Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni

"Nëse lexoni mbishkrimin "buall" në kafazin e një elefanti, mos u besoni syve tuaj." Kozma Prutkov

Në të mëparshmen artikull rreth dizajnit të bazuar në model u tregua pse nevojitet një model objekti dhe u vërtetua se pa këtë model objekti mund të flitet vetëm për dizajnin e bazuar në model si një stuhi marketingu, e pakuptimtë dhe e pamëshirshme. Por kur shfaqet një model i një objekti, inxhinierët kompetentë kanë gjithmonë një pyetje të arsyeshme: çfarë dëshmie ka që modeli matematikor i objektit korrespondon me objektin real.

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni

Një shembull i përgjigjes për këtë pyetje është dhënë në artikull rreth dizajnit të bazuar në model të disqeve elektrike. Në këtë artikull do të shikojmë një shembull të krijimit të një modeli për sistemet e kondicionimit të avionëve, duke e holluar praktikën me disa konsiderata teorike të një natyre të përgjithshme.

Krijimi i një modeli të besueshëm të objektit. Teoria

Për të mos e zvarritur, unë do t'ju tregoj menjëherë për algoritmin për krijimin e një modeli për dizajnin e bazuar në model. Duhen vetëm tre hapa të thjeshtë:

Hapi 1. Zhvilloni një sistem ekuacionesh algjebrike-diferenciale që përshkruajnë sjelljen dinamike të sistemit të modeluar. Është e thjeshtë nëse e dini fizikën e procesit. Shumë shkencëtarë kanë zhvilluar tashmë për ne ligjet bazë fizike të emërtuara pas Njutonit, Brenoulit, Navier Stokes dhe Stangels, Compasses dhe Rabinovich të tjerë.

Hapi 2. Zgjidhni në sistemin që rezulton një grup koeficientësh empirikë dhe karakteristikash të objektit të modelimit që mund të merren nga testet.

Hapi 3. Testoni objektin dhe rregulloni modelin bazuar në rezultatet e eksperimenteve në shkallë të plotë, në mënyrë që të korrespondojë me realitetin, me shkallën e kërkuar të detajeve.

Siç mund ta shihni, është e thjeshtë, vetëm dy tre.

Shembull i zbatimit praktik

Sistemi i ajrit të kondicionuar (ACS) në një avion është i lidhur me një sistem automatik të mirëmbajtjes së presionit. Presioni në aeroplan duhet të jetë gjithmonë më i madh se presioni i jashtëm dhe shkalla e ndryshimit të presionit duhet të jetë e tillë që pilotëve dhe pasagjerëve të mos rrjedh gjak nga hunda dhe veshët. Prandaj, sistemi i kontrollit të hyrjes dhe daljes së ajrit është i rëndësishëm për sigurinë dhe sistemet e shtrenjta të testimit janë vënë në terren për zhvillimin e tij. Ato krijojnë temperatura dhe presione në lartësinë e fluturimit dhe riprodhojnë kushtet e ngritjes dhe uljes në fusha ajrore me lartësi të ndryshme. Dhe çështja e zhvillimit dhe korrigjimit të sistemeve të kontrollit për SCV-të po rritet në potencialin e saj të plotë. Sa kohë do të punojmë në bankën e provës për të marrë një sistem kontrolli të kënaqshëm? Natyrisht, nëse vendosim një model kontrolli në një model të një objekti, atëherë cikli i punës në stolin e provës mund të reduktohet ndjeshëm.

Një sistem kondicionimi i avionit përbëhet nga të njëjtët shkëmbyes nxehtësie si çdo sistem tjetër termik. Bateria është një bateri edhe në Afrikë, vetëm një kondicioner. Por për shkak të kufizimeve në peshën e ngritjes dhe dimensionet e avionëve, shkëmbyesit e nxehtësisë bëhen sa më kompakte dhe sa më efikase që të jetë e mundur në mënyrë që të transferojnë sa më shumë nxehtësi nga një masë më e vogël. Si rezultat, gjeometria bëhet mjaft e çuditshme. Si në rastin në shqyrtim. Figura 1 tregon një shkëmbyes nxehtësie me pllaka në të cilin përdoret një membranë midis pllakave për të përmirësuar transferimin e nxehtësisë. Ftohësi i nxehtë dhe i ftohtë alternojnë në kanale, dhe drejtimi i rrjedhës është tërthor. Një ftohës furnizohet në prerjen e përparme, tjetra - në anën.

Për të zgjidhur problemin e kontrollit të SCR, duhet të dimë se sa nxehtësi transferohet nga një medium në tjetrin në një shkëmbyes të tillë nxehtësie për njësi të kohës. Shkalla e ndryshimit të temperaturës, të cilën ne e rregullojmë, varet nga kjo.

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni
Figura 1. Diagrami i një shkëmbyesi nxehtësie avioni.

Problemet e modelimit. Pjesë hidraulike

Në shikim të parë, detyra është mjaft e thjeshtë; është e nevojshme të llogaritet rrjedha e masës nëpër kanalet e shkëmbyesit të nxehtësisë dhe rrjedha e nxehtësisë midis kanaleve.
Shkalla e rrjedhës së masës së ftohësit në kanale llogaritet duke përdorur formulën Bernouli:

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni

ku:
ΔP - ndryshimi i presionit midis dy pikave;
ξ – koeficienti i fërkimit të ftohësit;
L - gjatësia e kanalit;
d – diametri hidraulik i kanalit;
ρ – dendësia e ftohësit;
ω – shpejtësia e ftohësit në kanal.

Për një kanal me formë arbitrare, diametri hidraulik llogaritet me formulën:

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni

ku:
F – zona e rrjedhjes;
P - perimetri i lagur i kanalit.

Koeficienti i fërkimit llogaritet duke përdorur formula empirike dhe varet nga shpejtësia e rrjedhës dhe vetitë e ftohësit. Për gjeometri të ndryshme, merren varësi të ndryshme, për shembull, formula për rrjedhën e turbullt në tubacione të lëmuara:

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni

ku:
Re – numri Reynolds.

Për rrjedhjen në kanale të sheshta, mund të përdoret formula e mëposhtme:

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni

Nga formula e Bernoulli, mund të llogarisni rënien e presionit për një shpejtësi të caktuar, ose anasjelltas, të llogaritni shpejtësinë e ftohësit në kanal, bazuar në një rënie të caktuar të presionit.

Shkëmbimi i nxehtësisë

Rrjedha e nxehtësisë midis ftohësit dhe murit llogaritet duke përdorur formulën:

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni

ku:
α [W/(m2×deg)] – koeficienti i transferimit të nxehtësisë;
F – zona e rrjedhjes.

Për problemet e rrjedhës së ftohësit në tuba, është kryer një sasi e mjaftueshme kërkimi dhe ka shumë metoda llogaritëse, dhe si rregull, gjithçka zbret në varësi empirike për koeficientin e transferimit të nxehtësisë α [W/(m2×deg)]

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni

ku:
Nu – Numri Nusselt,
λ – koeficienti i përcjellshmërisë termike të lëngut [W/(m×deg)] d – diametri hidraulik (ekuivalent).

Për të llogaritur numrin (kriterin) Nusselt, përdoren varësitë e kritereve empirike, për shembull, formula për llogaritjen e numrit Nusselt të një tubi të rrumbullakët duket si kjo:

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni

Këtu ne shohim tashmë numrin Reynolds, numrin Prandtl në temperaturën e murit dhe temperaturën e lëngut, dhe koeficientin e pabarazisë. (Burim)

Për shkëmbyesit e nxehtësisë me pllaka të valëzuar formula është e ngjashme ( Burim ):
Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni

ku:
n = 0.73 m = 0.43 për rrjedhje turbulente,
koeficienti a - varion nga 0,065 në 0.6 në varësi të numrit të pllakave dhe regjimit të rrjedhës.

Le të kemi parasysh se ky koeficient llogaritet vetëm për një pikë të rrjedhës. Për pikën tjetër kemi një temperaturë të ndryshme të lëngut (ai është ngrohur ose ftohur), një temperaturë të ndryshme të murit dhe, në përputhje me rrethanat, notojnë të gjithë numrat e Reynolds dhe Prandtl.

Në këtë pikë, çdo matematikan do të thotë se është e pamundur të llogaritet me saktësi një sistem në të cilin koeficienti ndryshon 10 herë, dhe ai do të ketë të drejtë.

Çdo inxhinier praktik do të thotë se çdo shkëmbyes nxehtësie prodhohet ndryshe dhe është e pamundur të llogariten sistemet, dhe ai gjithashtu do të ketë të drejtë.

Po dizajni i bazuar në model? A është vërtet e humbur gjithçka?

Shitësit e avancuar të softuerit perëndimor në këtë vend do t'ju shesin superkompjuterë dhe sisteme llogaritjeje 3D, si "nuk mund të bësh pa të". Dhe ju duhet të kryeni llogaritjen për një ditë për të marrë shpërndarjen e temperaturës brenda 1 minute.

Është e qartë se ky nuk është opsioni ynë; ne duhet të korrigjojmë sistemin e kontrollit, nëse jo në kohë reale, atëherë të paktën në kohën e parashikueshme.

Zgjidhje në mënyrë të rastësishme

Prodhohet një shkëmbyes nxehtësie, kryhen një sërë testesh dhe vendoset një tabelë e efikasitetit të temperaturës së gjendjes së qëndrueshme në normat e dhëna të rrjedhës së ftohësit. E thjeshtë, e shpejtë dhe e besueshme sepse të dhënat vijnë nga testimi.

Disavantazhi i kësaj qasjeje është se nuk ka karakteristika dinamike të objektit. Po, ne e dimë se çfarë do të jetë rrjedha e nxehtësisë në gjendje të qëndrueshme, por nuk e dimë se sa kohë do të duhet për të vendosur kur kalohet nga një mënyrë funksionimi në tjetrën.

Prandaj, pasi kemi llogaritur karakteristikat e nevojshme, ne konfigurojmë sistemin e kontrollit direkt gjatë testimit, të cilin fillimisht do të donim ta shmangnim.

Qasje e bazuar në model

Për të krijuar një model të një shkëmbyesi dinamik të nxehtësisë, është e nevojshme të përdoren të dhënat e provës për të eliminuar pasiguritë në formulat e llogaritjes empirike - numrin Nusselt dhe rezistencën hidraulike.

Zgjidhja është e thjeshtë, si çdo gjë e zgjuar. Ne marrim një formulë empirike, kryejmë eksperimente dhe përcaktojmë vlerën e koeficientit a, duke eliminuar kështu pasigurinë në formulë.

Sapo kemi një vlerë të caktuar të koeficientit të transferimit të nxehtësisë, të gjithë parametrat e tjerë përcaktohen nga ligjet themelore fizike të ruajtjes. Diferenca e temperaturës dhe koeficienti i transferimit të nxehtësisë përcaktojnë sasinë e energjisë së transferuar në kanal për njësi të kohës.

Duke ditur rrjedhën e energjisë, është e mundur të zgjidhen ekuacionet e ruajtjes së masës së energjisë dhe momentit për ftohësin në kanalin hidraulik. Për shembull kjo:

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni
Për rastin tonë, rrjedha e nxehtësisë midis murit dhe ftohësit - Qwall - mbetet e pasigurt. Mund të shihni më shumë detaje Këtu…

Dhe gjithashtu ekuacioni i derivatit të temperaturës për murin e kanalit:

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni
ku:
ΔQwall – ndryshimi midis rrjedhës hyrëse dhe dalëse në murin e kanalit;
M është masa e murit të kanalit;
Cpc – kapaciteti termik i materialit të murit.

Saktësia e modelit

Siç u përmend më lart, në një shkëmbyes nxehtësie kemi një shpërndarje të temperaturës mbi sipërfaqen e pllakës. Për një vlerë të gjendjes së qëndrueshme, mund të merrni mesataren mbi pllakat dhe ta përdorni atë, duke imagjinuar të gjithë shkëmbyesin e nxehtësisë si një pikë të përqendruar në të cilën, në një ndryshim të temperaturës, nxehtësia transferohet në të gjithë sipërfaqen e shkëmbyesit të nxehtësisë. Por për regjimet kalimtare një përafrim i tillë mund të mos funksionojë. Ekstremi tjetër është të bëjmë disa qindra mijëra pikë dhe të ngarkojmë Super kompjuterin, i cili gjithashtu nuk është i përshtatshëm për ne, pasi detyra është të konfigurojmë sistemin e kontrollit në kohë reale, ose më mirë akoma, më shpejt.

Shtrohet pyetja, në sa seksione duhet të ndahet shkëmbyesi i nxehtësisë për të marrë saktësinë dhe shpejtësinë e pranueshme të llogaritjes?

Si gjithmonë, rastësisht më ka ndodhur të kem në dorë një model të një shkëmbyesi nxehtësie amine. Shkëmbyesi i nxehtësisë është një tub, një medium ngrohës rrjedh në tuba dhe një medium i nxehtë rrjedh midis qeseve. Për të thjeshtuar problemin, i gjithë tubi i shkëmbyesit të nxehtësisë mund të përfaqësohet si një tub ekuivalent, dhe vetë tubi mund të përfaqësohet si një grup qelizash llogaritëse diskrete, në secilën prej të cilave llogaritet një model pikash i transferimit të nxehtësisë. Diagrami i një modeli me një qelizë është paraqitur në figurën 2. Kanali i ajrit të nxehtë dhe ai i ajrit të ftohtë janë të lidhur përmes një muri, i cili siguron transferimin e rrjedhës së nxehtësisë midis kanaleve.

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni
Figura 2. Modeli i qelizave të shkëmbyesit të nxehtësisë.

Modeli i shkëmbyesit me tuba të nxehtësisë është i lehtë për t'u vendosur. Ju mund të ndryshoni vetëm një parametër - numrin e seksioneve përgjatë gjatësisë së tubit dhe shikoni rezultatet e llogaritjes për ndarje të ndryshme. Le të llogarisim disa opsione, duke filluar me një ndarje në 5 pika përgjatë gjatësisë (Fig. 3) dhe deri në 100 pikë përgjatë gjatësisë (Fig. 4).

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni
Figura 3. Shpërndarja stacionare e temperaturës prej 5 pikash të llogaritura.

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni
Figura 4. Shpërndarja stacionare e temperaturës prej 100 pikash të llogaritura.

Si rezultat i llogaritjeve, rezultoi se temperatura në gjendje të qëndrueshme kur ndahet në 100 pikë është 67,7 gradë. Dhe kur ndahet në 5 pika të llogaritura, temperatura është 72 gradë C.

Gjithashtu në fund të dritares shfaqet shpejtësia e llogaritjes në lidhje me kohën reale.
Le të shohim se si ndryshon temperatura në gjendje të qëndrueshme dhe shpejtësia e llogaritjes në varësi të numrit të pikave të llogaritjes. Dallimi në temperaturat në gjendje të qëndrueshme gjatë llogaritjeve me numra të ndryshëm të qelizave llogaritëse mund të përdoret për të vlerësuar saktësinë e rezultatit të marrë.

Tabela 1. Varësia e temperaturës dhe shpejtësisë së llogaritjes nga numri i pikave të llogaritjes përgjatë gjatësisë së shkëmbyesit të nxehtësisë.

Numri i pikave të llogaritjes Temperatura e qëndrueshme Shpejtësia e llogaritjes
5 72,66 426
10 70.19 194
25 68.56 124
50 67.99 66
100 67.8 32

Duke analizuar këtë tabelë, mund të nxjerrim përfundimet e mëposhtme:

  • Shpejtësia e llogaritjes bie në përpjesëtim me numrin e pikave të llogaritjes në modelin e shkëmbyesit të nxehtësisë.
  • Ndryshimi në saktësinë e llogaritjes ndodh në mënyrë eksponenciale. Me rritjen e numrit të pikëve, përsosja në çdo rritje të mëvonshme zvogëlohet.

Në rastin e një shkëmbyesi nxehtësie me pllaka me një ftohës me rrjedhje tërthore, si në figurën 1, krijimi i një modeli ekuivalent nga qelizat e llogaritjes elementare është pak më i komplikuar. Ne duhet të lidhim qelizat në mënyrë të tillë që të organizojmë rrjedhat e kryqëzuara. Për 4 qeliza, qarku do të duket siç tregohet në Figurën 5.

Rrjedha e ftohësit ndahet përgjatë degëve të nxehta dhe të ftohta në dy kanale, kanalet lidhen përmes strukturave termike, në mënyrë që kur kalon nëpër kanal ftohësi të shkëmbejë nxehtësinë me kanale të ndryshme. Duke simuluar rrjedhën e tërthortë, ftohësi i nxehtë rrjedh nga e majta në të djathtë (shih Fig. 5) në çdo kanal, duke shkëmbyer në mënyrë sekuenciale nxehtësinë me kanalet e ftohësit të ftohtë, i cili rrjedh nga poshtë lart (shih Fig. 5). Pika më e nxehtë është në këndin e sipërm të majtë, pasi ftohësi i nxehtë shkëmben nxehtësinë me ftohësin tashmë të nxehtë të kanalit të ftohtë. Dhe më i ftohti është në pjesën e poshtme djathtas, ku ftohësi i ftohtë shkëmben nxehtësinë me ftohësin e nxehtë, i cili tashmë është ftohur në pjesën e parë.

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni
Figura 5. Modeli i rrjedhës së kryqëzuar i 4 qelizave llogaritëse.

Ky model për një shkëmbyes nxehtësie me pllaka nuk merr parasysh transferimin e nxehtësisë midis qelizave për shkak të përçueshmërisë termike dhe nuk merr parasysh përzierjen e ftohësit, pasi çdo kanal është i izoluar.

Por në rastin tonë, kufizimi i fundit nuk e zvogëlon saktësinë, pasi në hartimin e shkëmbyesit të nxehtësisë, membrana e valëzuar e ndan rrjedhën në shumë kanale të izoluara përgjatë ftohësit (shih Fig. 1). Le të shohim se çfarë ndodh me saktësinë e llogaritjes kur modeloni një shkëmbyes nxehtësie me pllaka, ndërsa numri i qelizave llogaritëse rritet.

Për të analizuar saktësinë, ne përdorim dy opsione për ndarjen e shkëmbyesit të nxehtësisë në qelizat e projektimit:

  1. Çdo qelizë katrore përmban dy elementë hidraulikë (rrjedhje të ftohtë dhe të nxehtë) dhe një element termik. (shih Figurën 5)
  2. Çdo qelizë katrore përmban gjashtë elementë hidraulikë (tre seksione në rrjedhat e nxehta dhe të ftohta) dhe tre elementë termikë.

Në rastin e fundit, ne përdorim dy lloje lidhjesh:

  • rrjedha e kundërt e rrjedhave të ftohta dhe të nxehta;
  • rrjedhja paralele e rrjedhjes së ftohtë dhe të nxehtë.

Një rrjedhje kundër rrit efikasitetin në krahasim me një rrjedhje tërthore, ndërsa një rrjedhje kundër e zvogëlon atë. Me një numër të madh qelizash, ndodh mesatarizimi i rrjedhës dhe gjithçka bëhet afër rrjedhës së kryqëzuar reale (shih Figurën 6).

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni
Figura 6. Modeli me rrjedhje tërthore me katër qeliza, me 3 elementë.

Figura 7 tregon rezultatet e shpërndarjes së temperaturës stacionare në gjendje të qëndrueshme në shkëmbyesin e nxehtësisë kur furnizohet ajri me një temperaturë prej 150 °C përgjatë linjës së nxehtë dhe 21 °C përgjatë vijës së ftohtë, për opsione të ndryshme për ndarjen e modelit. Ngjyra dhe numrat në qelizë pasqyrojnë temperaturën mesatare të murit në qelizën e llogaritjes.

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni
Figura 7. Temperaturat në gjendje të qëndrueshme për skema të ndryshme projektimi.

Tabela 2 tregon temperaturën e gjendjes së qëndrueshme të ajrit të nxehtë pas shkëmbyesit të nxehtësisë, në varësi të ndarjes së modelit të shkëmbyesit të nxehtësisë në qeliza.

Tabela 2. Varësia e temperaturës nga numri i qelizave të projektimit në shkëmbyesin e nxehtësisë.

Dimensioni i modelit Temperatura e qëndrueshme
1 element për qelizë
Temperatura e qëndrueshme
3 elemente për qelizë
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

Ndërsa numri i qelizave llogaritëse në model rritet, temperatura përfundimtare e gjendjes së qëndrueshme rritet. Dallimi midis temperaturës së gjendjes së qëndrueshme për ndarje të ndryshme mund të konsiderohet si një tregues i saktësisë së llogaritjes. Mund të shihet se me një rritje të numrit të qelizave llogaritëse, temperatura priret në kufi, dhe rritja e saktësisë nuk është proporcionale me numrin e pikave të llogaritjes.

Shtrohet pyetja: çfarë lloj saktësie modeli na nevojitet?

Përgjigja për këtë pyetje varet nga qëllimi i modelit tonë. Meqenëse ky artikull ka të bëjë me dizajnin e bazuar në model, ne krijojmë një model për të konfiguruar sistemin e kontrollit. Kjo do të thotë që saktësia e modelit duhet të jetë e krahasueshme me saktësinë e sensorëve të përdorur në sistem.

Në rastin tonë, temperatura matet me një termoelement, saktësia e të cilit është ±2.5°C. Çdo saktësi më e lartë për qëllimin e vendosjes së një sistemi kontrolli është e padobishme; sistemi ynë i vërtetë i kontrollit thjesht "nuk do ta shohë". Kështu, nëse supozojmë se temperatura kufizuese për një numër të pafund ndarjesh është 70 °C, atëherë një model që na jep më shumë se 67.5 °C do të jetë mjaft i saktë. Të gjitha modelet me 3 pikë në një qelizë llogaritëse dhe modelet më të mëdha se 5x5 me një pikë në një qelizë. (E theksuar me të gjelbër në tabelën 2)

Mënyrat dinamike të funksionimit

Për të vlerësuar regjimin dinamik, ne do të vlerësojmë procesin e ndryshimit të temperaturës në pikat më të nxehta dhe më të ftohta të murit të shkëmbyesit të nxehtësisë për variante të ndryshme të skemave të projektimit. (shih Fig. 8)

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni
Figura 8. Ngrohja e shkëmbyesit të nxehtësisë. Modelet e dimensioneve 2x2 dhe 10x10.

Mund të shihet se koha e procesit të tranzicionit dhe vetë natyra e tij janë praktikisht të pavarura nga numri i qelizave të llogaritjes dhe përcaktohen ekskluzivisht nga masa e metalit të nxehtë.

Kështu, konkludojmë se për modelimin e drejtë të shkëmbyesit të nxehtësisë në modalitete nga 20 deri në 150 °C, me saktësinë e kërkuar nga sistemi i kontrollit SCR, mjaftojnë rreth 10 - 20 pika projektimi.

Vendosja e një modeli dinamik bazuar në eksperiment

Duke pasur një model matematikor, si dhe të dhëna eksperimentale për pastrimin e shkëmbyesit të nxehtësisë, gjithçka që duhet të bëjmë është të bëjmë një korrigjim të thjeshtë, domethënë të futim një faktor intensifikimi në model në mënyrë që llogaritja të përkojë me rezultatet eksperimentale.

Për më tepër, duke përdorur mjedisin e krijimit të modelit grafik, ne do ta bëjmë këtë automatikisht. Figura 9 tregon një algoritëm për zgjedhjen e koeficientëve të intensifikimit të transferimit të nxehtësisë. Të dhënat e marra nga eksperimenti furnizohen në hyrje, modeli i shkëmbyesit të nxehtësisë është i lidhur dhe koeficientët e kërkuar për çdo modalitet merren në dalje.

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni
Figura 9. Algoritmi për zgjedhjen e koeficientit të intensifikimit bazuar në rezultatet eksperimentale.

Kështu, ne përcaktojmë të njëjtin koeficient për një numër Nusselt dhe eliminojmë pasigurinë në formulat e llogaritjes. Për mënyra të ndryshme funksionimi dhe temperatura, vlerat e faktorëve të korrigjimit mund të ndryshojnë, por për mënyra të ngjashme funksionimi (funksionim normal) ato rezultojnë të jenë shumë afër. Për shembull, për një shkëmbyes të caktuar nxehtësie për mënyra të ndryshme koeficienti varion nga 0.492 në 0.655

Nëse aplikojmë një koeficient prej 0.6, atëherë në mënyrat e punës në studim gabimi i llogaritjes do të jetë më i vogël se gabimi i termoelementit, kështu që për sistemin e kontrollit, modeli matematikor i shkëmbyesit të nxehtësisë do të jetë plotësisht i përshtatshëm me modelin real.

Rezultatet e konfigurimit të modelit të shkëmbyesit të nxehtësisë

Për të vlerësuar cilësinë e transferimit të nxehtësisë, përdoret një karakteristikë e veçantë - efikasiteti:

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni
ku:
effnxehtë – efikasiteti i shkëmbyesit të nxehtësisë për ftohësin e nxehtë;
Tmalein – temperatura në hyrje në shkëmbyesin e nxehtësisë përgjatë rrugës së rrjedhës së ftohësit të nxehtë;
Tmalenga – temperatura në daljen e shkëmbyesit të tyre të nxehtësisë përgjatë rrugës së rrjedhës së ftohësit të nxehtë;
Tdhomë ndenjiejein – temperatura në hyrje në shkëmbyesin e nxehtësisë përgjatë rrugës së rrjedhës së ftohësit të ftohtë.

Tabela 3 tregon devijimin e efikasitetit të modelit të shkëmbyesit të nxehtësisë nga ai eksperimental në shpejtësi të ndryshme rrjedhje përgjatë linjave të nxehta dhe të ftohta.

Tabela 3. Gabimet në llogaritjen e efikasitetit të transferimit të nxehtësisë në %
Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni

Në rastin tonë, koeficienti i zgjedhur mund të përdoret në të gjitha mënyrat e funksionimit me interes për ne. Nëse në shpejtësi të ulëta të rrjedhës, ku gabimi është më i madh, nuk arrihet saktësia e kërkuar, mund të përdorim një faktor intensifikimi të ndryshueshëm, i cili do të varet nga shpejtësia e rrjedhës aktuale.

Për shembull, në figurën 10, koeficienti i intensifikimit llogaritet duke përdorur një formulë të caktuar në varësi të shpejtësisë së rrjedhës aktuale në qelizat e kanalit.

Dizajn i bazuar në model. Krijimi i një modeli të besueshëm duke përdorur shembullin e një shkëmbyesi nxehtësie avioni
Figura 10. Koeficienti i ndryshueshëm i rritjes së transferimit të nxehtësisë.

Gjetjet

  • Njohja e ligjeve fizike ju lejon të krijoni modele dinamike të një objekti për dizajn të bazuar në model.
  • Modeli duhet të verifikohet dhe akordohet bazuar në të dhënat e testit.
  • Mjetet e zhvillimit të modelit duhet të lejojnë zhvilluesin të personalizojë modelin bazuar në rezultatet e testimit të objektit.
  • Përdorni qasjen e duhur të bazuar në model dhe do të jeni të lumtur!

Bonus për ata që mbaruan së lexuari. Video e funksionimit të një modeli virtual të sistemit SCR.

Vetëm përdoruesit e regjistruar mund të marrin pjesë në anketë. Hyni, te lutem

Për çfarë duhet të flas më pas?

  • 76,2%Si të vërtetohet se programi në model i përgjigjet programit në harduer.16

  • 23,8%Si të përdorim kompjuterin superkompjuter për dizajnimin e bazuar në modele.5

21 përdorues kanë votuar. 1 përdorues abstenoi.

Burimi: www.habr.com

Shto një koment