طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما

"اگر کتیبه "بوفالو" را روی قفس فیل خواندید، چشمان خود را باور نکنید." کوزما پروتکوف

در قبلی مقاله ای در مورد طراحی مبتنی بر مدل نشان داده شد که چرا یک مدل شی مورد نیاز است، و ثابت شد که بدون این مدل شی فقط می توان از طراحی مبتنی بر مدل به عنوان یک کولاک بازاریابی، بی معنی و بی رحم صحبت کرد. اما هنگامی که مدلی از یک شی ظاهر می شود، مهندسان شایسته همیشه یک سوال معقول دارند: چه مدرکی وجود دارد که مدل ریاضی شی با شی واقعی مطابقت دارد.

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما

یک نمونه پاسخ به این سوال در اینجا آورده شده است مقاله ای در مورد طراحی مبتنی بر مدل درایوهای الکتریکی. در این مقاله ما به نمونه ای از ایجاد مدلی برای سیستم های تهویه مطبوع هواپیما نگاه خواهیم کرد که این عمل را با برخی ملاحظات نظری ماهیت کلی رقیق می کند.

ایجاد یک مدل قابل اعتماد از شی. تئوری

برای اینکه معطل نشوید، فوراً در مورد الگوریتم ایجاد یک مدل برای طراحی مبتنی بر مدل به شما خواهم گفت. این فقط سه مرحله ساده طول می کشد:

مرحله 1. سیستمی از معادلات جبری-دیفرانسیل ایجاد کنید که رفتار دینامیکی سیستم مدل شده را توصیف می کند. اگر فیزیک این فرآیند را بدانید، ساده است. بسیاری از دانشمندان قبلاً قوانین فیزیکی اساسی را برای ما ایجاد کرده اند که به نام های نیوتن، برنول، ناویر استوکس و دیگر استانگل ها، قطب نماها و رابینوویچ نامگذاری شده اند.

مرحله 2. مجموعه‌ای از ضرایب تجربی و ویژگی‌های شی مدل‌سازی را که می‌توان از آزمایش‌ها به‌دست آورد، در سیستم حاصل انتخاب کنید.

مرحله 3. شی را آزمایش کنید و مدل را بر اساس نتایج آزمایشات در مقیاس کامل تنظیم کنید تا با واقعیت مطابقت داشته باشد، با درجه جزئیات مورد نیاز.

همانطور که می بینید، ساده است، فقط دو سه.

نمونه ای از اجرای عملی

سیستم تهویه مطبوع (ACS) در هواپیما به یک سیستم نگهداری فشار خودکار متصل است. فشار در هواپیما باید همیشه بیشتر از فشار خارجی باشد و سرعت تغییر فشار باید به گونه ای باشد که خلبانان و مسافران از بینی و گوش خونریزی نکنند. بنابراین، سیستم کنترل ورودی و خروجی هوا برای ایمنی مهم است و سیستم های آزمایشی گران قیمت برای توسعه آن روی زمین قرار می گیرند. آنها دما و فشار را در ارتفاع پرواز ایجاد می کنند و شرایط برخاستن و فرود را در فرودگاه هایی با ارتفاعات مختلف بازتولید می کنند. و موضوع توسعه و اشکال زدایی سیستم های کنترلی برای SCV ها به پتانسیل کامل خود در حال افزایش است. چه مدت می خواهیم نیمکت آزمایش را اجرا کنیم تا یک سیستم کنترل رضایت بخش داشته باشیم؟ بدیهی است که اگر یک مدل کنترلی را بر روی یک مدل از یک شی تنظیم کنیم، چرخه کار روی میز آزمایش می تواند به میزان قابل توجهی کاهش یابد.

سیستم تهویه مطبوع هواپیما از همان مبدل های حرارتی مانند هر سیستم حرارتی دیگر تشکیل شده است. باتری در آفریقا هم یک باتری است، فقط یک کولر گازی است. اما با توجه به محدودیت‌هایی که در وزن برخاست و ابعاد هواپیما وجود دارد، مبدل‌های حرارتی تا حد امکان فشرده و کارآمد ساخته می‌شوند تا حداکثر حرارت ممکن را از یک جرم کوچک‌تر منتقل کنند. در نتیجه، هندسه کاملاً عجیب و غریب می شود. همانطور که در مورد مورد بررسی. شکل 1 مبدل حرارتی صفحه ای را نشان می دهد که در آن از یک غشاء بین صفحات برای بهبود انتقال حرارت استفاده شده است. خنک کننده سرد و گرم در کانال ها متناوب می شوند و جهت جریان عرضی است. یک خنک کننده به برش جلو، دیگری - به طرف عرضه می شود.

برای حل مشکل کنترل SCR، باید بدانیم که در چنین مبدل حرارتی در واحد زمان چقدر گرما از یک محیط به محیط دیگر منتقل می شود. سرعت تغییر دما که ما آن را تنظیم می کنیم به این بستگی دارد.

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما
شکل 1. نمودار مبدل حرارتی هواپیما.

مشکلات مدلسازی قسمت هیدرولیک

در نگاه اول، کار بسیار ساده است؛ لازم است که جریان جرمی از طریق کانال های مبدل حرارتی و جریان گرما بین کانال ها را محاسبه کنید.
دبی جرمی مایع خنک کننده در کانال ها با استفاده از فرمول برنولی محاسبه می شود:

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما

که در آن:
ΔP - اختلاف فشار بین دو نقطه؛
ξ – ضریب اصطکاک مایع خنک کننده؛
L - طول کانال؛
د - قطر هیدرولیک کانال.
ρ - چگالی مایع خنک کننده؛
ω – سرعت مایع خنک کننده در کانال.

برای یک کانال با شکل دلخواه، قطر هیدرولیک با فرمول محاسبه می شود:

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما

که در آن:
F - منطقه جریان؛
P - محیط مرطوب کانال.

ضریب اصطکاک با استفاده از فرمول های تجربی محاسبه می شود و به سرعت جریان و خواص مایع خنک کننده بستگی دارد. برای هندسه های مختلف، وابستگی های متفاوتی به دست می آید، به عنوان مثال، فرمول جریان آشفته در لوله های صاف:

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما

که در آن:
Re – شماره رینولدز.

برای جریان در کانال های مسطح می توان از فرمول زیر استفاده کرد:

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما

از فرمول برنولی می توانید افت فشار را برای یک سرعت معین محاسبه کنید یا برعکس، سرعت مایع خنک کننده در کانال را بر اساس افت فشار معین محاسبه کنید.

تبادل حرارت

جریان گرما بین مایع خنک کننده و دیوار با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما

که در آن:
α [W/(m2×deg)] – ضریب انتقال حرارت؛
F - منطقه جریان.

برای مشکلات جریان مایع خنک کننده در لوله ها، تحقیقات کافی انجام شده است و روش های محاسباتی زیادی وجود دارد، و به عنوان یک قاعده، همه چیز به وابستگی های تجربی برای ضریب انتقال حرارت α [W/(m2×deg)] ختم می شود.

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما

که در آن:
Nu – شماره ناسلت،
λ – ضریب هدایت حرارتی مایع [W/(m×deg)] d – قطر هیدرولیک (معادل).

برای محاسبه عدد ناسلت (معیار)، از وابستگی های معیار تجربی استفاده می شود، به عنوان مثال، فرمول محاسبه عدد ناسلت یک لوله گرد به صورت زیر است:

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما

در اینجا ما قبلاً عدد رینولدز، عدد پراندتل را در دمای دیوار و دمای مایع و ضریب ناهمواری می بینیم. (منبع)

برای مبدل های حرارتی صفحه موجدار، فرمول مشابه است ( منبع ):
طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما

که در آن:
n = 0.73 m = 0.43 برای جریان آشفته،
ضریب a - بسته به تعداد صفحات و رژیم جریان از 0,065 تا 0.6 متغیر است.

بیایید در نظر بگیریم که این ضریب فقط برای یک نقطه از جریان محاسبه می شود. برای نقطه بعدی دمای مایع متفاوت است (گرم شده یا سرد شده است)، دمای دیوار متفاوت است و بر این اساس، تمام اعداد رینولدز و اعداد پراندتل شناور هستند.

در این مرحله، هر ریاضی دانی خواهد گفت که محاسبه دقیق سیستمی که در آن ضریب 10 برابر تغییر می کند، غیرممکن است و حق با او خواهد بود.

هر مهندس عملی می گوید که هر مبدل حرارتی متفاوت ساخته می شود و محاسبه سیستم ها غیرممکن است و همچنین حق با او خواهد بود.

طراحی مبتنی بر مدل چطور؟ آیا واقعا همه چیز از دست رفته است؟

فروشندگان پیشرفته نرم افزارهای غربی در این مکان به شما ابررایانه ها و سیستم های محاسبه سه بعدی می فروشند، مانند "شما نمی توانید بدون آن کار کنید." و باید محاسبه را برای یک روز انجام دهید تا توزیع دما را در عرض 3 دقیقه بدست آورید.

واضح است که این گزینه ما نیست، ما باید سیستم کنترل را اگر نه در زمان واقعی، حداقل در زمان قابل پیش بینی، اشکال زدایی کنیم.

راه حل به صورت تصادفی

یک مبدل حرارتی ساخته می‌شود، یک سری آزمایش انجام می‌شود و جدولی از بازده دمای حالت پایدار در نرخ‌های جریان مایع خنک‌کننده مشخص تنظیم می‌شود. ساده، سریع و قابل اعتماد زیرا داده ها از آزمایشات به دست می آیند.

نقطه ضعف این روش این است که هیچ ویژگی دینامیکی شی وجود ندارد. بله، ما می دانیم که جریان گرمای حالت پایدار چقدر خواهد بود، اما نمی دانیم هنگام تغییر از یک حالت عملکرد به حالت دیگر چقدر طول می کشد تا برقرار شود.

بنابراین، با محاسبه ویژگی های لازم، سیستم کنترل را مستقیماً در حین آزمایش پیکربندی می کنیم، که در ابتدا می خواهیم از آن اجتناب کنیم.

رویکرد مبتنی بر مدل

برای ایجاد مدلی از مبدل حرارتی پویا، لازم است از داده های آزمایشی برای حذف عدم قطعیت در فرمول های محاسبات تجربی - عدد ناسلت و مقاومت هیدرولیکی استفاده شود.

راه حل ساده است، مانند هر چیز مبتکرانه. ما یک فرمول تجربی می گیریم، آزمایش ها را انجام می دهیم و مقدار ضریب a را تعیین می کنیم، در نتیجه عدم قطعیت در فرمول را حذف می کنیم.

به محض اینکه مقدار معینی از ضریب انتقال حرارت را داشته باشیم، تمام پارامترهای دیگر توسط قوانین فیزیکی اولیه بقا تعیین می شوند. تفاوت دما و ضریب انتقال حرارت، میزان انرژی انتقال یافته به کانال را در واحد زمان تعیین می کند.

با دانستن جریان انرژی، می توان معادلات پایستگی جرم و تکانه انرژی برای مایع خنک کننده در کانال هیدرولیک را حل کرد. برای مثال این:

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما
برای مورد ما، جریان گرما بین دیوار و مایع خنک کننده - Qwall - نامشخص است. می توانید جزئیات بیشتری را مشاهده کنید اینجا…

و همچنین معادله مشتق دما برای دیوار کانال:

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما
که در آن:
ΔQwall - تفاوت بین جریان ورودی و خروجی به دیوار کانال؛
M جرم دیواره کانال است.
Cpc - ظرفیت حرارتی مواد دیوار.

دقت مدل

همانطور که در بالا ذکر شد، در یک مبدل حرارتی توزیع دما روی سطح صفحه داریم. برای یک مقدار حالت پایدار، می توانید میانگین را روی صفحات بگیرید و از آن استفاده کنید، کل مبدل حرارتی را به عنوان یک نقطه متمرکز تصور کنید که در آن، در یک اختلاف دما، گرما از طریق کل سطح مبدل حرارتی منتقل می شود. اما برای رژیم های گذرا، چنین تقریبی ممکن است کارساز نباشد. افراط دیگر این است که چندین صد هزار امتیاز ایجاد کنیم و Super Computer را بارگیری کنیم، که برای ما نیز مناسب نیست، زیرا وظیفه پیکربندی سیستم کنترل در زمان واقعی یا بهتر است سریعتر است.

این سوال پیش می آید که مبدل حرارتی را باید به چند قسمت تقسیم کرد تا دقت و سرعت محاسبات قابل قبولی بدست آید؟

مثل همیشه تصادفاً یک مدل مبدل حرارتی آمین در دست داشتم. مبدل حرارتی یک لوله است؛ یک محیط گرمایشی در لوله ها جریان دارد و یک محیط گرم بین کیسه ها جریان دارد. برای ساده کردن مشکل، کل لوله مبدل حرارتی را می توان به عنوان یک لوله معادل، و خود لوله را می توان به عنوان مجموعه ای از سلول های محاسباتی گسسته نشان داد، که در هر یک از آنها یک مدل نقطه ای از انتقال حرارت محاسبه می شود. نمودار یک مدل تک سلولی در شکل 2 نشان داده شده است. کانال هوای گرم و کانال هوای سرد از طریق دیواری به هم متصل شده اند که انتقال جریان گرما را بین کانال ها تضمین می کند.

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما
شکل 2. مدل سلول مبدل حرارتی.

راه اندازی مدل مبدل حرارتی لوله ای آسان است. شما می توانید تنها یک پارامتر را تغییر دهید - تعداد بخش ها در طول لوله و به نتایج محاسبات برای پارتیشن های مختلف نگاه کنید. بیایید چندین گزینه را محاسبه کنیم، با تقسیم به 5 نقطه در طول (شکل 3) و تا 100 نقطه در طول (شکل 4) شروع کنیم.

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما
شکل 3. توزیع دمای ثابت 5 نقطه محاسبه شده.

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما
شکل 4. توزیع دمای ثابت 100 نقطه محاسبه شده.

در نتیجه محاسبات، مشخص شد که دمای حالت پایدار وقتی به 100 نقطه تقسیم می شود 67,7 درجه است. و هنگامی که به 5 نقطه محاسبه شده تقسیم می شود، دما 72 درجه سانتیگراد است.

همچنین در پایین پنجره سرعت محاسبه نسبت به زمان واقعی نمایش داده می شود.
بیایید ببینیم که چگونه دمای حالت پایدار و سرعت محاسبه بسته به تعداد نقاط محاسبه تغییر می کند. برای ارزیابی دقت نتیجه به‌دست‌آمده، می‌توان از تفاوت دماهای حالت پایدار در طول محاسبات با تعداد سلول‌های محاسبه متفاوت استفاده کرد.

جدول 1. وابستگی دما و سرعت محاسبه به تعداد نقاط محاسبه در طول مبدل حرارتی.

تعداد امتیازات محاسبه دمای ثابت سرعت محاسبه
5 72,66 426
10 70.19 194
25 68.56 124
50 67.99 66
100 67.8 32

با تجزیه و تحلیل این جدول می توان به نتایج زیر دست یافت:

  • سرعت محاسبه متناسب با تعداد نقاط محاسبه در مدل مبدل حرارتی کاهش می یابد.
  • تغییر در دقت محاسبه به صورت تصاعدی رخ می دهد. با افزایش تعداد نقاط، پالایش در هر افزایش بعدی کاهش می یابد.

در مورد مبدل حرارتی صفحه ای با خنک کننده با جریان متقاطع، مانند شکل 1، ایجاد یک مدل معادل از سلول های محاسباتی ابتدایی کمی پیچیده تر است. ما باید سلول ها را به گونه ای به هم وصل کنیم که جریان های متقاطع را سازماندهی کنیم. برای 4 سلول، مدار مانند شکل 5 خواهد بود.

جریان خنک کننده در امتداد شاخه های سرد و گرم به دو کانال تقسیم می شود، کانال ها از طریق ساختارهای حرارتی به هم متصل می شوند، به طوری که هنگام عبور از کانال، مایع خنک کننده با کانال های مختلف گرما را مبادله می کند. با شبیه سازی جریان متقاطع، مایع خنک کننده داغ از چپ به راست جریان می یابد (شکل 5 را ببینید) در هر کانال، به طور متوالی با کانال های خنک کننده سرد که از پایین به بالا جریان دارد، گرما را مبادله می کند (شکل 5 را ببینید). داغ ترین نقطه در گوشه سمت چپ بالا است، زیرا خنک کننده داغ گرما را با مایع خنک کننده از قبل گرم شده کانال سرد مبادله می کند. و سردترین آن در پایین سمت راست است، جایی که خنک کننده سرد گرما را با خنک کننده داغ که قبلاً در بخش اول خنک شده است، تبادل می کند.

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما
شکل 5. مدل جریان متقاطع 4 سلول محاسباتی.

این مدل برای مبدل حرارتی صفحه ای، انتقال حرارت بین سلول ها را به دلیل هدایت حرارتی در نظر نمی گیرد و اختلاط مایع خنک کننده را در نظر نمی گیرد، زیرا هر کانال ایزوله است.

اما در مورد ما، آخرین محدودیت دقت را کاهش نمی دهد، زیرا در طراحی مبدل حرارتی، غشای راه راه جریان را به کانال های جدا شده زیادی در امتداد مایع خنک کننده تقسیم می کند (شکل 1 را ببینید). بیایید ببینیم با افزایش تعداد سلول‌های محاسباتی، هنگام مدل‌سازی مبدل حرارتی صفحه‌ای چه اتفاقی برای دقت محاسبات می‌افتد.

برای تجزیه و تحلیل دقت، از دو گزینه برای تقسیم مبدل حرارتی به سلول های طراحی استفاده می کنیم:

  1. هر سلول مربع شامل دو عنصر هیدرولیک (جریان سرد و گرم) و یک عنصر حرارتی است. (شکل 5 را ببینید)
  2. هر سلول مربع شامل شش عنصر هیدرولیک (سه بخش در جریان گرم و سرد) و سه عنصر حرارتی است.

در مورد دوم، ما از دو نوع اتصال استفاده می کنیم:

  • جریان مخالف جریان های سرد و گرم؛
  • جریان موازی جریان سرد و گرم.

جریان متقابل راندمان را در مقایسه با جریان متقاطع افزایش می دهد، در حالی که جریان مخالف آن را کاهش می دهد. با تعداد زیادی سلول، میانگین گیری بیش از جریان اتفاق می افتد و همه چیز به جریان متقاطع واقعی نزدیک می شود (شکل 6 را ببینید).

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما
شکل 6. مدل جریان متقاطع چهار سلولی 3 عنصری.

شکل 7 نتایج توزیع دمای ثابت حالت پایدار در مبدل حرارتی را هنگام تامین هوا با دمای 150 درجه سانتی گراد در امتداد خط گرم و 21 درجه سانتی گراد در امتداد خط سرد، برای گزینه های مختلف برای تقسیم مدل نشان می دهد. رنگ و اعداد روی سلول نشان دهنده دمای متوسط ​​دیوار در سلول محاسبه است.

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما
شکل 7. دمای حالت پایدار برای طرح های مختلف طراحی.

جدول 2 دمای حالت پایدار هوای گرم شده بعد از مبدل حرارتی را بسته به تقسیم مدل مبدل حرارتی به سلول ها نشان می دهد.

جدول 2. وابستگی دما به تعداد سلول های طراحی شده در مبدل حرارتی.

بعد مدل دمای ثابت
1 عنصر در هر سلول
دمای ثابت
3 عنصر در هر سلول
2h2 62,7 67.7
۱۳۰۰ × ۶۰۰ 64.9 68.5
4h4 66.2 68.9
8h8 68.1 69.5
۱۳۰۰ × ۶۰۰ 68.5 69.7
۱۳۰۰ × ۶۰۰ 69.4 69.9
۱۳۰۰ × ۶۰۰ 69.8 70.1

با افزایش تعداد سلول های محاسباتی در مدل، دمای حالت پایدار نهایی افزایش می یابد. تفاوت بین دمای حالت پایدار برای پارتیشن های مختلف را می توان به عنوان شاخصی از دقت محاسبه در نظر گرفت. مشاهده می شود که با افزایش تعداد سلول های محاسباتی، دما به حد مجاز می رسد و افزایش دقت متناسب با تعداد نقاط محاسبه نیست.

این سوال مطرح می شود: به چه نوع دقت مدل نیاز داریم؟

پاسخ به این سوال به هدف مدل ما بستگی دارد. از آنجایی که این مقاله در مورد طراحی مبتنی بر مدل است، ما یک مدل برای پیکربندی سیستم کنترل ایجاد می کنیم. این بدان معنی است که دقت مدل باید با دقت سنسورهای استفاده شده در سیستم قابل مقایسه باشد.

در مورد ما، دما توسط یک ترموکوپل اندازه گیری می شود که دقت آن 2.5± درجه سانتی گراد است. هر گونه دقت بالاتر برای هدف راه اندازی یک سیستم کنترل بی فایده است؛ سیستم کنترل واقعی ما به سادگی آن را "نخواهد دید". بنابراین، اگر فرض کنیم که دمای محدود کننده برای تعداد نامتناهی پارتیشن 70 درجه سانتیگراد است، مدلی که بیش از 67.5 درجه سانتیگراد به ما می دهد به اندازه کافی دقیق خواهد بود. همه مدل های دارای 3 نقطه در یک سلول محاسباتی و مدل های بزرگتر از 5x5 با یک نقطه در یک سلول. (در جدول 2 با رنگ سبز مشخص شده است)

حالت های عملکرد پویا

برای ارزیابی رژیم دینامیکی، ما روند تغییر دما را در گرمترین و سردترین نقاط دیوار مبدل حرارتی برای انواع مختلف طرح های طراحی ارزیابی خواهیم کرد. (شکل 8 را ببینید)

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما
شکل 8. گرم کردن مبدل حرارتی. مدل های ابعاد 2*2 و 10*10.

مشاهده می شود که زمان فرآیند انتقال و ماهیت آن عملاً مستقل از تعداد سلول های محاسبه است و منحصراً توسط جرم فلز گرم شده تعیین می شود.

بنابراین، نتیجه می گیریم که برای مدل سازی منصفانه مبدل حرارتی در حالت های 20 تا 150 درجه سانتی گراد، با دقت مورد نیاز سیستم کنترل SCR، حدود 10 تا 20 نقطه طراحی کافی است.

راه اندازی یک مدل پویا بر اساس آزمایش

با داشتن یک مدل ریاضی و همچنین داده های تجربی در مورد پاکسازی مبدل حرارتی، تنها کاری که باید انجام دهیم این است که یک اصلاح ساده انجام دهیم، یعنی یک ضریب تشدید را به مدل وارد کنیم تا محاسبه با نتایج آزمایشی مطابقت داشته باشد.

علاوه بر این، با استفاده از محیط ایجاد مدل گرافیکی، این کار را به صورت خودکار انجام خواهیم داد. شکل 9 الگوریتمی را برای انتخاب ضرایب تشدید انتقال حرارت نشان می دهد. داده های به دست آمده از آزمایش به ورودی عرضه می شود، مدل مبدل حرارتی متصل می شود و ضرایب مورد نیاز برای هر حالت در خروجی به دست می آید.

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما
شکل 9. الگوریتم انتخاب ضریب تشدید بر اساس نتایج تجربی.

بنابراین، ما همان ضریب را برای یک عدد ناسلت تعیین می کنیم و عدم قطعیت در فرمول های محاسبه را حذف می کنیم. برای حالت‌ها و دماهای مختلف عملکرد، مقادیر ضرایب تصحیح ممکن است تغییر کند، اما برای حالت‌های عملیاتی مشابه (عملکرد عادی) آنها بسیار نزدیک هستند. به عنوان مثال، برای یک مبدل حرارتی معین برای حالت های مختلف، ضریب از 0.492 تا 0.655 متغیر است.

اگر ضریب 0.6 را اعمال کنیم، در حالت های عملیاتی مورد مطالعه خطای محاسباتی کمتر از خطای ترموکوپل خواهد بود، بنابراین برای سیستم کنترل، مدل ریاضی مبدل حرارتی کاملاً با مدل واقعی مناسب خواهد بود.

نتایج راه اندازی مدل مبدل حرارتی

برای ارزیابی کیفیت انتقال حرارت، از ویژگی خاصی استفاده می شود - راندمان:

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما
که در آن:
EFFداغ - کارایی مبدل حرارتی برای خنک کننده داغ؛
Tکوه هاin - دمای ورودی به مبدل حرارتی در امتداد مسیر جریان مایع خنک کننده داغ؛
Tکوه هاخارج - درجه حرارت در خروجی مبدل حرارتی آنها در امتداد مسیر جریان خنک کننده داغ؛
Tتالارin - دمای ورودی به مبدل حرارتی در امتداد مسیر جریان خنک کننده سرد.

جدول 3 انحراف بازده مدل مبدل حرارتی را از مدل تجربی در دبی های مختلف در امتداد خطوط گرم و سرد نشان می دهد.

جدول 3. خطاها در محاسبه راندمان انتقال حرارت بر حسب درصد
طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما

در مورد ما، ضریب انتخاب شده می تواند در تمام حالت های عملیاتی مورد علاقه ما استفاده شود. اگر در دبی‌های پایین، جایی که خطا بزرگ‌تر است، دقت لازم به دست نیامد، می‌توانیم از یک ضریب تشدید متغیر استفاده کنیم که به دبی جریان بستگی دارد.

به عنوان مثال، در شکل 10، ضریب تشدید با استفاده از فرمول داده شده بسته به سرعت جریان در سلول های کانال محاسبه می شود.

طراحی مبتنی بر مدل ایجاد یک مدل قابل اعتماد با استفاده از مثال مبدل حرارتی هواپیما
شکل 10. ضریب افزایش انتقال حرارت متغیر.

یافته ها

  • دانش قوانین فیزیکی به شما امکان می دهد مدل های پویا از یک شی را برای طراحی مبتنی بر مدل ایجاد کنید.
  • مدل باید بر اساس داده های آزمایشی تأیید و تنظیم شود.
  • ابزار توسعه مدل باید به توسعه دهنده اجازه دهد تا مدل را بر اساس نتایج آزمایش شیء سفارشی کند.
  • از روش صحیح مبتنی بر مدل استفاده کنید و خوشحال خواهید شد!

پاداش برای کسانی که خواندن را تمام کردند. ویدئویی از عملکرد مدل مجازی سیستم SCR.

فقط کاربران ثبت نام شده می توانند در نظرسنجی شرکت کنند. ورود، لطفا.

بعد در مورد چه چیزی صحبت کنم؟

  • ٪۱۰۰چگونه ثابت کنیم برنامه موجود در مدل با برنامه موجود در سخت افزار مطابقت دارد.16

  • ٪۱۰۰نحوه استفاده از محاسبات ابر رایانه برای طراحی مبتنی بر مدل.5

21 کاربر رای دادند. 1 کاربر رای ممتنع

منبع: www.habr.com

اضافه کردن نظر