التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة

"إذا قرأت النقش" الجاموس "على قفص فيل فلا تصدق عينيك" كوزما بروتكوف

فى السابق مقال عن التصميم المستند إلى النموذج تم توضيح سبب الحاجة إلى نموذج كائن ، وثبت أنه بدون هذا النموذج الكائني يمكن للمرء أن يتحدث عن التصميم القائم على النموذج فقط كعاصفة تسويقية ، بلا معنى ولا ترحم. ولكن عندما يظهر نموذج لشيء ما ، يكون لدى المهندسين الأكفاء دائمًا سؤال معقول: ما هو الدليل الموجود على أن النموذج الرياضي لجسم ما يتوافق مع كائن حقيقي.

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة

يرد مثال على إجابة هذا السؤال في مقال حول التصميم المستند إلى النموذج للمحرك الكهربائي. في هذه المقالة ، سننظر في مثال على إنشاء نموذج لأنظمة تكييف الهواء للطائرات ، مع تخفيف الممارسة ببعض الاعتبارات النظرية ذات الطبيعة العامة.

إنشاء نموذج كائن موثوق. نظرية

من أجل عدم سحب المطاط ، سأخبرك على الفور عن خوارزمية إنشاء نموذج للتصميم القائم على النموذج. تتكون من ثلاث خطوات بسيطة فقط:

الخطوة 1. تطوير نظام المعادلات التفاضلية الجبرية التي تصف السلوك الديناميكي للأنظمة المحاكاة. من السهل إذا كنت تعرف فيزياء العملية. لقد طور لنا العديد من العلماء بالفعل القوانين الفيزيائية الأساسية لاسم نيوتن وبرينولي ونافير ستوكس وغيرها من البوصلات ورابينوفيتش ستانجلز.

الخطوة 2. حدد في النظام الناتج مجموعة من المعاملات التجريبية وخصائص كائن النمذجة ، والتي يمكن الحصول عليها من الاختبارات.

الخطوة 3. اختبار الكائن وضبط النموذج بناءً على نتائج التجارب الميدانية بحيث يتوافق مع الواقع ، مع الدرجة المطلوبة من التفاصيل.

كما ترى ، مثل اثنين ثلاثة.

مثال على التنفيذ العملي

يرتبط نظام تكييف الهواء (ACS) في الطائرة بنظام صيانة الضغط الأوتوماتيكي. يجب أن يكون الضغط في الطائرة دائمًا أكبر من الضغط الخارجي ، بينما يجب أن يكون معدل تغيير الضغط بحيث لا ينزف الطيارون والركاب من الأنف والأذنين. لذلك ، يعد نظام التحكم في تدفق الهواء وتدفقه مهمًا للسلامة ، ويتم وضع أنظمة اختبار باهظة الثمن على الأرض لتطويره. إنهم يخلقون درجات حرارة وضغوطًا على ارتفاع الرحلة ، ويعيدون إنتاج أنماط الإقلاع والهبوط في مطارات على ارتفاعات مختلفة. وترتفع مسألة تطوير وتصحيح أنظمة التحكم الخاصة بـ VCS إلى ذروتها الكاملة. ما هي المدة التي سنقوم فيها بتشغيل منضدة الاختبار للحصول على نظام تحكم مرضٍ؟ من الواضح ، إذا قمنا بضبط نموذج التحكم على نموذج الكائن ، فيمكن تقليل دورة العمل على طاولة الاختبار بشكل كبير.

يتكون نظام تكييف الهواء في الطائرة من نفس المبادلات الحرارية مثل أي نظام حراري آخر. البطارية - هي أيضًا بطارية في إفريقيا ، فقط تكييف هواء. ولكن نظرًا للقيود المفروضة على وزن الإقلاع وأبعاد الطائرة ، فإن المبادلات الحرارية تكون مضغوطة قدر الإمكان وفعالة قدر الإمكان لنقل أكبر قدر ممكن من الحرارة بوزن أقل. نتيجة لذلك ، تصبح الهندسة غريبة تمامًا. كما في الحالة قيد النظر. يوضح الشكل 1 مبادل حراري للوحة يستخدم غشاء بين الألواح لتحسين نقل الحرارة. يتناوب المبرد الساخن والبارد في القنوات ، بينما يكون اتجاه التدفق عرضيًا. يتم توفير سائل تبريد واحد للقطع الأمامي والآخر إلى الجانب.

لحل مشكلة التحكم في SCR ، نحتاج إلى معرفة مقدار الحرارة المنقولة من وسيط إلى آخر في مثل هذا المبادل الحراري لكل وحدة زمنية. يعتمد معدل تغير درجة الحرارة على هذا ، والذي ننظمه.

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة
الشكل 1. مخطط مبادل حراري للطائرة.

مشاكل النمذجة. الجزء الهيدروليكي

للوهلة الأولى ، تكون المهمة بسيطة للغاية ، فمن الضروري حساب تدفق الكتلة عبر قنوات المبادل الحراري وتدفق الحرارة بين القنوات.
يتم حساب معدل تدفق كتلة سائل التبريد في القنوات باستخدام صيغة برنولي:

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة

حيث:
ΔP هو فرق الضغط بين نقطتين ؛
ξ هو معامل الاحتكاك لسائل التبريد ؛
L هو طول القناة ؛
د هو القطر الهيدروليكي للقناة ؛
ρ هي كثافة المبرد.
ω هي سرعة سائل التبريد في القناة.

للقناة ذات الشكل التعسفي ، يتم حساب القطر الهيدروليكي بالصيغة:

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة

حيث:
F هي منطقة مقطع المرور ؛
P هو محيط القناة المبلل.

يُحسب معامل الاحتكاك بواسطة الصيغ التجريبية ويعتمد على سرعة التدفق وخصائص المبرد. بالنسبة إلى الأشكال الهندسية المختلفة ، يتم الحصول على تبعيات مختلفة ، على سبيل المثال ، صيغة التدفق المضطرب في الأنابيب الملساء:

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة

حيث:
Re هو رقم رينولدز.

للتدفق في القنوات المسطحة ، يمكن استخدام الصيغة التالية:

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة

من معادلة برنولي ، يمكن للمرء حساب انخفاض الضغط لسرعة معينة ، أو العكس ، حساب سرعة المبرد في القناة ، وفقًا لانخفاض ضغط معين.

التبادل الحراري

يتم حساب تدفق الحرارة بين المبرد والجدار بالصيغة التالية:

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة

حيث:
α [W / (m2 × deg)] - معامل انتقال الحرارة ؛
F هي مساحة قسم التدفق.

بالنسبة لمشاكل تدفق ناقلات الحرارة في الأنابيب ، تم إجراء عدد كافٍ من الدراسات وهناك العديد من طرق الحساب ، وكقاعدة عامة ، كل شيء يعود إلى التبعيات التجريبية ، لمعامل نقل الحرارة α [W / ( م 2 × درجة)]

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة

حيث:
Nu هو رقم Nusselt ،
λ هي الموصلية الحرارية للسائل [W / (m × deg)] d هي القطر الهيدروليكي (المكافئ).

لحساب رقم Nusselt (المعيار) ، يتم استخدام تبعيات المعيار التجريبي ، على سبيل المثال ، تبدو صيغة حساب رقم Nusselt لأنبوب دائري كما يلي:

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة

هنا نرى بالفعل رقم رينولدز ورقم برانتل عند درجة حرارة الجدار ودرجة حرارة السائل ومعامل عدم الانتظام. (مصدر)

بالنسبة للمبادلات الحرارية للوحة المموجة ، تكون الصيغة متشابهة ( مصدر ):
التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة

حيث:
ن = 0.73 م = 0.43 للتدفق المضطرب ،
المعامل أ - يختلف من 0,065 إلى 0.6 اعتمادًا على عدد اللوحات ونظام التدفق.

نأخذ في الاعتبار أن هذا المعامل يحسب فقط لنقطة واحدة في التدفق. بالنسبة للنقطة التالية ، لدينا درجة حرارة سائل مختلفة (تم تسخينها أو تبريدها) ، ودرجة حرارة حائط مختلفة ، وبالتالي ، فإن جميع أرقام رينولدز ، وأرقام برانتل تطفو.

في هذه المرحلة ، سيقول أي عالم رياضيات أنه من المستحيل حساب نظام بالضبط يتغير فيه المعامل بمقدار 10 مرات ، وسيكون على حق.

سيقول أي مهندس عملي أن كل مبادل حراري يختلف في التصنيع ومن المستحيل حساب الأنظمة ، وسيكونون أيضًا على حق.

ماذا عن التصميم القائم على النموذج؟ هل ذهب كل شيء؟

سيبيع لك بائعو البرامج الغربية المتقدمون في هذا المكان أجهزة كمبيوتر عملاقة وأنظمة حساب ثلاثية الأبعاد ، مثل "لا مفر بدونها". وتحتاج إلى إجراء الحساب ليوم واحد للحصول على توزيع درجة الحرارة في غضون دقيقة واحدة.

من الواضح أن هذا ليس خيارنا ، فنحن بحاجة إلى تصحيح أخطاء نظام التحكم ، إن لم يكن في الوقت الفعلي ، فعلى الأقل في المستقبل المنظور.

الحل بدس

يتم تصنيع مبادل حراري ، وإجراء سلسلة من الاختبارات ، ويتم تعيين جدول كفاءة درجة حرارة ثابتة عند معدلات تدفق حامل حراري معينة. بسيطة وسريعة وموثوقة حيث تأتي البيانات من التجارب.

عيب هذا النهج هو أنه لا توجد خصائص ديناميكية للكائن. نعم ، نحن نعرف ما سيكون تدفق الحرارة المستقر ، لكننا لا نعرف كم من الوقت سيستغرق ضبطه عند التبديل من وضع تشغيل إلى آخر.

لذلك ، بعد حساب الخصائص الضرورية ، قمنا بإعداد نظام التحكم مباشرة أثناء الاختبارات ، والتي نود في البداية تجنبها.

النهج القائم على النموذج

لإنشاء نموذج مبادل حراري ديناميكي ، من الضروري استخدام بيانات الاختبار للتخلص من عدم اليقين في معادلات الحساب التجريبية - أرقام نسلت والمقاومة الهيدروليكية.

الحل بسيط ، مثل كل عبقري. نأخذ صيغة تجريبية ونجري تجارب ونحدد قيمة المعامل a ، وبالتالي نزيل عدم اليقين في الصيغة.

بمجرد أن نحصل على قيمة معينة لمعامل انتقال الحرارة ، يتم تحديد جميع المعلمات الأخرى بواسطة القوانين الفيزيائية الأساسية للحفظ. يحدد فرق درجة الحرارة ومعامل نقل الحرارة كمية الطاقة المنقولة إلى القناة لكل وحدة زمنية.

من خلال معرفة تدفق الطاقة ، من الممكن حل معادلات الحفاظ على كتلة الطاقة والزخم لسائل التبريد في القناة الهيدروليكية. على سبيل المثال هذا:

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة
بالنسبة لحالتنا ، يظل التدفق الحراري بين الجدار والمبرد Qwall غير محدد. يمكنك رؤية المزيد هنا…

وكذلك معادلة مشتق درجة الحرارة لجدار القناة:

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة
حيث:
∆Qwall هو الفرق بين التدفق الوارد والصادر إلى جدار القناة ؛
M هي كتلة جدار القناة ؛
تكلفة النقرة هي السعة الحرارية لمواد الجدار.

دقة النموذج

كما هو مذكور أعلاه ، في المبادل الحراري لدينا توزيع درجة الحرارة على سطح اللوحة. للحصول على قيمة الحالة المستقرة ، يمكن للمرء أن يأخذ المتوسط ​​فوق الألواح ويستخدمه ، ويعرض المبادل الحراري بأكمله كنقطة مركزة واحدة ، والتي عند انخفاض درجة حرارة واحدة ، يتم نقل الحرارة عبر كامل سطح المبادل الحراري. لكن بالنسبة للأنظمة العابرة ، قد لا يعمل مثل هذا التقريب. الطرف الآخر هو تكوين مئات الآلاف من النقاط وتحميل الكمبيوتر العملاق ، وهو ما لا يناسبنا أيضًا ، لأن المهمة هي إعداد نظام التحكم في الوقت الفعلي ، ويفضل أن يكون أسرع.

السؤال الذي يطرح نفسه ، كم عدد الأقسام التي يجب تقسيم المبادل الحراري إليها من أجل الحصول على دقة وسرعة مقبولة في الحساب؟

كما هو الحال دائمًا ، عن طريق الصدفة ، كان لدي نموذج لمبادل حراري أمين في متناول اليد. المبادل الحراري عبارة عن أنبوب ، يتدفق وسط تسخين في الأنابيب ، ويتدفق وسط ساخن بين الأكياس. لتبسيط المشكلة ، يمكن تمثيل أنبوب المبادل الحراري بالكامل كأنبوب مكافئ واحد ، ويمكن تمثيل الأنبوب نفسه كمجموعة من الخلايا الحسابية المنفصلة ، حيث يتم حساب نموذج نقل الحرارة في كل منها. يظهر رسم تخطيطي لنموذج خلية واحدة في الشكل 2. ترتبط قناة الهواء الساخن وقناة الهواء البارد عبر جدار ، مما يضمن نقل تدفق الحرارة بين القنوات.

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة
الشكل 2. نموذج لخلية مبادل حراري.

نموذج المبادل الحراري الأنبوبي قابل للتخصيص بسهولة. يمكنك تغيير معلمة واحدة فقط - عدد الأقسام على طول الأنبوب وإلقاء نظرة على نتائج الحساب للأقسام المختلفة. دعونا نحسب عدة خيارات ، بدءًا من التقسيم إلى 5 نقاط بطول الطول (الشكل 3) وحتى 100 نقطة بطول الطول (الشكل 4).

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة
الشكل 3. توزيع درجات الحرارة الثابتة من 5 نقاط محسوبة.

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة
الشكل 4. توزيع درجات الحرارة الثابتة من 100 نقاط محسوبة.

نتيجة الحسابات ، اتضح أن درجة حرارة الحالة المستقرة عند تقسيمها إلى 100 نقطة هي 67,7 درجة. وعند تقسيمها إلى 5 نقاط محسوبة ، تكون درجة الحرارة 72 درجة مئوية.

يتم أيضًا عرض سرعة الحساب بالنسبة إلى الوقت الفعلي في الجزء السفلي من النافذة.
دعونا نرى كيف تتغير درجة الحرارة الثابتة وسرعة الحساب اعتمادًا على عدد نقاط الحساب. يمكن استخدام الفرق في درجات حرارة الحالة المستقرة في العمليات الحسابية مع عدد مختلف من خلايا الحساب لتقييم دقة النتيجة التي تم الحصول عليها.

الجدول 1. اعتماد درجة الحرارة وسرعة الحساب على عدد نقاط الحساب على طول طول المبادل الحراري.

عدد النقاط المحسوبة درجة حرارة ثابتة سرعة الحساب
5 72,66 426
10 70.19 194
25 68.56 124
50 67.99 66
100 67.8 32

عند تحليل هذا الجدول ، يمكننا استخلاص الاستنتاجات التالية:

  • تنخفض سرعة الحساب بما يتناسب مع عدد نقاط الحساب في نموذج المبادل الحراري.
  • التغيير في دقة الحساب يحدث بشكل كبير. مع زيادة عدد النقاط ، يقل التحسين عند كل زيادة لاحقة.

في حالة المبادل الحراري للوحة مع تدفق متقاطع لسائل التبريد ، كما في الشكل 1 ، يكون إنشاء نموذج مكافئ من الخلايا الحسابية الأولية أكثر تعقيدًا بعض الشيء. نحن بحاجة إلى توصيل الخلايا بطريقة تنظم التدفق المتقاطع. بالنسبة إلى 4 خلايا ، سيبدو الرسم التخطيطي كما هو موضح في الشكل 5.

ينقسم تدفق المبرد على طول الفروع الساخنة والباردة إلى قناتين ، وترتبط القنوات من خلال الهياكل الحرارية ، بحيث عند المرور عبر القناة ، يتبادل المبرد الحرارة بقنوات مختلفة. بمحاكاة التدفق المتقاطع ، يتدفق المبرد الساخن من اليسار إلى اليمين (انظر الشكل 5) في كل قناة ، ويتبادل الحرارة بالتتابع مع قنوات المبرد البارد ، الذي يتدفق من الأسفل إلى الأعلى (انظر الشكل 5). تكون النقطة الأكثر سخونة في الزاوية اليسرى العليا ، حيث يتبادل المبرد الساخن الحرارة مع المبرد المسخن بالفعل للقناة الباردة. والأبرد في الجزء السفلي الأيمن ، حيث يقوم المبرد البارد بتبادل الحرارة مع المبرد الساخن ، والذي تم تبريده بالفعل في القسم الأول.

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة
الشكل 5. نموذج تدفق عبر 4 خلايا حسابية.

مثل هذا النموذج الخاص بالمبادل الحراري للوحة لا يأخذ في الاعتبار نقل الحرارة بين الخلايا بسبب التوصيل الحراري ولا يأخذ في الاعتبار خلط المبرد ، حيث يتم عزل كل قناة.

ولكن في حالتنا ، فإن القيد الأخير لا يقلل الدقة ، لأنه في تصميم المبادل الحراري ، يقسم الغشاء المموج التدفق إلى العديد من القنوات المعزولة على طول المبرد (انظر الشكل 1). دعونا نرى ما يحدث لدقة الحساب عند محاكاة مبادل حراري لوحي مع زيادة عدد خلايا الحساب.

لتحليل الدقة ، نستخدم خيارين لتقسيم المبادل الحراري إلى خلايا محسوبة:

  1. تحتوي كل خلية مربعة على عنصرين هيدروليكيين (تدفقات باردة وساخنة) وعنصر حراري واحد. (انظر الشكل 5)
  2. تحتوي كل خلية مربعة على ستة عناصر هيدروليكية (ثلاثة أقسام في مجاري ساخنة وباردة) وثلاثة عناصر حرارية.

في الحالة الأخيرة ، نستخدم نوعين من الاتصال:

  • التدفق المضاد للتيارات الباردة والساخنة ؛
  • التيار المشترك للتدفق البارد والساخن.

يزيد التدفق العكسي من الكفاءة مقارنة بالتدفق المتقاطع ، بينما يقلل تدفق الذيل منه. مع وجود عدد كبير من الخلايا ، يتم حساب متوسط ​​التدفق ويصبح كل شيء قريبًا من التدفق العرضي الحقيقي (انظر الشكل 6).

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة
الشكل 6. نموذج تدفق عرضي رباعي الخلايا مع 3 عناصر.

يوضح الشكل 7 نتائج توزيع درجة الحرارة الثابتة في المبادل الحراري عندما يتم تزويد الهواء عبر الخط الساخن بدرجة حرارة 150 درجة مئوية ، ومن خلال الخط البارد - 21 درجة مئوية ، للحصول على خيارات مختلفة لتقسيم النموذج . يعكس اللون والأرقام الموجودة في الخلية متوسط ​​درجة حرارة الجدار في خلية الحساب.

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة
الشكل 7. درجات حرارة الحالة المستقرة لمخططات التصميم المختلفة.

يوضح الجدول 2 درجة حرارة الحالة المستقرة للهواء الساخن بعد المبادل الحراري ، اعتمادًا على تقسيم نموذج المبادل الحراري إلى خلايا.

الجدول 2. اعتماد درجة الحرارة على عدد الخلايا المحسوبة في المبادل الحراري.

البعد النموذجي درجة حرارة ثابتة
عنصر واحد لكل خلية
درجة حرارة ثابتة
3 عناصر لكل خلية
2 × 2 62,7 67.7
3 × 3 64.9 68.5
4 × 4 66.2 68.9
8 × 8 68.1 69.5
10 × 10 68.5 69.7
20 × 20 69.4 69.9
40 × 40 69.8 70.1

مع زيادة عدد الخلايا الحسابية في النموذج ، تزداد درجة حرارة الحالة المستقرة النهائية. يمكن اعتبار الفرق بين درجة حرارة الحالة المستقرة في أقسام مختلفة كمؤشر على دقة الحساب. يمكن ملاحظة أنه مع زيادة عدد خلايا الحساب ، تميل درجة الحرارة إلى الحد الأقصى ، ولا تتناسب الزيادة في الدقة مع عدد نقاط الحساب.

السؤال الذي يطرح نفسه ، ما هي دقة النموذج التي نحتاجها؟

تعتمد إجابة هذا السؤال على الغرض من نموذجنا. نظرًا لأن هذه المقالة تدور حول التصميم المستند إلى النموذج ، فإننا نقوم بإنشاء نموذج لتكوين نظام التحكم. هذا يعني أن دقة النموذج يجب أن تكون قابلة للمقارنة بدقة المستشعرات المستخدمة في النظام.

في حالتنا ، يتم قياس درجة الحرارة بمزدوجة حرارية بدقة ± 2.5 درجة مئوية. أي دقة أعلى لأغراض إعداد نظام التحكم لا طائل من ورائها ، ونظام التحكم الحقيقي لدينا ببساطة "لن يراها". وبالتالي ، إذا افترضنا أن درجة الحرارة المحددة لعدد لانهائي من الأقسام هي 70 درجة مئوية ، فإن النموذج الذي يمنحنا أكثر من 67.5 درجة مئوية سيكون ذا دقة كافية. جميع النماذج التي تحتوي على 3 نقاط في خلية الحساب والنماذج الأكبر من 5 × 5 بنقطة واحدة في الخلية. (مظللة باللون الأخضر في الجدول 2)

أوضاع التشغيل الديناميكية

لتقييم الوضع الديناميكي ، دعنا نقيم عملية تغيير درجة الحرارة عند النقاط الأكثر سخونة وبرودة لجدار المبادل الحراري لمتغيرات مختلفة من مخططات التصميم. (انظر الشكل 8)

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة
الشكل 8. تدفئة المبادل الحراري. نماذج بأبعاد 2x2 و 10x10.

يمكن ملاحظة أن وقت العملية العابرة وطبيعتها لا تعتمد عمليًا على عدد خلايا الحساب ، ويتم تحديدها فقط من خلال كتلة المعدن المسخن.

وبالتالي ، نستنتج أنه من أجل محاكاة صادقة لمبادل حراري في أوضاع من 20 إلى 150 درجة مئوية ، مع الدقة التي يتطلبها نظام التحكم SCR ، فإن حوالي 10-20 نقطة حساب كافية.

إنشاء نموذج ديناميكي بالتجربة

بوجود نموذج رياضي ، بالإضافة إلى بيانات تجربة تفجير المبادل الحراري ، نحتاج إلى إجراء تصحيح بسيط ، أي إدخال عامل التكثيف في النموذج ، بحيث يتزامن الحساب مع النتائج التجريبية.

علاوة على ذلك ، باستخدام بيئة إنشاء النموذج الرسومي ، سنفعل ذلك تلقائيًا. يوضح الشكل 9 الخوارزمية لاختيار معاملات تكثيف نقل الحرارة. يتم تغذية البيانات التي تم الحصول عليها من التجربة إلى المدخلات ، ويتم توصيل نموذج المبادل الحراري ، ويتم الحصول على المعاملات اللازمة لكل من الأوضاع عند الإخراج.

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة
الشكل 9. خوارزمية لاختيار عامل التكثيف بناءً على نتائج التجربة.

وبالتالي ، نحدد نفس المعامل لرقم Nusselt ونزيل عدم اليقين في معادلات الحساب. بالنسبة لأوضاع التشغيل ودرجات الحرارة المختلفة ، قد تختلف قيم عوامل التصحيح ، ومع ذلك ، بالنسبة لأوضاع التشغيل المماثلة (التشغيل العادي) ، فقد تكون قريبة جدًا. على سبيل المثال ، بالنسبة لمبادل حراري معين لأنماط مختلفة ، يكون المعامل من 0.492 إلى 0.655

إذا طبقنا معاملًا 0.6 ، فعندئذٍ في أوضاع التشغيل التي تم فحصها ، سيكون خطأ الحساب أقل من خطأ المزدوج الحراري ، وبالتالي ، بالنسبة لنظام التحكم ، سيكون النموذج الرياضي للمبادل الحراري مناسبًا تمامًا لهذا النموذج.

نتائج ضبط نموذج المبادل الحراري

لتقييم جودة نقل الحرارة ، يتم استخدام خاصية خاصة - الكفاءة:

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة
حيث:
ممثل المؤسسةالساخنة هي كفاءة المبادل الحراري للمبرد الساخن ؛
Tالجبالin هي درجة الحرارة عند مدخل المبادل الحراري على طول مسار المبرد الساخن ؛
Tالجبالخارج - درجة الحرارة عند مخرج المبادل الحراري على طول مسار المبرد الساخن ؛
Tغرفة الجلوسin هي درجة الحرارة عند مدخل المبادل الحراري على طول مسار المبرد البارد.

يوضح الجدول 3 انحرافات كفاءة نموذج المبادل الحراري عن النموذج التجريبي بمعدلات تدفق مختلفة في الخطوط الساخنة والباردة.

الجدول 3. أخطاء في حساب كفاءة نقل الحرارة بالنسبة المئوية
التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة

في حالتنا ، يمكن استخدام المعامل المحدد في جميع أوضاع التشغيل التي نهتم بها. في حالة وجود معدلات تدفق منخفضة ، حيث يكون الخطأ أكبر ، ولم يتم تحقيق الدقة المطلوبة ، يمكننا استخدام عامل تكثيف متغير ، والذي سيعتمد على معدل التدفق الحالي.

على سبيل المثال ، في الشكل 10 ، يُحسب عامل التكثيف وفقًا لصيغة معينة اعتمادًا على معدل التدفق الحالي في خلايا القناة.

التصميم القائم على النموذج. إنشاء نموذج موثوق باستخدام مثال المبادل الحراري للطائرة
الشكل 10. عامل تعزيز نقل الحرارة المتغير.

النتائج

  • تتيح لك معرفة القوانين الفيزيائية إنشاء نماذج كائنات ديناميكية للتصميم المستند إلى النموذج.
  • يجب التحقق من النموذج وتعديله وفقًا لبيانات الاختبار.
  • يجب أن تسمح أدوات النمذجة للمطور بتخصيص النموذج بناءً على نتائج اختبار الكائن.
  • استخدم النهج الصحيح الموجه نحو النموذج وستكون سعيدًا!

مكافأة لمن يقرأ. فيديو عن تشغيل النموذج الافتراضي لنظام SCR.

يمكن للمستخدمين المسجلين فقط المشاركة في الاستطلاع. تسجيل الدخول، من فضلك.

ماذا ستقول بعد ذلك؟

  • 76,2%كيفية إثبات أن البرنامج في النموذج يتوافق مع البرنامج الموجود في الجهاز 16

  • 23,8%كيفية استخدام الحوسبة الفائقة للتصميم القائم على النموذج 5

بتصويت 21 مستخدمًا. امتنع مستخدم واحد عن التصويت.

المصدر: www.habr.com

إضافة تعليق