Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher

"Wann Dir d'Inscriptioun "Buffalo" op engem Elefant Käfeg liest, gleeft Är Aen net." Kozma Prutkov

An der viregter Artikel iwwer Model-Based Design et gouf gewisen, firwat en Objektmodell gebraucht gëtt, an et gouf bewisen, datt ouni dësen Objektmodell nëmme vu Modellbaséierten Design als Marketing-Blizzard geschwat gëtt, sënnlos a barmhäerzlech. Awer wann e Modell vun engem Objet erschéngt, hunn kompetent Ingenieuren ëmmer eng raisonnabel Fro: wat Beweiser gëtt et datt de mathematesche Modell vum Objet dem realen Objet entsprécht.

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher

Ee Beispill Äntwert op dës Fro gëtt an Artikel iwwer Modell-baséiert Design vun elektreschen fiert. An dësem Artikel wäerte mir e Beispill kucken fir e Modell fir Fliger Klimaanlag Systemer ze kreéieren, d'Praxis mat e puer theoreteschen Iwwerleeungen vun enger allgemenger Natur ze verdënnen.

Schafen eng zouverlässeg Modell vum Objet. Theorie

Fir net ze procrastinéieren, wäert ech Iech direkt iwwer den Algorithmus soen fir e Modell fir Model-baséiert Design ze kreéieren. Et brauch nëmmen dräi einfach Schrëtt:

Schrëtt 1. Entwéckelt e System vun algebraesch-Differentialgleichungen déi dat dynamescht Verhalen vum modelléierte System beschreiwen. Et ass einfach wann Dir d'Physik vum Prozess kennt. Vill Wëssenschaftler hu scho fir eis déi fundamental physikalesch Gesetzer entwéckelt, déi no Newton, Brenoul, Navier Stokes an aner Stangels, Compasses a Rabinovich benannt sinn.

Schrëtt 2. Wielt am resultéierende System eng Rei vun empiresche Koeffizienten a Charakteristiken vum Modellerobjekt, déi aus Tester kritt kënne ginn.

Schrëtt 3. Test den Objet an ajustéiert de Modell op Basis vun de Resultater vu voller Experimenter, sou datt et der Realitéit entsprécht, mat dem erfuerderlechen Detail.

Wéi Dir kënnt gesinn, ass et einfach, just zwee dräi.

Beispill vun praktesch Ëmsetzung

De Klimaanlag (ACS) an engem Fliger ass mat engem automateschen Drockhaltungssystem verbonnen. Den Drock am Fliger muss ëmmer méi grouss sinn wéi den externen Drock, an den Taux vum Drockännerung muss esou sinn datt Piloten a Passagéier net aus der Nues an Oueren bléien. Dofir ass de Loftinlet- an Outlet Kontrollsystem wichteg fir d'Sécherheet, an deier Testsystemer ginn op de Buedem gesat fir seng Entwécklung. Si kreéieren Temperaturen an Drock op Fluchhéicht, a reproduzéieren Start- a Landungsbedéngungen op Fluchfelder vu verschiddenen Héichten. An d'Fro vun der Entwécklung an Debugging Kontrollsystemer fir SCVs geet op säi vollt Potenzial erop. Wéi laang wäerte mir d'Testbänk lafen fir en zefriddestellende Kontrollsystem ze kréien? Natierlech, wa mir e Kontrollmodell op engem Modell vun engem Objet opstellen, da kann den Zyklus vun der Aarbecht op der Testbank wesentlech reduzéiert ginn.

E Fliger Klimaanlag System besteet aus der selwechter Hëtzt exchangers wéi all aner thermesch System. D'Batterie ass och an Afrika eng Batterie, nëmmen e Klimaanlag. Awer wéinst Aschränkungen op Startgewiicht an Dimensioune vu Fligeren sinn Wärmetauscher esou kompakt a sou effizient wéi méiglech gemaach fir sou vill Hëtzt wéi méiglech aus enger méi klenger Mass ze transferéieren. Als Resultat gëtt d'Geometrie zimlech bizar. Wéi am Fall ënner Betruecht. Figur 1 weist e Plackewärmetauscher an deem eng Membran tëscht de Placke benotzt gëtt fir Wärmetransfer ze verbesseren. Heiss a kale Kältemëttel alternéieren an de Kanäl, an d'Flowrichtung ass transversal. Ee Kühlmëttel gëtt op de Frontschnëtt geliwwert, deen aneren - op d'Säit.

Fir de Problem vun der Kontroll vun SCR ze léisen, musse mir wëssen, wéi vill Hëtzt vun engem Medium an en anert an esou engem Wärmetauscher pro Unitéit Zäit transferéiert gëtt. Den Taux vun der Temperaturännerung, déi mir regelen, hänkt dovun of.

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher
Figur 1. Diagramm vun engem Fliger Hëtzt exchanger.

Modeller Problemer. Hydraulesch Deel

Op den éischte Bléck ass d'Aufgab ganz einfach, et ass néideg de Massefluss duerch d'Wärmetauscherkanäl an d'Wärmefloss tëscht de Kanäl ze berechnen.
De Masseflussquote vum Kühlmëttel an de Kanäl gëtt mat der Bernouli Formel berechent:

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher

wou:
ΔP - Drockdifferenz tëscht zwee Punkten;
ξ - Kältemëttel Reibungskoeffizient;
L - Kanallängt;
d - hydraulesch Duerchmiesser vum Kanal;
ρ - Kältemëtteldicht;
ω - Killmëttel Geschwindegkeet am Kanal.

Fir e Kanal vun arbiträr Form gëtt den hydrauleschen Duerchmiesser duerch d'Formel berechent:

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher

wou:
F - Flux Beräich;
P - befeuchte Perimeter vum Kanal.

De Reibungskoeffizient gëtt mat empiresche Formelen berechent an hänkt vun der Flowgeschwindegkeet an der Eegeschafte vum Kühlmëttel of. Fir verschidde Geometrie gi verschidde Ofhängegkeete kritt, zum Beispill d'Formel fir turbulenten Flow a glatte Päifen:

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher

wou:
Re - Reynolds Zuel.

Fir Flow a flaach Kanäl kann déi folgend Formel benotzt ginn:

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher

Vun Bernoulli Formel, Dir kënnt den Drock erofzesetzen fir eng bestëmmte Vitesse Berechent, oder Vize versa, Berechent der coolant Vitesse am Kanal, baséiert op engem bestëmmte Drock erofzesetzen.

Wärmeaustausch

Den Wärmefluss tëscht dem Kältemëttel an der Mauer gëtt mat der Formel berechent:

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher

wou:
α [W/(m2×deg)] – Wärmetransferkoeffizient;
F - Flux Beräich.

Fir Probleemer vum Kälteflëss an de Päifen ass genuch Fuerschung duerchgefouert ginn an et gi vill Berechnungsmethoden, an als Regel kënnt alles op empiresch Ofhängegkeete fir den Wärmetransferkoeffizient α [W/(m2×deg)]

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher

wou:
Nu – Nusselt Nummer,
λ – thermesch Konduktivitéitskoeffizient vun der Flëssegkeet [W/(m×deg)] d – hydraulesch (gläichwäerteg) Duerchmiesser.

Fir d'Nüsselt Zuel (Critère) ze berechnen, ginn empiresch Critère Ofhängegkeeten benotzt, zum Beispill gesäit d'Formel fir d'Berechnung vun der Nusselt Zuel vun enger Ronn Päif esou aus:

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher

Hei gesi mer schonn d'Reynoldszuel, d'Prandtl-Zuel bei der Wandtemperatur an der Flëssegkeetstemperatur an den Ongläichheetskoeffizient. (Source)

Fir gewellte Placke Wärmetauscher ass d'Formel ähnlech ( Source ):
Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher

wou:
n = 0.73 m = 0.43 fir turbulente Flux,
Koeffizient a - variéiert vun 0,065 bis 0.6 ofhängeg vun der Zuel vun de Placken a Stroumregime.

Loosst eis berücksichtegen datt dëse Koeffizient nëmme fir ee Punkt am Flux berechent gëtt. Fir den nächste Punkt hu mir eng aner Temperatur vun der Flëssegkeet (et ass erhëtzt oder ofgekillt), eng aner Temperatur vun der Mauer an deementspriechend all d'Reynoldszuelen a Prandtl Zuelen schwammen.

Zu dësem Zäitpunkt wäert all Mathematiker soen datt et onméiglech ass e System präzis ze berechnen an deem de Koeffizient 10 Mol ännert, an hie wäert richteg sinn.

All prakteschen Ingenieur wäert soen datt all Wärmetauscher anescht hiergestallt gëtt an et ass onméiglech d'Systemer ze berechnen, an hien wäert och richteg sinn.

Wat iwwer Model-baséiert Design? Ass alles wierklech verluer?

Fortgeschratt Verkeefer vu westlecher Software op dëser Plaz verkafen Iech Supercomputer an 3D Berechnungssystemer, wéi "Dir kënnt net ouni et maachen." An Dir musst d'Berechnung fir en Dag lafen fir d'Temperaturverdeelung bannent 1 Minutt ze kréien.

Et ass kloer datt dëst net eis Optioun ass, mir mussen de Kontrollsystem debuggen, wann net an Echtzäit, dann op d'mannst an der absehbarer Zäit.

Léisung zoufälleg

En Wärmetauscher gëtt hiergestallt, eng Serie vun Tester ginn duerchgefouert, an eng Tabelle vun der Effizienz vun der Steady-State Temperatur gëtt op bestëmmte Kälteflëssegkeetsraten festgeluecht. Einfach, séier an zouverlässeg well d'Donnéeën aus Tester kommen.

Den Nodeel vun dëser Approche ass datt et keng dynamesch Charakteristiken vum Objet gëtt. Jo, mir wësse wat de Steady-State Wärmefloss wäert sinn, awer mir wësse net wéi laang et dauert fir z'etabléieren wann Dir vun engem Betribsmodus an en aneren wiesselt.

Dofir, nodeems Dir déi néideg Charakteristiken berechent hutt, konfiguréiere mir de Kontrollsystem direkt beim Testen, wat mir ufanks gäre vermeiden.

Modell-baséiert Approche

Fir e Modell vun engem dynamesche Wärmetauscher ze kreéieren, ass et néideg Testdaten ze benotzen fir Onsécherheeten an den empiresche Berechnungsformelen ze eliminéieren - d'Nüsselt Zuel an d'hydraulesch Resistenz.

D'Léisung ass einfach, wéi alles genial. Mir huelen eng empiresch Formel, maachen Experimenter a bestëmmen de Wäert vum Koeffizient a, doduerch d'Onsécherheet an der Formel eliminéiert.

Soubal mir e bestëmmte Wäert vum Wärmetransferkoeffizient hunn, ginn all aner Parameteren duerch déi fundamental physikalesch Gesetzer vun der Konservatioun festgeluegt. Den Temperaturdifferenz an den Wärmetransferkoeffizient bestëmmen d'Quantitéit vun der Energie, déi an de Kanal pro Unitéit Zäit transferéiert gëtt.

Wann Dir d'Energiefluss kennt, ass et méiglech d'Equatioune vun der Konservatioun vun der Energiemass an der Dynamik fir de Kältemëttel am hydraulesche Kanal ze léisen. Zum Beispill dëst:

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher
Fir eist Fall bleift den Wärmestroum tëscht der Mauer an dem Kältemëttel - Qwall - onsécher. Dir kënnt méi Detailer gesinn Hei…

An och d'Temperaturderivativ Equatioun fir d'Kanalmauer:

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher
wou:
ΔQwall - den Ënnerscheed tëscht erakommen an erausginn Flux op d'Kanal Mauer;
M ass d'Mass vun der Kanalmauer;
Cpc - Wärmekapazitéit vum Wandmaterial.

Modell Genauegkeet

Wéi uewen erwähnt, an engem Wärmetauscher hu mir eng Temperaturverdeelung iwwer d'Uewerfläch vun der Plack. Fir e Steady-State-Wäert, kënnt Dir d'Moyenne iwwer d'Placken huelen an se benotzen, de ganze Wärmetauscher als ee konzentréiert Punkt virstellen, op deem, bei engem Temperaturdifferenz, Hëtzt duerch d'ganz Uewerfläch vum Wärmetauscher transferéiert gëtt. Awer fir transient Regime kann esou eng Approximatioun net funktionnéieren. Deen aneren Extrem ass e puer honnertdausend Punkten ze maachen an de Super Computer ze lueden, deen och fir eis net gëeegent ass, well d'Aufgab ass de Kontrollsystem an Echtzäit ze konfiguréieren, oder besser nach méi séier.

D'Fro stellt sech, wéivill Rubriken soll den Wärmetauscher ënnerdeelt ginn fir eng akzeptabel Genauegkeet a Geschwindegkeet vun der Berechnung ze kréien?

Wéi ëmmer hunn ech zoufälleg e Modell vun engem Amin Wärmetauscher bei der Hand. Den Wärmetauscher ass e Rouer; en Heizmëttel fléisst an de Päifen, an en erhëtzt Medium fléisst tëscht de Poschen. Fir de Problem ze vereinfachen, kann de ganze Wärmetauscherröhre als een gläichwäerteg Päif vertruede sinn, an d'Päif selwer kann als Set vu diskrete Berechnungszellen duergestallt ginn, an all eenzel vun deenen e Punktmodell vum Wärmetransfer berechent gëtt. D'Diagramm vun engem eenzegen Zellmodell gëtt an der Figur 2. De waarme Loftkanal an de kale Loftkanal sinn duerch eng Mauer verbonnen, déi den Transfert vum Wärmestroum tëscht de Kanäl garantéiert.

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher
Figur 2. Hëtzt exchanger Zell Modell.

Den tubuläre Wärmetauscher Modell ass einfach ze installéieren. Dir kënnt nëmmen ee Parameter änneren - d'Zuel vun de Sektiounen laanscht d'Längt vum Päif a kuckt d'Berechnungsresultater fir verschidde Partitionen. Loosst eis e puer Méiglechkeeten berechnen, mat enger Divisioun op 5 Punkte laanscht d'Längt (Fig. 3) a bis zu 100 Punkte laanscht d'Längt (Fig. 4).

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher
Figur 3. Stationär Temperatur Verdeelung vun 5 berechent Punkten.

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher
Figur 4. Stationär Temperatur Verdeelung vun 100 berechent Punkten.

Als Resultat vun de Berechnungen huet et erausgestallt datt d'Steady-State Temperatur wann se an 100 Punkten opgedeelt ass 67,7 Grad ass. A wann et a 5 berechent Punkten opgedeelt gëtt, ass d'Temperatur 72 Grad C.

Och um Enn vun der Fënster gëtt d'Berechnungsgeschwindegkeet relativ zu Echtzäit ugewisen.
Loosst eis kucken wéi d'Steady-State Temperatur an d'Berechnungsgeschwindegkeet ofhängeg vun der Unzuel vun de Berechnungspunkten änneren. D'Ënnerscheeder am Steady-State Temperaturen während Berechnungen mat verschidden Zuelen vun Berechnung Zellen kann benotzt ginn der Richtegkeet vun der kritt Resultat ze bewäerten.

Dësch 1. Ofhängegkeet vun Temperatur an Berechnung Vitesse op d'Zuel vun Berechnung Punkten laanscht d'Längt vun der Hëtzt exchanger.

Zuel vun Berechnung Punkten Bestänneg Temperatur Berechnung Vitesse
5 72,66 426
10 70.19 194
25 68.56 124
50 67.99 66
100 67.8 32

Wann Dir dës Tabell analyséiert, kënne mir déi folgend Conclusiounen zéien:

  • D'Berechnungsgeschwindegkeet fällt am Verhältnis zu der Unzuel vun de Berechnungspunkten am Wärmetauschermodell.
  • D'Ännerung vun der Berechnungsgenauegkeet geschitt exponentiell. Wéi d'Zuel vun de Punkten eropgeet, geet d'Verfeinerung bei all spéider Erhéijung erof.

Am Fall vun engem Plack-Wärmetauscher mat engem Cross-Flow-Kühlmëttel, wéi an der Figur 1, ass e gläichwäertege Modell aus elementarer Berechnungszellen e bësse méi komplizéiert. Mir mussen d'Zellen esou verbannen, fir Kräizflëss ze organiséieren. Fir 4 Zellen wäert de Circuit ausgesinn wéi an der Figur 5.

De Kühlmittelfluss gëtt laanscht d'waarm a kale Branchen an zwee Kanäl opgedeelt, d'Kanäl sinn duerch thermesch Strukturen verbonnen, sou datt wann Dir duerch de Kanal passéiert, de Kältemittel Hëtzt mat verschiddene Kanäl austauscht. Simuléierend Kräizfloss fléisst de waarme Kältemëttel vu lénks no riets (kuckt Fig. 5) an all Kanal, sequentiell austauscht Wärme mat de Kanäl vum kale Kältemëttel, deen vun ënnen no uewen fléisst (kuckt Fig. 5). Den wäermste Punkt ass an der ieweschter lénkser Ecke, well de waarme Kältemëttel d'Hëtzt mat dem schonn erhëtzten Kältemëttel vum kale Kanal austauscht. An déi keelst ass riets ënnen, wou de kale Kältemëttel Hëtzt mam waarme Kühlmëttel austauscht, dee schonn an der éischter Sektioun ofgekillt ass.

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher
Figur 5. Kräiz Flux Modell vun 4 computational Zellen.

Dëse Modell fir e Plack Wärmetauscher berücksichtegt net d'Wärmetransfer tëscht Zellen wéinst der thermescher Konduktivitéit a berücksichtegt net d'Mëschung vum Kältemëttel, well all Kanal isoléiert ass.

Awer an eisem Fall reduzéiert déi lescht Begrenzung d'Genauegkeet net, well am Design vum Wärmetauscher d'gewellte Membran trennt de Stroum a vill isoléiert Kanäl laanscht de Kältemëttel (kuckt Fig. 1). Loosst eis kucken wat mat der Berechnungsgenauegkeet geschitt wann Dir e Plack Wärmetauscher modelléiert wéi d'Zuel vun de Berechnungszellen eropgeet.

Fir d'Genauegkeet ze analyséieren, benotze mir zwou Méiglechkeeten fir den Wärmetauscher an Designzellen opzedeelen:

  1. All Quadratzell enthält zwee hydraulesch (kal a waarm Flëss) an een thermescht Element. (kuckt Bild 5)
  2. All Quadratzell enthält sechs hydraulesch Elementer (dräi Sektiounen am waarmen a kale Stroum) an dräi thermesch Elementer.

Am leschte Fall benotze mir zwou Aarte vu Verbindung:

  • Géigefloss vu kale a waarme Flëss;
  • parallel Flux vun kal a waarm Flux.

A Konter Flux erhéicht Effizienz am Verglach zu engem Kräiz Flux, iwwerdeems e Konter Flux reduzéiert et. Mat enger grousser Zuel vun Zellen, duerchschnëttlech iwwer de Flux geschitt an alles gëtt no bei der real Kräiz-Flow (kuckt Figur 6).

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher
Figur 6. Véier-Zell, 3-Element Kräiz-Flow Modell.

Figure 7 weist d'Resultater vun der stänneger stationärer Temperaturverdeelung am Wärmetauscher wann d'Loft mat enger Temperatur vun 150 ° C laanscht d'waarm Linn versuergt gëtt, an 21 ° C laanscht d'Kältelinn, fir verschidde Méiglechkeeten fir de Modell opzedeelen. D'Faarf an d'Zuelen op der Zell reflektéieren déi duerchschnëttlech Wandtemperatur an der Berechnungszell.

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher
Figur 7. Steady-State Temperaturen fir verschidden Design Schema.

Tabell 2 weist d'Stady-State Temperatur vun der gehëtzter Loft nom Wärmetauscher, jee no der Divisioun vum Wärmetauschermodell an Zellen.

Dësch 2. Ofhängegkeet vun Temperatur op d'Zuel vun Design Zellen am Hëtzt exchanger.

Modell Dimensioun Bestänneg Temperatur
1 Element pro Zell
Bestänneg Temperatur
3 Elementer pro Zell
2x2 62,7 67.7
3 × 3 64.9 68.5
4x4 66.2 68.9
8x8 68.1 69.5
10 × 10 68.5 69.7
20 × 20 69.4 69.9
40 × 40 69.8 70.1

Wéi d'Zuel vun de Berechnungszellen am Modell eropgeet, erhéicht d'Finale Steady-State Temperatur. Den Ënnerscheed tëscht der Steady-State Temperatur fir verschidde Partitionen kann als Indikator fir d'Genauegkeet vun der Berechnung ugesi ginn. Et kann gesi ginn datt mat enger Erhéijung vun der Zuel vun de Berechnungszellen d'Temperatur op d'Limite tendéiert, an d'Erhéijung vun der Genauegkeet ass net proportional zu der Unzuel vun de Berechnungspunkten.

D'Fro stellt sech: wéi eng Modellgenauegkeet brauche mir?

D'Äntwert op dës Fro hänkt vum Zweck vun eisem Modell of. Well dësen Artikel iwwer Modellbaséiert Design ass, kreéiere mir e Modell fir de Kontrollsystem ze konfiguréieren. Dëst bedeit datt d'Genauegkeet vum Modell mat der Genauegkeet vun de Sensoren am System vergläichbar muss sinn.

An eisem Fall gëtt d'Temperatur vun engem Thermoelement gemooss, deem seng Genauegkeet ± 2.5°C ass. All méi héich Genauegkeet fir den Zweck fir e Kontrollsystem opzestellen ass nëtzlos; eise richtege Kontrollsystem wäert et einfach "net gesinn". Also, wa mir dovun ausgoen datt d'Limitatiounstemperatur fir eng onendlech Zuel vu Partitionen 70 °C ass, da wäert e Modell deen eis méi wéi 67.5 °C gëtt genuch genee sinn. All Modeller mat 3 Punkten an enger Berechnungszell a Modeller méi grouss wéi 5x5 mat engem Punkt an enger Zell. (Gréng beliicht an der Tabell 2)

Dynamesch Operatiounsmodi

Fir den dynamesche Regime ze beurteelen, wäerte mir de Prozess vun der Temperaturännerung an de waarmsten a kälteste Punkte vun der Wärmetauschermauer fir verschidde Varianten vun Designschemaen evaluéieren. (kuckt Fig. 8)

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher
Figur 8. Erwiermung vum Wärmetauscher. Modeller vun Dimensiounen 2x2 an 10x10.

Et kann gesi ginn datt d'Zäit vum Iwwergangsprozess a seng ganz Natur praktesch onofhängeg vun der Zuel vun de Berechnungszellen sinn, an ausschliisslech duerch d'Mass vum erhëtzte Metall bestëmmt ginn.

Also schléissen mir datt fir fair Modeller vum Wärmetauscher a Modi vun 20 bis 150 ° C, mat der Genauegkeet, déi vum SCR Kontrollsystem erfuerderlech ass, ongeféier 10 - 20 Designpunkte genuch sinn.

Opstellung vun engem dynamesche Modell baséiert op Experiment

Mat engem mathematesche Modell, wéi och experimentell Donnéeën iwwer d'Spülen vum Wärmetauscher, alles wat mir maache mussen ass eng einfach Korrektur ze maachen, nämlech en Intensivéierungsfaktor an de Modell aféieren, sou datt d'Berechnung mat den experimentellen Resultater fällt.

Ausserdeem, mat der graphescher Modellkreatiounsëmfeld, maache mir dëst automatesch. Figur 9 weist en Algorithmus fir d'Auswiel vu Wärmetransferintensivéierungskoeffizienten. D'Donnéeën, déi aus dem Experiment kritt goufen, ginn op den Input geliwwert, de Wärmetauschermodell ass verbonnen, an déi erfuerderlech Koeffizienten fir all Modus ginn am Ausgang kritt.

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher
Figur 9. Algorithmus fir d'Auswiel vun der Intensivéierungskoeffizient baséiert op den experimentellen Resultater.

Mir bestëmmen also dee selwechte Koeffizient fir eng Nusselt Zuel an eliminéiert d'Onsécherheet an de Berechnungsformelen. Fir verschidden Operatiounsmodi an Temperaturen kënnen d'Wäerter vun de Korrekturfaktoren änneren, awer fir ähnlech Operatiounsmodi (normal Operatioun) si si ganz no. Zum Beispill, fir e bestëmmten Wärmetauscher fir verschidde Modi läit de Koeffizient vun 0.492 bis 0.655

Wa mir e Koeffizient vun 0.6 applizéieren, dann an de Betribsmodi ënner Studie gëtt de Berechnungsfehler manner wéi den Thermoelementfehler, also fir de Kontrollsystem ass de mathematesche Modell vum Wärmetauscher komplett adäquat zum realen Modell.

Resultater vun der Opstellung vum Wärmetauschermodell

Fir d'Qualitéit vum Wärmetransfer ze bewäerten, gëtt eng speziell Charakteristik benotzt - Effizienz:

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher
wou:
effwaarm - Effizienz vum Wärmetauscher fir waarme Killmëttel;
TBiergerin - Temperatur am Inlet an den Wärmetauscher laanscht de waarme Kälteflëssegkeetswee;
TBiergeraus - Temperatur am Outlet vun hirem Wärmetauscher laanscht de waarme Kältemittelstroumwee;
THalin – Temperatur am Inlet an den Wärmetauscher laanscht de kale Kälteflëssegkeetswee.

Table 3 weist d'Ofwäichung vun der Effizienz vum Wärmetauschermodell vum experimentellen bei verschiddene Stroumraten laanscht déi waarm a kal Linnen.

Table 3. Feeler bei der Berechnung vun der Wärmetransfereffizienz an %
Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher

An eisem Fall kann de gewielte Koeffizient an all Betribsmodi vun eis interesséieren benotzt ginn. Wann bei nidderegen Flowraten, wou de Feeler méi grouss ass, déi erfuerderlech Genauegkeet net erreecht gëtt, kënne mir e variabelen Intensivéierungsfaktor benotzen, deen vun der aktueller Flowrate hänkt.

Zum Beispill, an der Figur 10, gëtt den Intensivéierungskoeffizient mat enger gegebene Formel berechent ofhängeg vun der aktueller Flowrate an de Kanalzellen.

Modell-baséiert Design. Schafung vun engem zouverlässeg Modell mam Beispill vun engem Fliger Wärmetauscher
Figur 10. Variabel Hëtzt Transfermaart Erhéijung Koeffizient.

Conclusiounen

  • Wëssen vun kierperlech Gesetzer erlaabt Iech dynamesch Modeller vun engem Objet fir Modell-baséiert Design ze schafen.
  • De Modell muss verifizéiert an ofgestëmmt ginn op Basis vun Testdaten.
  • Modellentwécklungsinstrumenter sollen den Entwéckler erlaben de Modell ze personaliséieren op Basis vun de Resultater vum Test vum Objet.
  • Benotzt déi richteg Modell-baséiert Approche an Dir wäert frou sinn!

Bonus fir déi, déi gelies hunn. Video vun der Operatioun vun engem virtuelle Modell vum SCR System.

Nëmme registréiert Benotzer kënnen un der Ëmfro deelhuelen. Umellen, wann ech glift.

Wat soll ech dann iwwer schwätzen?

  • 76,2%Wéi beweist, datt de Programm am Modell dem Programm an der Hardware entsprécht.16

  • 23,8%Wéi Supercomputer Computing fir Modell-baséiert Design ze benotzen.5

21 Benotzer hunn gestëmmt. 1 Benotzer huet sech enthalen.

Source: will.com

Setzt e Commentaire