппарата известного устройства aq atwStf ь fu я -Ц Ч с-в-л) 8(р , э(чсо.) аыЦ SUtoS) /5Л 1.. .at ч ак Э9ФК { «в-вф) (OWK -вфк . : r.(ii)-.(t)-| 4e««-e Kvv ), «р температура теплоносителяf стенки и награваенюго потока в зоне конденсацииi со - ежорости сред К , К4, l - постоянные коэффициенты. Т, , Tjj , Т - постоянные времени, (f - доля сечения, за.нятая паровой фазой двухфазной сме си. Математическое описание процесс передачи тепла от греющего теплоносителя к нагреваемому потоку в .зоне охлаждения, аналогично описанию процесса в экономайзериой зоне аппарата T lt l- tuilt) -JKv-e oiiV , МОК Т,ГИfbt р . . . / Qл N э« (., i где Т , Ту, Тб,Т - постоянные .времени, V ,вто температур .теплоносителяТ стенки и нагреваемо потока в зоне охлаждения. Процессы тепло-массообмена могу быть разделены на два независимых процесса движения частиц сред и .собственно тепло-массообмена. Тогд Модели процессов в зонах конденса. ции и охлаждения представляются в виде последовательного соединения: движения частиц среды по-половине длины зоны, собственно тепло-массо обмена в зоне и движения частиц ср ды по второй половине длины зоны. Уравнения, описывающие процессы в Моделях движения, представляют с бой у завнения транспортного запаздывания частиц сред по половинам длин зон. При этом временем движен частиц греющего теплоносителя а , также нагреваемого потока в зоне о лаждения можно пренебреч.. В этом случае математическое оп саниепроцесса собственно тепломассообмена в зоне конденсации,при мет вид (Умкй-берк) jQwoe g - г о -тк -тк tK QWK вфкЧб ов-бфн ехр(-.Ъ J -, Р «-й а математическое описание процесса собственно теплообмена в зоне охлаждения будет 6q) («S-SCPOX) (e t-вфох) л о -won v«d V «sVK P -SoxV 15 Q ore pox49wK-Vx)(-bTox) (16 гдеСицСщох - теплоемкости теплопе peдающей ртенки теплообменного апп рата, RTK / gk тох термические сопротивления теплообмену греющего теплоносителя и нагреваемого потока в зонах: Ътк сгх V:e2ox Ьто . - безразмерные комплексные коэффициенты,Р,брхдлины зон конденсации и охлаждения, Ir Н постоянные коэффициенты. Таким образом, системУ уравнений (11) - (13) и (14). - (17) составляют 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 .(1б) можно исключить поскольку нагрев потока в зоне .охлаждения весьма незначительный/ Устройство работает следующим образом. При изменении температуры охлаждающей воды на входе в теплообменный аппарат производится изменение входного напряжения UQ, , которое подается на. вход операционного усилителя 1, осуществляющего имитацию движения частиц потока по первой половине длины зоны конденсации. 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 вькодной 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 блока 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 длины зоны конденсации. Причем выходной электрический сигнал сумматора 2 имитирует температуру охлаждающей воды на выходе из зоны конденсации OWK 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 пароврздушной смеси на выходе из зоны охлаж. Дания и подается на вход блока 17 и через него на вход сумматора 10. Выходной электрический сигнал сумматора 10 имитирует давление парово 5:1ушной смеси в теплообменном

аппарауе Р и подается на вход блока 18. Причем выходной снгнал блока 18-имитирует температуру паровоздУшной смеси на линии аасышеиия. Этот сигнал подается на входы масштабных сумматоров 6 и 8 -и инверто-. ра 11. Причем выходной электрический сигнал инвертора 11 подается на входа блоков 19-и 20. Это вызывает соответствутшй переходный процесс в элементах схемы, который происходит до тех пор, пока схема устройства не войдет в равновесное состоя..ние. . .: .,..., - -....:

При изменении скорости /греющего теплоносителя осуществляется изменение напряжения Uw0n имитирующего скорость теплоносите-пя CoJ- что вызывает переходный процесс во всех элементах устройства.аналогичный описанному вьвие.

. При изменении скорости нагреваемого потока осуществляются изменения соответственно вел.ичины переменных сопротивлений 22 и :Переменных конденсаторов 23,KOTopire приводят к переходным процессам в устройстве и, следовательно, к изменению выходных Напряжений, имитирукицих температуру охлаждающей воды на выходе из теплообменного аппарата в ц и давление паровоздушной смеси в annaf -рате.; . -}. -; ; . . .: : ,

При изменении расхода воздуха, поступающего в теплообменный аппарат, изменяется напряжение на

.выходе в операционный усилитель 3.

Это вызывает изменения давления и

:температуры паровоздушной смеси РК и ws , что приводит, к переходные процессам устройсвва аналогично описанным выше. .

При изменении производительности

0 устройстаэа, отсасывающего воздух, который поступает в теплообменный аппарат, осуществляются и зменения переменного конденсатора 24 « входного масштабного резистора 25 операционного усилителя 3, приво5дит к. изменению давления и Tet ieратуры паровоздушной РК HVv. Это приводит к переходным процессам

в уст ройстве аналогйчнЬго описанi HfcM выше.,

0

Таким образом, предложенное устройство для моделирования по сравнению с известным устройством обес печивает повьшение точности воспроизведения моделируемых процессов,

5 что позволяет осуществить моделирование процесса передачи тепла от

П еющёгр теплоносителя,-йоторый претерпевает процесс фазового перехода (конденсацию) в присутствии

0 воздуха, находящегося в паровом

:ме, к нагреваемому потоку..