Modellbasiertes Design. Erstellung eines zuverlässigen Modells am Beispiel eines Flugzeugwärmetauschers

„Wenn Sie die Inschrift „Büffel“ auf einem Elefantenkäfig lesen, trauen Sie Ihren Augen nicht.“ Kozma Prutkov

Im vorigen Artikel über modellbasiertes Design Es wurde gezeigt, warum ein Objektmodell benötigt wird, und es wurde bewiesen, dass man ohne dieses Objektmodell nur von modellbasiertem Design als einem Marketing-Schneesturm sprechen kann, bedeutungslos und gnadenlos. Aber wenn ein Modell eines Objekts auftaucht, haben kompetente Ingenieure immer eine berechtigte Frage: Welche Beweise gibt es dafür, dass das mathematische Modell des Objekts dem realen Objekt entspricht?

Modellbasiertes Design. Erstellung eines zuverlässigen Modells am Beispiel eines Flugzeugwärmetauschers

Eine Beispielantwort auf diese Frage finden Sie in Artikel zum modellbasierten Entwurf elektrischer Antriebe. In diesem Artikel betrachten wir ein Beispiel für die Erstellung eines Modells für Flugzeugklimaanlagen und verwässern die Praxis mit einigen theoretischen Überlegungen allgemeiner Natur.

Erstellen eines zuverlässigen Modells des Objekts. Theorie

Um nicht zu zögern, erzähle ich Ihnen gleich den Algorithmus zur Erstellung eines Modells für modellbasiertes Design. Es sind nur drei einfache Schritte erforderlich:

Schritt 1. Entwickeln Sie ein System algebraischer Differentialgleichungen, die das dynamische Verhalten des modellierten Systems beschreiben. Es ist einfach, wenn man die Physik des Prozesses kennt. Viele Wissenschaftler haben für uns bereits die grundlegenden physikalischen Gesetze entwickelt, die nach Newton, Brenoul, Navier Stokes und anderen Stangels, Compasses und Rabinovich benannt sind.

Schritt 2. Wählen Sie im resultierenden System einen Satz empirischer Koeffizienten und Eigenschaften des Modellierungsobjekts aus, die aus Tests gewonnen werden können.

Schritt 3. Testen Sie das Objekt und passen Sie das Modell basierend auf den Ergebnissen groß angelegter Experimente an, damit es der Realität mit dem erforderlichen Detaillierungsgrad entspricht.

Wie Sie sehen, ist es ganz einfach, nur zwei drei.

Beispiel für die praktische Umsetzung

Die Klimaanlage (ACS) eines Flugzeugs ist an ein automatisches Druckhaltesystem angeschlossen. Der Druck im Flugzeug muss immer größer sein als der Außendruck und die Druckänderungsgeschwindigkeit muss so sein, dass Piloten und Passagiere nicht aus Nase und Ohren bluten. Daher ist das Lufteinlass- und -auslasskontrollsystem wichtig für die Sicherheit, und für seine Entwicklung werden teure Testsysteme eingesetzt. Sie erzeugen Temperaturen und Drücke in Flughöhe und reproduzieren Start- und Landebedingungen auf Flugplätzen unterschiedlicher Höhe. Und das Problem der Entwicklung und Fehlerbehebung von Steuerungssystemen für SCVs entfaltet sein volles Potenzial. Wie lange werden wir den Prüfstand laufen lassen, um ein zufriedenstellendes Steuerungssystem zu erhalten? Wenn wir ein Kontrollmodell auf einem Objektmodell aufbauen, kann der Arbeitszyklus auf dem Prüfstand natürlich erheblich verkürzt werden.

Eine Flugzeugklimaanlage besteht aus den gleichen Wärmetauschern wie jedes andere thermische System. Die Batterie ist auch in Afrika eine Batterie, nur eine Klimaanlage. Aufgrund der Einschränkungen hinsichtlich des Startgewichts und der Abmessungen von Flugzeugen werden Wärmetauscher jedoch so kompakt und effizient wie möglich gebaut, um so viel Wärme wie möglich von einer kleineren Masse zu übertragen. Dadurch wird die Geometrie ziemlich bizarr. Wie im vorliegenden Fall. Abbildung 1 zeigt einen Plattenwärmetauscher, bei dem zwischen den Platten eine Membran zur Verbesserung der Wärmeübertragung eingesetzt wird. In den Kanälen wechseln sich heißes und kaltes Kühlmittel ab, die Strömungsrichtung ist quer. Ein Kühlmittel wird dem vorderen Schnitt zugeführt, das andere - der Seite.

Um das Problem der SCR-Steuerung zu lösen, müssen wir wissen, wie viel Wärme in einem solchen Wärmetauscher pro Zeiteinheit von einem Medium auf ein anderes übertragen wird. Davon hängt die Geschwindigkeit der Temperaturänderung ab, die wir regulieren.

Modellbasiertes Design. Erstellung eines zuverlässigen Modells am Beispiel eines Flugzeugwärmetauschers
Abbildung 1. Diagramm eines Flugzeugwärmetauschers.

Modellierungsprobleme. Hydraulischer Teil

Auf den ersten Blick ist die Aufgabe recht einfach: Es gilt, den Massenstrom durch die Wärmetauscherkanäle und den Wärmestrom zwischen den Kanälen zu berechnen.
Der Massenstrom des Kühlmittels in den Kanälen wird nach der Bernouli-Formel berechnet:

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wo:
ΔP – Druckdifferenz zwischen zwei Punkten;
ξ – Kühlmittelreibungskoeffizient;
L – Kanallänge;
d – hydraulischer Durchmesser des Kanals;
ρ – Kühlmitteldichte;
ω – Kühlmittelgeschwindigkeit im Kanal.

Für einen Kanal beliebiger Form wird der hydraulische Durchmesser nach folgender Formel berechnet:

Modellbasiertes Design. Erstellung eines zuverlässigen Modells am Beispiel eines Flugzeugwärmetauschers

wo:
F – Strömungsfläche;
P – benetzter Umfang des Kanals.

Der Reibungskoeffizient wird anhand empirischer Formeln berechnet und hängt von der Strömungsgeschwindigkeit und den Eigenschaften des Kühlmittels ab. Für unterschiedliche Geometrien ergeben sich unterschiedliche Abhängigkeiten, beispielsweise die Formel für turbulente Strömung in glatten Rohren:

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wo:
Re – Reynolds-Zahl.

Für die Strömung in flachen Kanälen kann die folgende Formel verwendet werden:

Modellbasiertes Design. Erstellung eines zuverlässigen Modells am Beispiel eines Flugzeugwärmetauschers

Mit der Bernoulli-Formel können Sie den Druckabfall für eine bestimmte Geschwindigkeit berechnen oder umgekehrt die Kühlmittelgeschwindigkeit im Kanal, basierend auf einem bestimmten Druckabfall.

Wärmeaustausch

Der Wärmefluss zwischen Kühlmittel und Wand wird nach folgender Formel berechnet:

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wo:
α [W/(m2×Grad)] – Wärmeübergangskoeffizient;
F – Strömungsbereich.

Für Probleme der Kühlmittelströmung in Rohren gibt es ausreichend Forschung und Berechnungsmethoden, und in der Regel kommt es auf empirische Abhängigkeiten für den Wärmeübergangskoeffizienten α [W/(m2×Grad)] an.

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wo:
Nu – Nusselt-Zahl,
λ – Wärmeleitfähigkeitskoeffizient der Flüssigkeit [W/(m×deg)] d – hydraulischer (äquivalenter) Durchmesser.

Zur Berechnung der Nusselt-Zahl (Kriterium) werden empirische Kriteriumsabhängigkeiten genutzt, die Formel zur Berechnung der Nusselt-Zahl eines Rundrohres sieht beispielsweise so aus:

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Hier sehen wir bereits die Reynolds-Zahl, die Prandtl-Zahl bei Wandtemperatur und Flüssigkeitstemperatur sowie den Ungleichmäßigkeitskoeffizienten. (Quelle)

Für Wellplattenwärmetauscher ist die Formel ähnlich ( Quelle ):
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wo:
n = 0.73 m =0.43 für turbulente Strömung,
Koeffizient a - variiert je nach Anzahl der Platten und Strömungsregime zwischen 0,065 und 0.6.

Bedenken wir, dass dieser Koeffizient nur für einen Punkt in der Strömung berechnet wird. Für den nächsten Punkt haben wir eine andere Temperatur der Flüssigkeit (sie hat sich erwärmt oder abgekühlt), eine andere Temperatur der Wand und dementsprechend schweben alle Reynolds- und Prandtl-Zahlen.

An dieser Stelle wird jeder Mathematiker sagen, dass es unmöglich ist, ein System, in dem sich der Koeffizient zehnmal ändert, genau zu berechnen, und er wird Recht haben.

Jeder praktische Ingenieur wird sagen, dass jeder Wärmetauscher anders hergestellt wird und es unmöglich ist, die Systeme zu berechnen, und er wird auch Recht haben.

Was ist mit modellbasiertem Design? Ist wirklich alles verloren?

Fortgeschrittene Verkäufer westlicher Software verkaufen Ihnen hier Supercomputer und 3D-Berechnungssysteme mit der Aussage: „Ohne geht es nicht.“ Und Sie müssen die Berechnung einen Tag lang durchführen, um die Temperaturverteilung innerhalb einer Minute zu erhalten.

Es ist klar, dass dies nicht unsere Option ist; wir müssen das Steuerungssystem debuggen, wenn nicht in Echtzeit, dann zumindest in absehbarer Zeit.

Lösung zufällig

Es wird ein Wärmetauscher hergestellt, eine Reihe von Tests durchgeführt und eine Tabelle der Effizienz der stationären Temperatur bei bestimmten Kühlmitteldurchflussraten erstellt. Einfach, schnell und zuverlässig, da die Daten aus Tests stammen.

Der Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass es keine dynamischen Eigenschaften des Objekts gibt. Ja, wir wissen, wie hoch der stationäre Wärmefluss sein wird, aber wir wissen nicht, wie lange es dauern wird, bis er sich etabliert, wenn von einem Betriebsmodus in einen anderen umgeschaltet wird.

Deshalb konfigurieren wir nach der Berechnung der notwendigen Kennlinien direkt beim Test die Steuerung, was wir zunächst vermeiden möchten.

Modellbasierter Ansatz

Um ein Modell eines dynamischen Wärmetauschers zu erstellen, ist es notwendig, Testdaten zu verwenden, um Unsicherheiten in den empirischen Berechnungsformeln – der Nusselt-Zahl und dem hydraulischen Widerstand – zu beseitigen.

Die Lösung ist einfach, wie alles Geniale. Wir nehmen eine empirische Formel, führen Experimente durch und bestimmen den Wert des Koeffizienten a, wodurch die Unsicherheit in der Formel beseitigt wird.

Sobald wir einen bestimmten Wert des Wärmeübergangskoeffizienten haben, werden alle anderen Parameter durch die grundlegenden physikalischen Erhaltungssätze bestimmt. Die Temperaturdifferenz und der Wärmeübergangskoeffizient bestimmen die pro Zeiteinheit in den Kanal übertragene Energiemenge.

Wenn man den Energiefluss kennt, ist es möglich, die Gleichungen zur Erhaltung der Energiemasse und des Impulses für das Kühlmittel im Hydraulikkanal zu lösen. Zum Beispiel dies:

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In unserem Fall bleibt der Wärmefluss zwischen der Wand und dem Kühlmittel – Qwall – ungewiss. Sie können weitere Details sehen Hier…

Und auch die Temperaturableitungsgleichung für die Kanalwand:

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wo:
ΔQwall – der Unterschied zwischen der ein- und ausgehenden Strömung an der Kanalwand;
M ist die Masse der Kanalwand;
cpc – Wärmekapazität des Wandmaterials.

Modellgenauigkeit

Wie oben erwähnt, haben wir in einem Wärmetauscher eine Temperaturverteilung über die Oberfläche der Platte. Für einen stationären Wert können Sie den Durchschnitt über die Platten nehmen und ihn verwenden. Stellen Sie sich dabei den gesamten Wärmetauscher als einen konzentrierten Punkt vor, an dem bei einem Temperaturunterschied Wärme über die gesamte Oberfläche des Wärmetauschers übertragen wird. Für Übergangsregime funktioniert eine solche Annäherung jedoch möglicherweise nicht. Das andere Extrem besteht darin, mehrere hunderttausend Punkte zu machen und den Supercomputer zu laden, was für uns ebenfalls nicht geeignet ist, da die Aufgabe darin besteht, das Steuerungssystem in Echtzeit oder besser noch schneller zu konfigurieren.

Es stellt sich die Frage, in wie viele Abschnitte der Wärmetauscher unterteilt werden sollte, um eine akzeptable Genauigkeit und Geschwindigkeit der Berechnung zu erreichen?

Wie immer hatte ich zufällig ein Modell eines Amin-Wärmetauschers zur Hand. Der Wärmetauscher ist ein Rohr, in den Rohren strömt ein Heizmedium und zwischen den Beuteln strömt ein erwärmtes Medium. Um das Problem zu vereinfachen, kann das gesamte Wärmetauscherrohr als ein äquivalentes Rohr dargestellt werden, und das Rohr selbst kann als eine Reihe diskreter Berechnungszellen dargestellt werden, in denen jeweils ein Punktmodell der Wärmeübertragung berechnet wird. Das Diagramm eines Einzelzellenmodells ist in Abbildung 2 dargestellt. Der Heißluftkanal und der Kaltluftkanal sind durch eine Wand verbunden, die die Übertragung des Wärmeflusses zwischen den Kanälen gewährleistet.

Modellbasiertes Design. Erstellung eines zuverlässigen Modells am Beispiel eines Flugzeugwärmetauschers
Abbildung 2. Wärmetauscherzellenmodell.

Das Modell mit Rohrwärmetauscher ist einfach einzurichten. Sie können nur einen Parameter ändern – die Anzahl der Abschnitte entlang der Rohrlänge – und sich die Berechnungsergebnisse für verschiedene Abschnitte ansehen. Lassen Sie uns mehrere Optionen berechnen, beginnend mit einer Unterteilung in 5 Punkte entlang der Länge (Abb. 3) und bis zu 100 Punkten entlang der Länge (Abb. 4).

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Abbildung 3. Stationäre Temperaturverteilung von 5 berechneten Punkten.

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Abbildung 4. Stationäre Temperaturverteilung von 100 berechneten Punkten.

Als Ergebnis der Berechnungen stellte sich heraus, dass die stationäre Temperatur, geteilt in 100 Punkte, 67,7 Grad beträgt. Und wenn man es in 5 berechnete Punkte aufteilt, beträgt die Temperatur 72 Grad C.

Außerdem wird am unteren Rand des Fensters die Berechnungsgeschwindigkeit im Verhältnis zur Echtzeit angezeigt.
Sehen wir uns an, wie sich die stationäre Temperatur und die Berechnungsgeschwindigkeit abhängig von der Anzahl der Berechnungspunkte ändern. Der Unterschied der Beharrungstemperaturen bei Berechnungen mit unterschiedlicher Anzahl von Berechnungszellen kann zur Beurteilung der Genauigkeit des erzielten Ergebnisses herangezogen werden.

Tabelle 1. Abhängigkeit von Temperatur und Berechnungsgeschwindigkeit von der Anzahl der Berechnungspunkte entlang der Länge des Wärmetauschers.

Anzahl der Berechnungspunkte Konstante Temperatur Berechnungsgeschwindigkeit
5 72,66 426
10 70.19 194
25 68.56 124
50 67.99 66
100 67.8 32

Bei der Analyse dieser Tabelle können wir folgende Schlussfolgerungen ziehen:

  • Die Berechnungsgeschwindigkeit sinkt proportional zur Anzahl der Berechnungspunkte im Wärmetauschermodell.
  • Die Änderung der Berechnungsgenauigkeit erfolgt exponentiell. Mit steigender Punktezahl nimmt die Verfeinerung bei jeder weiteren Steigerung ab.

Im Fall eines Plattenwärmetauschers mit Kreuzstromkühlmittel, wie in Abbildung 1, ist die Erstellung eines äquivalenten Modells aus elementaren Berechnungszellen etwas komplizierter. Wir müssen die Zellen so verbinden, dass Querflüsse organisiert werden. Bei 4 Zellen sieht die Schaltung wie in Abbildung 5 aus.

Der Kühlmittelstrom wird entlang der heißen und kalten Zweige in zwei Kanäle aufgeteilt, die Kanäle sind durch thermische Strukturen verbunden, so dass das Kühlmittel beim Durchgang durch den Kanal Wärme mit verschiedenen Kanälen austauscht. Unter Simulation einer Querströmung strömt das heiße Kühlmittel in jedem Kanal von links nach rechts (siehe Abb. 5) und tauscht dabei nacheinander Wärme mit den Kanälen des kalten Kühlmittels aus, das von unten nach oben fließt (siehe Abb. 5). Der heißeste Punkt befindet sich in der oberen linken Ecke, da das heiße Kühlmittel Wärme mit dem bereits erhitzten Kühlmittel des Kaltkanals austauscht. Und der kälteste befindet sich unten rechts, wo das kalte Kühlmittel Wärme mit dem heißen Kühlmittel austauscht, das im ersten Abschnitt bereits abgekühlt ist.

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Abbildung 5. Cross-Flow-Modell von 4 Rechenzellen.

Dieses Modell für einen Plattenwärmetauscher berücksichtigt nicht die Wärmeübertragung zwischen Zellen aufgrund der Wärmeleitfähigkeit und berücksichtigt nicht die Vermischung des Kühlmittels, da jeder Kanal isoliert ist.

In unserem Fall beeinträchtigt die letzte Einschränkung jedoch nicht die Genauigkeit, da bei der Konstruktion des Wärmetauschers die gewellte Membran die Strömung in viele isolierte Kanäle entlang des Kühlmittels aufteilt (siehe Abb. 1). Sehen wir uns an, was mit der Berechnungsgenauigkeit bei der Modellierung eines Plattenwärmetauschers passiert, wenn die Anzahl der Berechnungszellen steigt.

Zur Analyse der Genauigkeit nutzen wir zwei Möglichkeiten zur Aufteilung des Wärmetauschers in Designzellen:

  1. Jede quadratische Zelle enthält zwei hydraulische (kalte und heiße Ströme) und ein thermisches Element. (siehe Abbildung 5)
  2. Jede quadratische Zelle enthält sechs hydraulische Elemente (drei Abschnitte im heißen und kalten Strom) und drei thermische Elemente.

Im letzteren Fall verwenden wir zwei Verbindungsarten:

  • Gegenstrom von kalten und heißen Strömen;
  • Parallelströmung von Kalt- und Warmströmung.

Ein Gegenstrom erhöht den Wirkungsgrad im Vergleich zu einem Querstrom, während ein Gegenstrom ihn verringert. Bei einer großen Anzahl von Zellen erfolgt eine Mittelung über die Strömung und alles nähert sich der tatsächlichen Querströmung an (siehe Abbildung 6).

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Abbildung 6. Querstrommodell mit vier Zellen und drei Elementen.

Abbildung 7 zeigt die Ergebnisse der stationären Temperaturverteilung im Wärmetauscher bei Zufuhr von Luft mit einer Temperatur von 150 °C entlang der heißen Linie und 21 °C entlang der kalten Linie für verschiedene Möglichkeiten der Modellaufteilung. Die Farbe und die Zahlen in der Zelle geben die durchschnittliche Wandtemperatur in der Berechnungszelle wieder.

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Abbildung 7. Stationäre Temperaturen für verschiedene Entwurfsschemata.

Tabelle 2 zeigt die Beharrungstemperatur der erwärmten Luft nach dem Wärmetauscher in Abhängigkeit von der Aufteilung des Wärmetauschermodells in Zellen.

Tabelle 2. Abhängigkeit der Temperatur von der Anzahl der Designzellen im Wärmetauscher.

Modelldimension Konstante Temperatur
1 Element pro Zelle
Konstante Temperatur
3 Elemente pro Zelle
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

Mit zunehmender Anzahl der Berechnungszellen im Modell steigt die endgültige stationäre Temperatur. Der Unterschied zwischen der stationären Temperatur für verschiedene Partitionen kann als Indikator für die Genauigkeit der Berechnung angesehen werden. Es ist ersichtlich, dass mit zunehmender Anzahl der Berechnungszellen die Temperatur an den Grenzwert tendiert und die Genauigkeitssteigerung nicht proportional zur Anzahl der Berechnungspunkte ist.

Es stellt sich die Frage: Welche Modellgenauigkeit brauchen wir?

Die Antwort auf diese Frage hängt vom Zweck unseres Modells ab. Da es in diesem Artikel um modellbasiertes Design geht, erstellen wir ein Modell zur Konfiguration des Steuerungssystems. Das bedeutet, dass die Genauigkeit des Modells mit der Genauigkeit der im System verwendeten Sensoren vergleichbar sein muss.

In unserem Fall wird die Temperatur mit einem Thermoelement gemessen, dessen Genauigkeit ±2.5°C beträgt. Jede höhere Genauigkeit für die Einrichtung eines Kontrollsystems ist nutzlos; unser echtes Kontrollsystem „sieht“ sie einfach nicht. Wenn wir also davon ausgehen, dass die Grenztemperatur für unendlich viele Partitionen 70 °C beträgt, dann ist ein Modell, das mehr als 67.5 °C liefert, ausreichend genau. Alle Modelle mit 3 Punkten in einer Berechnungszelle und Modelle größer als 5x5 mit einem Punkt in einer Zelle. (In Tabelle 2 grün hervorgehoben)

Dynamische Betriebsarten

Zur Beurteilung des dynamischen Regimes werden wir den Prozess der Temperaturänderung an den heißesten und kältesten Punkten der Wärmetauscherwand für verschiedene Varianten von Entwurfsschemata bewerten. (siehe Abb. 8)

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Abbildung 8. Aufwärmen des Wärmetauschers. Modelle der Abmessungen 2x2 und 10x10.

Es ist ersichtlich, dass der Zeitpunkt des Übergangsprozesses und seine Natur praktisch unabhängig von der Anzahl der Rechenzellen sind und ausschließlich von der Masse des erhitzten Metalls bestimmt werden.

Wir kommen daher zu dem Schluss, dass für eine faire Modellierung des Wärmetauschers in Modi von 20 bis 150 °C mit der vom SCR-Steuerungssystem geforderten Genauigkeit etwa 10 bis 20 Auslegungspunkte ausreichend sind.

Aufbau eines dynamischen Modells basierend auf Experimenten

Da wir über ein mathematisches Modell sowie experimentelle Daten zur Spülung des Wärmetauschers verfügen, müssen wir lediglich eine einfache Korrektur vornehmen, nämlich einen Verstärkungsfaktor in das Modell einführen, damit die Berechnung mit den experimentellen Ergebnissen übereinstimmt.

Darüber hinaus erledigen wir dies mithilfe der grafischen Modellerstellungsumgebung automatisch. Abbildung 9 zeigt einen Algorithmus zur Auswahl der Wärmeübertragungsintensivierungskoeffizienten. Die aus dem Experiment gewonnenen Daten werden dem Eingang zugeführt, das Wärmetauschermodell angeschlossen und am Ausgang werden die erforderlichen Koeffizienten für jeden Modus erhalten.

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Abbildung 9. Algorithmus zur Auswahl des Verstärkungskoeffizienten basierend auf den experimentellen Ergebnissen.

Somit ermitteln wir den gleichen Koeffizienten für eine Nusselt-Zahl und beseitigen die Unsicherheit in den Berechnungsformeln. Bei unterschiedlichen Betriebsarten und Temperaturen können sich die Werte der Korrekturfaktoren ändern, bei ähnlichen Betriebsarten (Normalbetrieb) liegen sie jedoch sehr nahe beieinander. Beispielsweise liegt der Koeffizient für einen bestimmten Wärmetauscher für verschiedene Modi zwischen 0.492 und 0.655

Wenn wir einen Koeffizienten von 0.6 anwenden, ist der Berechnungsfehler in den untersuchten Betriebsarten geringer als der Thermoelementfehler, sodass für das Steuerungssystem das mathematische Modell des Wärmetauschers dem realen Modell völlig angemessen ist.

Ergebnisse des Aufbaus des Wärmetauschermodells

Zur Beurteilung der Qualität der Wärmeübertragung wird ein besonderes Merkmal herangezogen – der Wirkungsgrad:

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wo:
effheiß – Effizienz des Wärmetauschers für heißes Kühlmittel;
TBergein – Temperatur am Eintritt in den Wärmetauscher entlang des Strömungswegs des heißen Kühlmittels;
TBerge – Temperatur am Auslass ihres Wärmetauschers entlang des Strömungswegs des heißen Kühlmittels;
Tholin – Temperatur am Eintritt in den Wärmetauscher entlang des Strömungswegs des kalten Kühlmittels.

Tabelle 3 zeigt die Abweichung der Effizienz des Wärmetauschermodells vom experimentellen Modell bei verschiedenen Durchflussraten entlang der heißen und kalten Leitungen.

Tabelle 3. Fehler bei der Berechnung der Wärmeübertragungseffizienz in %
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In unserem Fall kann der ausgewählte Koeffizient in allen für uns interessanten Betriebsarten verwendet werden. Wenn bei niedrigen Durchflussraten, bei denen der Fehler größer ist, die erforderliche Genauigkeit nicht erreicht wird, können wir einen variablen Verstärkungsfaktor verwenden, der von der aktuellen Durchflussrate abhängt.

In Abbildung 10 wird beispielsweise der Verstärkungskoeffizient anhand einer vorgegebenen Formel in Abhängigkeit von der aktuellen Durchflussrate in den Kanalzellen berechnet.

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Abbildung 10. Variabler Wärmeübertragungssteigerungskoeffizient.

Befund

  • Durch die Kenntnis physikalischer Gesetze können Sie dynamische Modelle eines Objekts für modellbasiertes Design erstellen.
  • Das Modell muss anhand von Testdaten verifiziert und optimiert werden.
  • Modellentwicklungstools sollten es dem Entwickler ermöglichen, das Modell basierend auf den Testergebnissen des Objekts anzupassen.
  • Nutzen Sie den richtigen modellbasierten Ansatz und Sie werden glücklich sein!

Bonus für diejenigen, die mit dem Lesen fertig sind. Video des Betriebs eines virtuellen Modells des SCR-Systems.

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Worüber soll ich als nächstes sprechen?

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Source: habr.com

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