УСТРОЙСТВО для МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕННИКА Советский патент 1971 года по МПК G06G7/56 

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники.

Устройства для моделирования объектов с учетом распределенности параметров известны. Однако эти устройства представляют модель только одного канала и не отражают физической сущности протекающих явлений. Известные устройства представляют собой фактически средство для рещения уравнения, Связывающего только два параметра (входной и выходной), и не дают возможности получить информацию о значении параметра в промежуточной точке по длине объекта.

Предложенное устройство для моделирования прямоточного теплообменника, выполненное в виде участков по приведенной длине теплообменника, отличается от известных тем, что, с целью упрощения получения статических и динамических характеристик любых каналов и увеличения точности в нем в каждом из участков выходы сумматоров результирующего теплового потока соединены со входами интеграторов - накопителей тепла теплоносителей и стенки, выходы которых через блоки умножения на постоянный коэффициент соединены со входами сумматоров пе репада температур. Выходы сумматоров иере пада температур через вторые блоки умноже кия на постоянный коэффициент соединены со входами сумматоров результирующего потока, а выходы сумматоров приращения температур через третьи блоки умножения на постоянный коэффициент - со входами блоков умножения, выходы которых соединены со входами сумматоров результирующего потока.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства, составленная для примера из трех аналогичных участков; на фиг. 2-представлена схема разбиения теплообменника на три ступени (участка).

Интеграторы 1 и 2 моделируют накопители тепла первого и второго теплоносителей, а их выходные напряжения - запасы тепла. Интеграторы 3 моделируют накопители тепла стенки, а их выходные напряжения - также запасы тепла. Блоки 4-6 умножения на постоянный коэффициент моделируют температуры теплоносителей Ti и и температуру

стенки Тз- Напряжения на выходе сумматоров 7 и 5 моделируют ириращение температуры первого и второго теплоносителей, а на выходе сумматоров 9 и 10 - разность температур, соответственно, между первым и вторым теплоносителями и стенкой. Напряжения на выходе блоков // и 12 умножения переменных моделируют тепловые потоки на охлажа:ение первого теплоносителя Qi и на нагрев второго Q2. Блоки 13 и 14 умножения на попотоки от первого теплоносителя к стенкеQi-j и от стенки ко второму теплоносителкз

(Эз-2.

Результирующие тепловые потоки, связанные с теплоносителями и стенкой, моделируются напряжениями на выходе сумматоров 15-17. Блоки 18, 19 умножения на-постоянный коэффициент моделируют поток тепла, вносимый единичным расходом первого и второго теплоносителей. Напряжения, имитирующие расходы первого GI и второго G2 теплоносителей поданы на вход блоков 11 и 12. Напряжения, имитирующие входные температуры Г их и 2 DX, поданы на вход сумматоров 7 и S. Напряжения на выходе блоков 4 н 6 третьего участка имитйруют выходные -температуры первого TiBbix и второго вых теплоносителей теплообменника. .

Заменим непрерывные эпюры изменения температур-- -теплоносителей -ii стенки ступенчатыми.

Ko JiHrecTB p СтуНейЙ1 %частков), как иколичеЙ: 1((&ем для примера раъHO- Tpest,i-)(. тепла Q отдаваемого на .Ччастке первьш теплоносителем, равен|)азТОсти температур Ti вх и Т{, умно жённои н а теп11оёмкость С1 ирасход Gi. Именно такая связь между указанными параметрами реализована соединением блоков 7, 18 и 11 по приведенной схеме. Соответственно, связь меладу параметрами Q , Сч, GZ, Т и TzBx реализована соединением блоков 5, 19 и 12 по приведенной схеме. Тепловой поток от первого теплоносителя к стенке пропорционален разности температур теплоносителя Т и стенки Г|. Именно такая связь между указанными параметрами реализована соединением блоков 9 и /5 по приведенной схеме.

Соответственно, связь между параметрами 3-2 реализована соединением блоков 10, 14 по приведенной схеме.

Запас тенла первого теплоносителя на / участке равен интегралу результирующего теплового потока - разности потоков Q и Qiis- Именно такая связь между указанными параметрами реализована соединением блоков 11, 15, 13, 1. Соответственно, связь между параметрами Q2, QS-Z запасом тепла второго теплоносителя реализована .соединением блоков 12, 16, 14, 2. Запас тепла стенки на / участке равен иитегралу результирующего теплового потока-разности потоков Qjlg и QaijИменно такая связь между указанными параметрами реализована соединением блоков 13, 14, 17 и 3. Запас тепла теплоносителей и стенки представляет собой произведение соответствующих масс, приходящихся на перт, гп; Щ т TI

3 t 3 j vL

выи участок

определения температур теплоносителей и стенки необходимо соответствующие запасы разделить на произведение массы на теплоемкость. Именно такая связь между указанными параметрами реализована блоками 4, 5 и 6.

Аналогично можно показать справедливость модели для второго и третьего участков. Приращение температуры на участке равно разности меду температурой теплоносителя . на. предыдущем и рассматриваемом участках. Именно такая связь между указанными параметрами реализована соединением выходов блоков 4 и 5 с входами сум.маторов 7 и S и т. д.

Таким образом, предлагаемое устройство полностью отражает физическую сущность прямоточного теплообменника, является моделью теплообменника.

Точность модели возрастает с увеличением количества ступеней аппроксимации - участков схемы. При этом приведенная принципиальная схема дополняется участками, аналогичными второму, промежуточному участку, и соответственно меняются значения коэффициентов, выставляемых на блоках 4, 5, 6, 13 и 14.

Приведенная длина рассчитывается по формуле

/ 11

L /5/C(

GiCiGaCa

где 5 - поверхность теплопередачи на единицу длины теплообменника; / - длина теплообменника; /С - коэффициент теплопередачи.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования теплообменника, выполненное в виде участков по приведенной длине теплообменника, содержащее сумматоры, интеграторы и блоки умножения, отличающееся тем, что, с целью упрощения

устройства, получения статических и динамических характеристик любых каналов и увеличения точности устройства, в нем в каждом из участков выходы сумматоров результирующего теплового потока соединены со входами

интеграторов-накопителей тепла теплоносителей и стенки, выходы которых через блоки умножения на постоянной коэффициент соединены со входами сумматоров перепада температур; выходы сумматоров перепада температур через вторые блоки умножения на постоянный коэффициент соединены со входами сумматоров результирующего потока; выходы сумматоров приращения температур через третьи блоки умножения на постоянный коэффициент соединены со входами блоков

умножения, выходы которых соединены со входами сумматоров результирующего потока.

fuZ-l