Устройство для моделирования процесса теплопередачи в теплообменном аппарате

О П И С А Н И Е1792268ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советск ниСоцналистнческнхРеспубликдЪ(22) Заявлено 23.10.78 (2 ) 2676223/18 -24с присоединением заявки РЙ -1 ееударетееннцй комитет СССР ао Аелем изобретений и еткрмтнй(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ТЕПЛООБМЕННОМ АППАРАТЕ Изобретение относится к аналоговой вычнс.лительной технике и может быть использовано для моделирования процесса передачи теп-.ла от греющего теплоносителя к нагреваемомупотоку в теплообменном аппарате, в частностипроцесса тепло-массообмена в теплоэнергетических агрегатах судовых энергетических установок,Известно устройство для моделированияпроцесса теплопередачи в кипятильном тепло.обменном аппарате, реализованное в виде последовательно соединенных ВС-звеньев, которыена основе электротермнческой аналогии имити-,руют процесс теплопередачи в данном аппара.те 1. Однако это устройство не обеспечивает точного моделирования процесса передачи тепла от греющего теплоносителя к нагреваемому потоку, претерпеваюшему фазовое превраще. ние, так как имитация процесса фазового перехода теплоносителя на испарительном участке теплообменного аппарата осуществляется кос. венным путем через имитацию процесса нагре. ва двухфазного теплоносителя. При этом принимается условие идеального перемешиваниядвухфазной среды в обьеме и тем самым неучитывается распределенность параметров идополнительно снижается точность воспроизведения процесса в устройстве для моделироваф ния;Наиболее близким по техническому решениюк предлагаемому является устройство, имеющеесвоей целью точное воспроизведение процессапередачи тепла от греющего теплоносителяк нагреваемому потоку в теплообменном ап.парате, построенное на основе электротермичес.кой аналогии и выполненное в виде т 1 после.довательно соединенных модулирующих блоков 2,1 эОднако зто устройство не позволяет имити-ровать процесс теплопередачи в теплообменномаппарате, если нагреваемый теплоносительпретерпевает фаэовое превращение, которое2 О имеет место в ряде технических устройств, на.пример парогенераторах н котлах,Целью изобретения является обеспечениевозможности воспроизведения процесса тенлопередачи в теплообменном аппарате при нали.2268 3 79чии фазового перехода нагреваемого теплоносителя,Для достижения этой цели в устройство длямоделирования процесса теплопередачи в теплообменном аппарате, выполненное в видепоследовательно включенных блоков моделирования участков теплообменного аппарата, каждый из которых содержит четыре операцион.ных усилителя, выход каждого из которыхчерез резистор и переменный конденсаторсоединен с входом этого операционного усилителя, и ВС-четырехполюсник, причем в каждом блоке моделирования участков теплообМенного аппарата выход первого операцион.ного усилителя подключен к первому входуЯС-.четырехполюсника, а входы первого и второго операционных усилителей каждого последующего блока моделирования участка теплообменного аппарата подключены соответственнок выходам третьего и четвертого операционныхусилителей предыдущего блока моделированияучастка теплообменного аппарата, в каждомиэ которых выход первого операционногоусилителя соединен с первым входом третьегооперационного усилителя, второй вход которогоподключен к выходу ЯСчетырехполюсника,дополнительно введен вычислительный блок,а в каждый блок моделирования участка теплообменного аппарата .дополнительно введенытри масштабирующих усилителя, умножительи усилитель, причем выход ВС-четырехполюсника соецинен с первыми входами первого ивторого масштабирующих усилителей, выходыкоторых соединены соответственно с входамиделителя, выход которого соединен с входомчетвертого операционного усилителя, выходпервого масштабирующего усилителя соединенс входом третьего масштабирующего усилителя,выход второго операционного усилителя соединен со вторым входом умножителя, а выходумножителя подключен ко второму входувторого масштабирующего усилителя, выходтретьего операционного усилителя последнегоблока моделирования участка теплообменногоаппарата являются выходами устройства, выхо.ды четвертого операционного и третьего масштабирующего усилителей последнего, блокамоделирования участка разбиения соединенысоответственно со вторым и третьим входамивычислительного блока, второй выход которогосоединен с третьими входами первых масшта.бирующих усилителей и со вторыми входамиВС-четырехполюсников всех блоков моделиро.вания участков теплообменного аппарата ивычислительньш блок содержит умножители,квадратор, масштабирующий усилитель и функциональный преобразователь, причем входыумножителя являются соответственно вторыми третьим входами вычислительного блока,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 а выход умножителя связан с входами квадра тора, выход которого соединен с первым входом масштабирующего усилителя, второй вход которого является первым входом вычислительного блока, а выход масштабирующего усилителя является первым выходом вычислительного блока и соединен с входом функционального преобразователя, выход которого является вторым выходом вычислительного блока.На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.Устройство содержит блоки 11 моделирования участков теплообменного аппарата, вычислительный блок 2, операционные усилители 3-6, ЯС-четырехполюсник 7, масштабирую. щие усилители 8, 9 и 1 О, умножитель 11, дели. тель 12, умножитель 13 вычислительного блока, квадратор 14, масштабирующий усилитель 15 вычислительного блока и функциональный преобразователь 16.Устройство работает следующим образом.При изменении значения входной температу. ры греющего теплоносителя изменяется величина входного напряжения О . На ВС-схеме с включенным в нее операционным усилителем 3 осуществляется имитация движения греющего теплоносителя по первой половине длины участка разбиения теплообменного аппарата. Выходной сигнал усилителя 3 подается на вход Т-образного ВС.четырехполюсника 7, электрический выходной сигнал которого имитирует температуру стенки на участке разбиения аппа. рата. Выходной сигнал усилителя 3 так же, как и выходной сигнал ВС четырехполюсника подаются на вход ВС-схемы с включенным в нее усилителем 5, выходной сигнал которого имитирует изменение температуры греющего теплоносителя на выходе участка разбиения и является входом последующего моделирующего блока. Одновременно выходной сигнал ВС четырехполюсника подается на вход масштабирующего усилителя 8, выход которого подключен на вход масштабирующего операционного усилителя 10 и делителя 12.Выходной сигнал усилителя 10 имитирует изменение скорости газообразной фазы двухфазного теплоносителя на участке разбиения аппарата и является входом последующего блока моделирования участка теплообменного аппарата, а выходной сигнал делительного устройства подается на вход ЯС-схемы свклю. ченным в нее операционным усилителем 6, которая осуществляет имитацию движения нагреваемого двухфазного теплоносителя по вто. рой половине длины участка разбиения аппа. рата.Выход усилителя 6 имитирует изменение ве. личины доли сечения теплообменного аппарата. занятого газообразной фазой двухфазного79226 0 20 25 ЗО 45 потока, и является также входом последующего модулирующего блока, При этом работа всех последующих моделирующих блоков устрой. ства будет осуществляться аналогично, а вы. ходные электрические сигналы И блока будут имитировать изменения соответственно температуры греющего теплоносителя скорости и доли сечения канала аппарата, занятого газообразной фазой двухфазного потока, на выходе из теплообменного аппарата. Кроме того, последние два сигнала подаются на вход умно- жителя 13 вычислительного блока, а его выходной электрический сигнал имитирует изменение расхода газообразной фазы и подается на вход квадратора 14 вычислительного блока. Выход квадратора 14 подключен к входу масштабирующего операционного усилителя 15 вычислительного блока, выходной сигнал Ор которого имитирует изменение давления двухфаз. ной среды, Кроме того, выход усилителя 15 подключен на вход функционального преобразователя 16, выходной сигнал которого имитирует изменение температуры двухфазной среды на линии насыщения и подключен на входы ВС-четырехполюсннка н масштабирующнх усилителей 8 и 9 каждого из моделирующих блоков, что вызывает соответствующий переходный процесс в блокаханалогичный описанному выше, который происходит до тех пор, пока схема устройства не войдет в равновесное состояние.Прн изменении значения доли сечения канала аппарата, занятого газообразной фазой, на входе производится изменение входного напряжения Ор .На ВС-схеме с включенным в нее операционным усилителем 4 осуществляется имитация движения частиц двухфазного теплоносителя по первой половине длины участка разбиения теплообменного аппарата, Выходной сигнал усилителя 4 подается на вход умножи. теля 11, выход которого подсоединен к входу масштабирующего усилителя 9. Выход последнего подключен к входу делителя 12 устройства, выходной сигнал которого поступает на вход ЯС схемы с включенным в нее операцион. ным усилителем 6, имитирующим движение частиц двухфазного теплоносителя по второй половине длины участка разбиения аппарата, При этом выход усйлителя 6 имитирует изменение величины доли сечения канала теплообменного аппарата, занятого газообразной фа. Зой двухфазного потока, и является входом последующего блока моделирования участка теплообменного аппарата. Работа всех после.дующих блоков осуществляется аналогично, а выходной электрический сигнал Ор имнти. рует изменение доли сечения канала аппарата, занятого газообразной фазой двухфазного теплоносителя. Посленннй сигнал подается на 8 6вход выщпательного блока, и схема устрой. ства далее работает аналогично описанному выше.При изменении скорости движения газооб. разной фазы на входе в теплообменный аппарат производится изменение входного напряжения Оо, что вызывает соответствующий переходный процесс во всех моделирующих блоках, а затем вычислительный блок и схема работают аналогично описанному выше,При изменении противодавления, на которое работает теплообменный аппарат, производится изменение напряжения Ор на входе в масштабирующий усилитель 15, выходной электрический сигнал которого имитирует изменение давления среды, претерпевающей фаэовое превращение, а следовательно, и температуры среды на линии насыщения, что вызывает переходный процесс во всех моделирующих блоках, Далее работа схемы устройства происходит аналогично описанному выше.При исключении из схемы устройства усилителей 3 и 5 и задания величины напряжения на входе ВС-четырехполюсник, имитирующего температуру греющего теплоносителя, получа. ется схема устройства для моделирования процесса теплопередачн в теплообменном аппа.рате с постоянной температурой греющего теплоносителя. Таким образом, предлагаемое устройствообеспечивает воспроизведение процесса теплопередачи в теплообменном аппарате при фазо.вом превращении нагреваемого теплоносителя,Формула изобретения 1, Устройство для моделирования процесса теплопередачи в теплообменном аппарате, выполненное в виде И последовательно включенных блоков моделирования участков теп. лообменного аппарата, каждый из которых содержит четыре операционных усилителя, выход каждого нэ которых через резистор и переменный конденсатор соединен с входом этого операционного усилителя, н ВС-четырех. полюсннка, причем в каждом блоке моделирования участков теплообменного аппарата выход первого операционного усилителя подключен к первому входу ВС-четырехполюсника, а входы первого и второго операционных усилителей каждого последующего блока моделирования участка теплообменного аппарата под. ключены соответственно к выходам третьего н четвертого операционных усилителей предыдущего блока моделирования участка тепло. обменного аппарата, в каждом из которых выход первого операционного усилителя сое7 79226 динен с первым входом третьего операционного усилителя, второй вход которого подключен к выходу ВС-четырехполюсника, о т л и . ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет учета фазового превращения нагреваемого теплоносителя, в него дополнительно введен вычислительный блок, а в каждый блок моделирований участка теплообменного аппарата дополнительно введены три масштабирующих усилителя, ум. о ножитель и делитель, причем выход ВС-четырехполюсника соединен с первыми входами первого и второго масштабирующих усилителей, выходы которых соединены соответственно с входами делителя, выход которого соединен д с входом четвертого операционного усилителя, выход первого масштабирующего усилителя соединен с входом третьего масштабирующего усилителя, выход второго операционного усилителя соединен со вторым входом умножителящ выход которого подключен ко второму входу второго масштабирующего усилителя, выход третьего масштабирующего усилителя каждого предыдущего блока моделирования участка теплообменного аппарата соединен со вторым д входом первого масштабирующего усилителя и с первым входом умножителя последующего блока моделирования участка разбиения, пер. вый вход вычислительного блока, входы первого и второго операционных усилителей и третий вход первого масштабирующего усилителя первого блока моделирования участка теплообменного аппарата являются входами устройства, а первый выход вычислительного блока и выход третьего операционного усили 8 8теля последнего блока моделирования участкатеплообменного аппарата являются выходамиустройства, выходы четвертого операционногои третьего масштабирующего усилителейпоследнего блока моделирования участка раз.биения соединены соответственно со вторыми третьим входами первых масштабирующихусилителей и со вторыми входами ВС.четырехполюсников всех блоков моделированияучастков теплообменного аппарата.2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю .щ е е с я тем, что вычислительный блоксодержит умножители, квадратор масштабирующий усилитель и функциональный преобразо.ватель, причем входы умножителя являютсясоответственно вторым и третьим входамивычислительного блока, авыход умножителясвязи со входом квадратора, выход которогосоединен с первым входом масштабирующегоусилителя, второй вход которого являетсяпервым входом вычислительного блока, а выход масштабирующего усилителя являетсяпервым выходом вычислительного блока исоединен со входом функционального преобразователя, выход которого является вторымвыходом вычислительного блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Динамические характеристики промышленных объектов регулированюЕ Под ред.В.М.Рущинского. М"Иностранная литература,1960, с. 4373.2. Авторское свидетельство СССР по заявкеУ 2537230/18-24, кл, 6 08 6 7/56, 1977792268136/49НИИПИ Заказираж 751 По Филиал ППП "Патентфф, г.г. Ужгород, ул, Проектнаа,