Устройство для моделирования теплообменника

Устройство для моделирования теплообменника

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

295I23

ОПИCAНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Воюв Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 16Х1.1969 (№ 1337817/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 04.11.1971. Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 29.IV.1971

МПК IG 0&g 7/56

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 681.333(088.8) Авторы изобретения

М. А. Гуревич и Б. А. Верхорубов

Заявитель

УСТРОИСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕННИКА

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 решения 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 ка налов 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 пере пада температур через вторые блоки,множе ния 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 — пред10 ставлена схема разбиения теплообменника на три ступени (участка) .

Интеграторы 1 и 2 моделируют накопители тепла первого и второго теплоносителей, а их выходные напряжения — запасы тепла. Ин15 теграторы 3 моделируют накопители тепла стенки, а их выходные напряжения — также запасы тепла. Блоки 4 — б умножения на постоянный коэффициент моделируют температуры теплоносителей Т, и Тз и температуру

20 стенки Тз. Напряжения на вЫходе сумматоров 7 и 8 моделируют приращение температуры первого и второго теплоносителей, а на выходе сумматоров 9 и 10 — разность температур, соответственно, между первым и вто25 рым теплоносителями и стенкой. Напряжения на выходе блоков 11 и 12 умножения переменных моделируют тепловые потоки на охлаждение первого теплоносителя Q, и на нагрев второго Q . Блоки I8 и 14 умножения на поЗ0 стоянный коэффициент моделируют тепловые

295123

30

L= le +

60 потоки оТ первого теплоносителя к стенкеQ1 2 и от стенки ко второму теплоносителю

ЯЗ вЂ” 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 G теплоносителей поданы на вход блоков 11 и 12. Напряжения, имитирующие входные температуры Т1 „и Т „-, поданы на вход сумматоров 7 и 8. Напряжения на выходе блоков 4 и б третьего участка имитйруют выходные -темпераT) pb1 IILpBOI 0 Т, „„, H второго Тг „„., TeIIJIOHOсителей теплоабменника.

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

Колйчество" сТ 1теней участков), как и количеМ Ф у Жем ф для примера равно- тр6ж;. рдфщф ф,. р ок тепла Яь отдаваемого на первом участке первым теплоносителем, равен размети температур Т1,, и T,, умноженной на теплоемкость С1 и расход GI.

Именно такая связь между указанными параметрами реализована соединением блоков 7, 18 и 11 по приведенной схеме. Соответственно, связь между параметрами Q21, Сг, 112, Тг и

Тг „,,- реализована соединением блоков 8, 19 и 12 по приведенной схеме. Тепловой поток от первого теплоносителя к стенке Q пропорционален разности температур теплоносителя

Т и стенки Т . Именно такая связь между

1 указанными параметрами реализована соединением блоков 9 и 18 по приведенной схеме.

Соответственно, связь между параметрами

Я г, Т, Т реализована соединением блоков

10, 14 по приведенной схеме.

Запас тепла первого теплоносителя íà 1 участке равен интегралу результирующего теплового потока — разности потоков Q u

Q1 . Именно такая связь между указанными параметрами реализована соединением блоков 11, 15, 18, 1. Соответственно, связь между параметрами Q, Q 1, и запасом тепла второго теплоносителя реализована соединением блоков 12, 1б, 14, 2. Запас тепла стенки на 1 участке равен интегралу результ ирующеготеплОВОГО потока — разности потоков Q,, и Я3

Именно такая связь между указанными параметрами реализована соединением блоков

18, 14, 17 и 8. Запас тепла теплоносителей и стенки представляет собой произведение соответствующих масс, приходящихся на перст, rn mq, вый участок — = — !, температур Т„Т 3 3 3)

Т и теплоемкостей С1, Сг, С1. Поэтому для 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 б.

Аналогично можно показать справедливость модели для второго и третьего участков.

Приращение температуры на участке равно разности меду температурой теплоносителя на предыдущем и рассматриваемом участках.

Именна такая связь между указанными параметрами реализована соединением выходов блоков 4 и б с входами сумматоров 7 и 8 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, б, 18 и 14.

Приведенная длина рассчитывается по формуле где S — поверхность теплопередачи на единицу длины теплообменника; 1 — длина теплообменника; .К вЂ” 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.

295123

Жиз. >

Составитечь Е. В. Тимохина

Техред Т. П. Курилко Корректор А. П. Васильева

Редактор В. С. Левитов

Типография, пр. Сапунова, 2

;5аказ 866/2 Изд. № 294 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4, 5