×

Вы используете устаревший браузер Internet Explorer. Некоторые функции сайта им не поддерживаются.

Рекомендуем установить один из следующих браузеров: Firefox, Opera или Chrome.

Контактная информация

+7-863-218-40-00 доб.200-80
ivdon3@bk.ru

Влияние вариаций входных параметров на режим работы теплообменной системы

Аннотация

Л.Н. Клянина, Е.Г. Корабельников

Дата поступления статьи: 18.11.2013

"Динамический режим работы теплообменников характерен для ряда технологических тепловых установок, а так же систем воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Технологически заданный алгоритм управления режимом работы теплообменников на практике реализуется средствами ручного или автоматического регулирования по одному или нескольким управляющим параметрам. Очевидно, что наиболее эффективный в энергетическом и технико-экономическом отношении алгоритм управления динамическим режимом работы теплообменника может быть выявлен только в виде анализа соответствующей математической модели. В статье рассматривается математическая модель динамического режима работы системы теплообменников с естественной циркуляцией воздуха. В качестве входных параметров рассматриваются температуры холодного и горячего потоков воздуха. Моделируются изменения на входах теплообменников и находятся пределы, в которых эти изменения не повлияют на работу всей системы. Для того чтобы температура на i-том ТО не изменилась, коэффициент изменения должен стремиться к нулю, так как все остальные величины ограничены техническими параметрами системы. "

Ключевые слова: потери теплоты в окружающую среду, начальная температура горячего (холодного) потока, конечная температура горячего (холодного) потока, пределы изменения горячего, холодного потока

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Динамический режим работы теплообменников характерен для ряда технологических тепловых установок, а так же систем воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Технологически заданный алгоритм управления режимом работы теплообменников на практике реализуется средствами ручного или автоматического регулирования по одному или нескольким управляющим параметрам. Очевидно, что наиболее эффективный в энергетическом и технико-экономическом отношении алгоритм управления динамическим режимом работы теплообменника может быть выявлен только в виде решения соответствующей математической модели.
В [1] рассматривается математическая модель динамического режима работы теплообменников. Информационная структура процесса теплообмена представлена следующей схемой, рис.1.


Подпись: входные переменныеПодпись: выходные переменные




Рис.1. Схема информационной структуры теплообмена.

aг (aх) – коэффициенты теплопередачи со стороны горячего (холодного) потока
δ- толщина стенки
λ- теплопроводность стенки
F- поверхность теплообмена
Qпот –потери теплоты в окружающую среду.
Гнн) – начальная температура горячего (холодного) потока.
Гкк) – конечная температура горячего (холодного) потока.
Gг (Gх)-массовый расход горячего ( холодного ) потока
сгх) – теплоёмкость горячего ( холодного ) потока.
Упрощенная схема процесса передачи теплоты  на I-той ступени предлагается в [2 ].
   (1)                              
  (2)                     
    (3)                                
   (4), где                    
Qi –количество теплоты передаваемой холодному потоку на I-той ступени,
λi-теплоёмкость горячего потока,
Wi-водяной эквивалент горячего потока,
Гii)-температура горячего ( холодного ) потока на I-той ступени, рис.2.


 

 

 

              Х                                                                Хi         G                                                  
Г1                                                     Гi

 


Рис.2. Схема теплообменной системы с естественной циркуляцией продуктов сгорания.

Предлагаемый в [2] подход позволяет получить решения, определяющие влияние величины изменения входных параметров среды на ее выходные параметры.
Решим (1), (2), (4) откуда
, (5)               
где            
Рассмотрим изменения входных параметров в уравнении (5). Найдем интервалы в пределах, которых температура горячего потока Гi не будет меняться.
Пусть G=G+ΔG. Исследуем изменения в уравнении (5)
(6)
 
Для того чтобы температура на i-том ТО не изменилась, коэффициент изменения должен стремиться к нулю, так как все остальные величины ограничены техническими параметрами системы. Пусть он будет равен a, где a- величина бесконечно малая и стремится к нулю. Тогда, если массовый расход горячего потока изменится на величину

температура на i-том ТО останется неизменной. Решив неравенство относительно ΔG получим:
.
При α→0 интервал изменения для ΔG ,
Очевидно, что изменения в пределах этого интервала не повлияют на температуру горячего потока.
Пусть температура горячего потока на предыдущей ступени изменится на Δi-1 , как это повлияет на i-тый ТО?

Подставив значения в уравнение (5), получим
, (7)       
После преобразования получим линейную зависимость Гi от Δi-1.
.
Найдем пределы изменения для Δi-1
.
Рассмотрим случай изменения температуры холодного потока Х на величину Δ

.   (8)
После преобразования
,
откуда интервал для Δ

Зависимости (6),(7),(8) устанавливают так же интервалы изменения параметров теплообменивающихся сред, при которых изменение выходных параметров не превышает заданных значений.

Литература:

  1. Кафаров В. В., Мешалкин В. П., Гурьева Л. В.  Оптимизация теплообменных процессов и систем. –  М.: Энергоатомиздат, 1988, 191 с.
  2. Каневец Г.Е., Обобщенные методы расчета теплообменников. –  К.: Наук. думка, 1979, 352 с.
  3. Василенко А.И., Новгородский Е.Е. Оптимизация аэродинамических систем комплексного использования теплоты [Тескт]: Монография/ А.И. Василенко – Ростов-н/Д,: Рост. гос. строит. ун–т, 1999. – 175с.
  4. Гапонов В.Л., Медиокритский Е.Л., Новгородский Е.Е. Зашита окружающей среды при технологическом использовании продуктов сгорания теплообменными системами [Тескт]: Монография/В.Л. Гапонов. – РГАСХМ. Ростов н/Д, 1998. –268с. – ISBN 5-89071-042-7
  5. Новгородский Е.Е., Василенко А.И., Корабельников Е.Г. Оптимизация поперечных сечений линий связи установок комплексного использования теплоты [Текст]//  Проблемы энергосбережения и экологии при использовании углеводородных топлив. Сборник трудов международной конференции. Часть 1. –  Ростов-на-Дону: Рост.гос. строит. ун-т. 2000. – с.66–70.
  6. Новгородский Е.Е., Василенко А.И., Корабельников Е.Г. Расчет оптимальных конструкционных параметров теплообменных аппаратов [Текст]//  В сб. Седьмая Всероссийская школа-коллоквиум по стохастическим методам. Тезисы докладов. М.: ТВП, 2000, с.397-398.
  7. Смирнов Р.В., Бахвалов Б.Ю. Математическое моделирование  теплообменных процессов в энергосберегающих гелиоустановках. Республики [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, №1. – Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n1y2012/677 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.
  8. Grantham Stephanie, Household energy consumption, conservation & efficiency. Literature Review / Alice Solar City: Literature Review, 2010.  43p.(http://www.alicesolarcity.com.au/sites/default/files)
  9. Керимов И.А., Дебиев М.В, Магомадов Р. А-М, Хамсуркаев Х.И. Ресурсы солнечной и ветровой энергии Чеченской Республики [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, №1. – Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n1y2012/677 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.
  10.  A literature review on Energy Innovation Systems Structure of an emerging scholarly field and its future research directions / Bernhard Truffer, Jochen Markard, Christian Binz, Staffan Jacobsson. – 2012, November. -  40p. (http://www.eis-all.dk/upload/eis/eis_radarpaper_final.pdf).