Устройство для моделирования процесса теплопередачи в теплообменном аппарате

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 23.10.78 (2! ) 2676223/18 -24 с присоединением заявки РЙ— (23)ПриоритетОпубликовано 30.12.80. Бюллетень Рй 48

Дата опубликования описания 30.12.80

Союз Советских

Соцмалистнческмх

Республик

1 >792268

1 .б: 3 (5t)M. Кл.

G 06 G 7/56

Воударстеенный комитет

СССР ао делам изобретений и открытий (53) УДК 681333 (088.8) В. А. Еременко, Ю. К. Иванов, А. С. Карасик, П. А. Соколов и Г. М. Файкин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ТЕПЛООБМЕННОМ АППАРАТЕ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для моделирования процесса передачи теп-. ла от гре1ощего теплоносителя к нагреваемому потоку в теплообменном аппарате, в частности процесса тепло-массообмена в теплоэнергетических агрегатах судовых энергетических установок.

Известно устройство для моделирования процесса теплопередачи в кипятильном теплообменном аппарате, реализованное в виде последовательно соединенных RC-звеньев, которые на основе электротермической аналогии имити-, руют процесс теплолередачи в данном аппарате (1).

Однако это устройство не обеспечивает точного моделирования процесса передачи тепла от греющего теплоносителя к нагреваемому потоку, претерпеваюшему фазовое превращение, так как имитация процесса фазового перехода теплоносителя на испарительном участке теплообменного аппарата осуществляется косвенным путем через имитацию процесса нагрева двухфазного теплоносителя. При этом принимается условие идеального перемешивания двухфазной среды в обьеме и тем самым не учитывается распределенность параметров и дополнительно снижается точность воспроизведения процесса в устройстве для моделирования;

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство, имеющев своей целью точное воспроизведение процесса передачи тепла от греющего теплоносителя к нагреваемому потоку в теплообменном аппарате, построенное на основе электротермической аналогии и выполненное в виде т1 послодовательно соединенных модулирующих блоков (2).

Однако это устройство не позволяет имити- ровать процесс теплопередачи в теплообменном аппарате, если нагреваемый теплоноситель претерпевает фазовое превращение, которое имеет место в ряде технических устройств, например парогенераторах н котлах, Целью изобретения является обеспечение возможности воспроизведения процесса тенлопередачи в теплообменном аппарате при нали2268

3 79 чии фазового перехода нагреваемого теплоносителя.

Для достижения этой цели в устройство для моделирования процесса теплопередачи в теплообменном аппарате, выполненное в виде 11 последовательно включенных блоков моделирования участков теплообменного аппарата, каждый из которых содержит четыре операционных усилителя, выход каждого из которых через резистор и переменный конденсатор соединен с входом этого операционного усилителя, и RC-четырехполюсник, причем в каждом блоке моделирования участков теплообменного аппарата выход первого операционного усилителя подключен к первому входу

RC-четырехполюсника, а входы первого и второго операционных усилителей каждого последующего блока моделировании участка теплообменного аппарата подключены соответственно к выходам третьего и четвертого операционных усилителей предыдущего блока моделирования участка теплообменного аппарата, в каждом иэ которых выход первого операционного усилителя соединен с первым входом третьего операционного усилителя, второй вход которого подключен к выходу ЯСчетырехполюсника, дополнительно введен вычислительный блок, а в каждый блок моделирования участка теплообменного аппарата .дополнительно введены три масштабирующих усилителя, умножитель и усилитель, причем выход RC-четырехполюсника соецинен с первыми входами первого и второго масштабирующих усилителей, выходы которых соединены соответственно с входами делителя, выход которого соединен с входом четвертого операционного усилителя, выход первого масштабирующего усилителя соединен с входом третьего масштабирующего усилителя, выход второго операционного усилителя соединен сп вторым входом умножителя, а выход умножителя подключен ко второму входу второго масштабирующего усилителя, выход третьего операционного усилителя последнего блока моделирования участка теплообменного аппарата являются выходами устройства, выходы четвертого операционного и третьего масштабирующего усилителей последнего, блока моделирования участка разбиения соединены соответственно со вторым и третьим входами вычислительного блока, второй выход которого соединен с третьими входами первых масштабирующих усилителей и со вторыми входами

RC ÷åòûðåõïîëþcHHêîâ всех блоков моделирования участков теплообменного аппарата и вычислительньш блок содержит умножители, квадратор, масштабирующий усилитель и функциональный преобразователь, причем входы умножителя являются соответственно вторым и третьим входами вычислительного блока, 5

3S

55 а выход умножителя связан с входами квадратора, выход которого соединен с первым входом масштабирующего усилителя, второй вход которого является первым входом вычислительного блока, а выход масштабирующего усилителя является первым выходом вычислительного блока и соединен с входом функционального преобразователя, выход которого является вторым выходом вычислительного блока.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит блоки 1-1п моделирования участков теплообменного аппарата, вычислительный блок 2, операционные усилители 3-6, RC-четырехполюсник 7, масштабирующие усилители 8, 9 и 10, умножитель 11, делитель 12, умножитель 13 вычислительного блока, квадратор 14, масштабирующий усилитель 15 вычислительного блока и функциональный преобразователь 16.

Устройство работает следующим образом.

При изменении значения входной температуры греющего теплоносителя изменяется величина входного напряжения 0 . На RC-схеме с включенным в нее операционным усилителем 3 осуществляется имитация движения греющего теплоносителя по первой половине длины участка разбиения теплообменного аппарата.

Выходной сигнал усилителя 3 подается на вход

Т-образного RC-четырехполюсника 7, электрический выходной сигнал которого имитирует температуру стенки на участке разбиения аппарата. Выходной сигнал усилителя 3 так же, как и выходной сигнал RC-четырехполюсника подаются на вход RC-схемы с включенным в нее усилителем 5, выходной сигнал которого имитирует изменение температуры греющего теплоносителя на выходе участка разбиения и является входом последующего моделирующего блока. Одновременно выходной сигнал

RC-четырехполюсника подается на вход масштабирующего усилителя 8, выход которого подключен на вход масштабирующего операционного усилителя 10 и делителя 12.

Выходной сигнал усилителя 10 имитирует изменение скорости газообразной фазы двухфазного теплоносителя на участке разбиения аппарата и является входом последующего блока моделировании участка теплообменного аппарата, а выходной сигнал депительного устройства подается на вход RC-схемы свклю. ченным в нее операционным усилителем 6, которая осуществляет имитацию движения нагреваемого двухфазного теплоносителя по второй половине длины участка разбиения аппарата.

Выход усилителя 6 имитирует изменение величины доли сечения теплообменного аппарата, занятого газообразной фазой двухфазного

79226 l0

25

ЗО

45 потока, и является также входом последующего модулирующего блока, При этом работа всех последующих моделирующих блоков устройства будет осуществляться аналогично, а выходные электрические сигналы Vl блока будут имитировать изменения соответственно температуры греющего теплоносителя скорости и доли сечения канала аппарата, занятого газообразной фазой двухфазного потока, на выходе из теплообменного аппарата. Кроме того, последние два сигнала подаются на вход умножителя 13 вычислительного блока, а его выходной электрический сигнал имитирует изменение расхода газообразной фазы и подается на вход квадратора 14 вычислительного блока. Выход квадратора 14 подключен к входу масштабирующего операционного усилителя 15 вычислительного блока, выходной сигнал Ор которого имитирует изменение давления двухфазной среды, Кроме того, выход усилителя 15 подключен на вход функционального преобразователя 16, выходной сигнал которого имитирует изменение температуры двухфазной среды на линии насыщения и подключен на входы

RC-четырехполюсннка н масштабируюшнх усилителей 8 и 9 каждого из моделирующих блоков, что вызывает соответствующий переходный процесс в блоках„аналогичный описанному выше, который происходит до тех пор, пока схема устройства не войдет в равновесное состояние.

Прн изменении значения доли сечения канала аппарата, занятого газообразной фазой, на входе производится изменение входного напряжения Q .На RC-схеме с включенным в нее операционным усилителем 4 осуществляется имитация движения частиц двухфазного теплоносителя по первой половине длины участка разбиения теплообменного аппарата. Выходной сигнал усилителя 4 подается на вход умножителя 11, выход которого подсоединен к входу масштабируюшего усилителя 9. Выход последнего подключен к входу делителя 12 устройства, выходной сигнал которого поступает на вход ЯС-схемы с включенным в нее операционным усилителем 6, имитирующим движение частиц двухфазного теплоносителя по второй половине длины участка разбиения аппарата.

При этом выход усйлителя 6 имитирует изменение величины доли сечения канала теплообменного аппарата, занятого газообразной фазой двухфазного потока, и является входом последующего блока моделирования участка теплообменного аппарата. Работа всех последующих блоков осуществляется аналогично, а выходной электрический сигнал 0 р„имитирует изменение доли сечения канала аппарата, занятого газообразной фазой двухфазного теплоносителя. Последний сигнал подается на

8 6 вход выч>пательного блока, и схема устройства далее работает аналогично описанному выше.

При изменении скорости движения газообразной фазы на входе в теплообменный аппарат производится изменение входного напряжения 0д„о, что вызывает соответствующий переходный процесс во всех моделирующих блоках, а затем вычислительный блок и схема работают аналогично описанному выше.

При изменении противодавления, на которое работает теплообменный аппарат, производится изменение напряжения Upn на входе в масштабирующий усилитель 15, выходной электрический сигнал которого имитирует изменение давления среды, претерпевающей фаэовое превращение, а следовательно, и температуры среды на линии насьпцения, что вызывает переходный процесс во всех моделирующих блоках. Далее работа схемы устройства происходит аналогично описанному выше.

При исключении из схемы устройства усилителей 3 и 5 и задания величины напряжения на входе RC-четырехполюсник, имитирующего температуру греющего теплоносителя, получается схема устройства для моделирования процесса теплопередачн в теплообменном аппа.рате с постоянной температурой греющего теплоносителя.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает воспроизведение процесса теплопередачи в теплообменном аппарате при фазовом преврашении нагреваемого теплоносителя.

Формула изобретения

1. Устройство для моделирования процесса теплопередачи в теплообменном аппарате, выполненное в виде И последовательно включенных блоков моделирования участков теплообменного аппарата, каждый нз которых содержит четыре операционных усилителя, выход каждого нэ которых через резистор и переменный конденсатор соединен с входом этого операционного усилителя, н RC-четырехполюсннка, причем в каждом блоке моделирования участков теплообменного аппарата выход первого операционного усилителя подключен к первому входу RC-четырехполюсника, а входы первого и второго операционных усилителей каждого последующего блока моделирования участка теплообменного аппарата подключены соответственно к выходам третьего н четвертого операционных усилителей предыдущего блока моделирования участка теплообменного аппарата, в каждом из которых выход первого операционного усилителя сое7 79226 динен с первым входом третьего операционного усилителя, второй вход которого подключен к выходу RC-четырехполюсника, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет учета фазового превращения нагреваемого теплоносителя, в него дополнительно введен вычислительный блок, а в каждый блок моделирований участка теплообменного аппарата дополнительно введены три масштабирующих усилителя, ум- g ножитель и делитель, причем выход RC-четырехполюсника соединен с первыми входами первого и второго масштабирующих усилителей, выходы которых соединены соответственно с входами делителя, выход которого соединен д с входом четвертого операционного усилителя, выход первого масштабирующего усилителя соединен с входом третьего масштабирующего усилителя, выход второго операционного усилителя соединен со вторым входом умножителя„ о выход которого подключен ко второму входу второго масштабирующего усилителя, выход третьего масштабирующего усилителя каждого предыдущего блока моделирования участка теплообменного аппарата соединен со вторым входом первого масштабирующего усилителя и с первым входом умножителя последующего блока моделирования участка разбиения, первый вход вычислительного блока, входы первого и второго операционных усилителей и третий. вход первого масштабирующего усилителя первого блока моделирования участка теплообменного аппарата являются входами устройства, а первый выход вычислительного блока и выход третьего операционного усили8 8 теля последнего блока моделирования участка теплообменного аппарата являются выходами устройства, выходы четвертого операционного и третьего масштабирующего усилителей последнего блока моделирования участка разбиения соединены соответственно со вторым и третьим входами первых масштабирующих усилителей и со вторыми входами RC-четырехполюсников всех блоков моделирования участков теплообменного аппарата.

2.Устройство поп. 1, о тли чающ е е с я тем, что вычислительный блок содержит умножители, квадратор масштабирующий усилитель и функциональный преобразователь, причем входы умножителя являются соответственно вторым и третьим входами вычислительного блока, а выход умножителя связи со входом квадратора, выход которого соединен с первым входом масштабирующего усилителя, второй вход которого является первым входом вычислительного блока, а выход масштабирующего усилителя является первым выходом вычислительного блока и соединен со входом функционального преобразователя, выход которого является вторым выходом вычислительного блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Динамические характеристики промышленных объектов регулирования Под ред.

В.М.Рущинского. М.,"Иностранная литература, 1960, с. 43 - 73.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке

У 2537230/18-24, кл. G 06 G 7/56, 1977 (прототип).