Устройство для моделирования процесса теплопередачи в теплообменном аппарате

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (11) 2 А С 7/5 ССУД АРСТВЕННЫЙ О ДЕЛАМ ИЗОБРЕ МИТЕТ СССРИЙ И ОТКРЫТЮ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЬСТВУ К АВТОРСНО(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ТЕПЛО- ОБМЕННОМ АППАРАТЕ по авт. св.В 1067516, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его точности, в него введены дополнительный масштабный усилитель, блок моделирования температуры в перегревательной части теплообменного аппарата, состоящий из масштабного резистора, накопительного конденсатора и переменного резистора, преобразователь напряжения в линейное перемещение и блокформирования обратной функции, выходкоторого подключен к входу преобразователя напряжения в линейное перемещение, выход которого кинематически соединен с подвижным контактомпеременного резистора, выход функцинального преобразователя подключенк первому входу дополнительного масштабного усилителя и к первому выводу переменного резистора, второйвывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, которая подключена к первому выводу накопительногоконденсатора, второй вывод которогосоединен с подвижным контактом переменного резистора, с первым выводоммасштабного резистора и с вторымвходом дополнительного масштабногоусилителя, выход которого являетсявыходом температуры перегретого параустройства, второй вывод масштабногорезистора соединен с первым входомустройства.Изобретение относится к областианалоговой вычислительной техники и может быть использовано для моделирования процесса передачи тепла от греющего теплоносителя к нагреваемому потоку в теплообменном аппарате, в частности, процесса тепломассообмена в теплсзнергетических аппаратахсудовых энергетических установок,1 ОПо основному авт, св, У 1067516 известно устройство, содержащее Т-образные КС-четырехполюсники, выход и первый вход первого из которых подключены соответственно к первым вхо 15 дам первого и второго масштабных усилителей, выходы которых соединены с входами делителя, два операционных усилителя, в обратную связь каждого из которых включены параллельно со 2 О единенные резистор и переменный конденсатор, выход усилителя подключен к первому входу первого операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом умножителя, второй25 вход которого соединен с первым входом умножителя,. второй вход которого подключен к выходу третьего масштабного усилителя, выход умножителя соединен с входами квадратора, выход которого подключен к первому" входуЗО четвертого масштабного усилителя, выход которого соединен с вхопом функпионального преобразователя, пятый и шестой масштабные усилителя и второй Т-образный КС-четырехполюсник, 35 причем выход второго операционного усилителя подключен к входам второго и пятого масштабных усилителей, выход которого соединен с вторым входом первого масштабного усилителя, выход 4 О функционального преобразователя соединен с первым входом второго Т-образного КС-четырехполюсника и через шестой масштабный усилитель подключен к второму входу второго масштаб ного усилителя и первому входу третьего масштабного усилителя, выход второго Т-образного КС-че -ырехполюсника соединен с вторым входом третьего масштабного усилителя, вход вто О рого операционного усилителя является первым входом устройства вторым входом которого является второй вход первого операционного усилителя, вторые входы Т-образных КС-четырехполюс-. 55 ников являются третьим входом устройства, четвертым входом которого яв-, ляется второй вход четвертого масштабного усилителя, выход которого является выходом устройства, а также сглаживающий фильтр, два интегратора, шесть дополнительных масштабных усилителей, два дополнительных умножителя, дополнительный квадратор и дополнительный усилитель, выход которого подключен к первому входу первого дополнительного умножителя, выход которого соединен с первыми входами первого дополнительного масштабного усилителя и первого интегратора, выход которого через дополнительный квадратор подключен к первому входу второго дополнительного умножителя, выход которого соединен с вторымвходом первого интегратора, выход которого подключен к первому входу второго дополнительного масштабного усилителя, выход которого соединен с первым входом дополнительного усилителя, второй вход которого соединен с выходом основного умножителя, с входом квадратора, с первым входом третьего дополнительного масштабного усилителя и с вторым входом второго дополнительного масштабного усилителя, третий вход которого соединен с выходом четвертого дополнительного масштабного усилителя, первый вход которого является пятым входом устройства, шестой вход которого подключен к первому входу пятого дополнительного масштабного усилителя, выход которого соединен с вторым входом второго операционного усилителя и с входом сглаживающего фильтра, выход которого подключен к первому входу второго операционного усилителя, седьмой вход устройства соединен с вторым входом третьего дополнительного масштабного усилителя, выход которого подключен к входу второго интегратора, выход которого соединен с вторым входом первого дополнительного масштабного усилителя, выход которого является вторым выходом устройства, первый вьгход которого подключен к второму входу четвертого дополнительного масштабного усилителя, восьмой и девятый входы устройства соединены соответственно с первым и вторым входами шестого дополнитель-. ного масштабного усилителя, выход которого подключен к второму входу второго дополнительного умножителя, выход первого операционного усилителя соединен с вторым входом первого1 О При изменении величины входного напряжения Бб,которое имитирует изменение температуры греющего теп лоносителя, происходит изменение выходных напряжений Т-образных четырех. полюсников 25 и 26 и входного напряжения блока моделирования температуры в перегревательной части теплооб менного аппарата, которые имитируют изменение температур стенок соответственно в экономайзерной и испаритель. 11 ри этом переменная величина термического сопротивления теплообменав перегревательной части теплообменного аппарата имитируется линейнымпотенциалом, движок которого перемещается электромеханическим следящимблоком.Имитация процесса массообмена,описываемого уравнениями (5)-(7),осуществляется в устройстве путемвыполнения вычислительных операцийс использованием масштабных операционных усилителей, делителя и умножителя.Процессы движения частиц потокав опускном канале и экономайзернойзоне (уравнение (11) , а также переноса координаты конца длины экономайзерной зоны (уравнение (4) имитируются КС-схемами задержки с операци 20онными усилителями, в обратную связькоторых дополнительно включены переменные электрические емкости, Причемпостоянные времени схем, следовательно, параметры их электрических элементов определяются из условия, чтоТ = КС, т.е, равно времени транспортирования частиц по длине зоны иликанала.Имитация процесса в пароводяномколлекторе, описываемого уравнениями(12) и (13), выполняется в устройстве с помощью масштабных усилителей,интегрирующего усилителя и умножителяеИмитация формирования скоростициркуляции нагреваемого потока (уравнение (16) ), давление потока (уравнение (14 и температуры потока налинии насыщения (уравнение (15,осуществляется с использованиеммасштабных операционных усилителей,умножителей, квадраторов, функционального преобразователя и интегрирующего усилителя,Устройство работает следующим образом. ной зонах и перегревательной частиаппарата. Эти выходные напряжениясоответственно подаются на входымасштабных усилителей 4, 6 и 28,причем выходной сигнал последнегоусилителя является вторым выходомустройства и имитирует температуру,перегретого пара,Выходной сигнал усилителя 4 подается на выход делителя 22, выходной сигнал которого имитирует изменение длины экономайзерной зоны и лодается на вход КС-схемы с включенным в нее операционным усилителем 2, имитирующим процесс транспортирования частиц потока жо второй половине длины экономайзерной зоны, Электрические выходные сигналы усилителей 2 и 6 подаются на входы умножителя 17, выходной сигнал которого имитирует изменение расхода газообразной фазы на выходе испарительной зоны. Этот сигнал подается на входы делителя 22, квадратора 20, масштабных усилителей 8, 9 и блока 30 формирования обратной функции, При этом выходной сигнал квадратора 20 подается на выход масштабного усилителя 12, выходной сигнал которого имитирует изменение давления среды в теплообменном аппаратеДанный сигнал подается на входы масштабного усилителя 7 и Функционального преобразователя 24, причем выходной сигнал последнего имитирует изменение температуры среды на линии насыщения и подается на входы Т-образного КС-четырехполюсника 26, блока 29 моделирования температуры в перегревательной части теплообменного аппарата, масштабных усилителей 28 и 13, выходной сигнал последнего усилителя поуается на входы масштабных усилителей 5 и б,Одновременно выходной сигнал бло- ка 30 подается на вход .преобразователя 31 напряжения в линейное перемещение, что вызывает изменение переменного резистора 33 и тем самым выходного напряжения блока 29 моделирования температуры в перегревательной части теплообменного аппарата.Все это вызывает соответствующий переходный процесс в описанной части схемы устройства, который происходит до тех пор, пока полная схема устройства не войдет в равновесное состояние. Одновременно выходной сиг" нал усилителя 13 подается на входмасштабного усилителя 14, выходнойсигнал которого имитирует температуру среды в пароводяном коллекторе иподается на вход сглаживающего фильтра 27. Причем выходной сигнал послед. 5него и выхоцной сигнал усилителя 14.подаются на входы КС-схемы с включенным в нее операционным усилителем 1,имитирующим пр цесс транспортирования частил потока по опускному кана Олу и первой половине длины зкономайэеной зоны. Выходной сигнал усилителя 1, который имитирует изменениетемпературы потока на входе в экономайзерную зону, подается на входы 15Т-обраэного КС-четырехполюсника 25,масштабных усилителей 3 и 5, такжевызывая соответствующий переходныйпроцесс в описанной выше части схемы устройства для моделирования, Выходной сигнал делителя 23, на входкоторого помимо выходного сигналаумножителя 17 подается выходной сигнал масштабного усилителя 8, имитирует изменение величины истинного 25объемного,паросодержания на выходеиз испарительной зоны и подается навход умножителя 18, Выходной сигналмасштабного усилителя 7 подается навход масштабного усилителя 8, на дру 30гой вход которого подается выходнойсигнал интегрирующего усилителя 16,Причем выходной сигнал усилителя 8имитирует изменение скорости газообразной фазы потока на выходе из испа- Зрительной зоны и данный сигнал поступает на вход делителя 23. На входумножителя 18 поступает выходной сигнал операционного усилителя 2, имитирующе 1 о изменение длины испаритель 4 Оной зоны, а также выходной сигналДелителя 23, ,а выходной сигнал умножителя 18 поступает на вход масштабного усилителя 10 и интегрирующегоусилителя 16. Причем на другой вход 45усилителя 10 поступает выходной сигнал масштабного усилителя 9 черезинтегрирующий усилитель 15, а выходной сигнал усилителя 10 является вторым выходом устройства и имитирует 50уровень пароводяной смеси в коллекторе теплообменного аппарата. Выходнойсигнал масштабного усилителя 11 поступает на вход умножителя 19, навторой вход которого поступает выход"55ной сигнал квадратора 21. Выходнойсигнал умножителя 19 поступает наинтегрирующий усилитель 16, выходной сигнал которого имитирует изменение скорости циркуляции воды в теплообменном аппарате и подается на входы квадратора 21, а также масштабного усилителя 8,Изменение напряжения Б и на входе в масштабный усилитель 12, имитирующее изменение противодавления,на которое работает теплообменныйаппарат, приводит к изменению выходного сигнала усилителя 12, имитирующего изменение давления нагреваемойсреды, что вызывает переходный про- .цесс в схеме устройства. При этом работа схемы устройства происходит аналогично описанному выше,Изменение сопротивлений резисторов 321, 32 и 32 , а также электрических емкостей конденсаторов обратной связи операционных усилителей 1и 2 имитирует изменение скоростигреющего теплоносителя, Указанныеизменения сопротивлений и емкостейв устройстве приводят к переходнымпроцессам, которые аналогичны описанным выше, в результате чего изменяются выходные напряжения, которые имитируют расход парообразной фазы нагреваемого потока, давление потока,температуры потока на линии насыщения, уровень пароводяной смеси вколлекторе, температуры пара на выходе теплообменного аппарата и т.д.Изменение напряжения Б 9 на вхобмЪде в масштабный усилитель , котороеимитирует изменение расхода питательной воды, приводит к изменению выходного сигнала усилителя 9, которыйчерез интегрирующий усилитель 15 поступает на вход масштабного усилителя 10, В результате изменяется выходной.сигнал усилителя 10, имитирующегоуровень пароводяной смеси в коллекторе теплообменного аппарата.При исключении из схемы устройства входных сопротивлений 321 32и 321 и задания величины входноготока , который имитирует тепловойпоток, подводимый к стенке, получается схема устройства для моделирования процесса теплопередачи в теплообменном аппарате с независимым подводом тепла,Таким образом, предлагаемое устройство для моделирования по сравнению с известным обеспечивает повышение точности моделирования за счет введения масштабного усилителя, блоЬ12 го потенциометра, с соответствующимисвязями, что позволяет осуществитьмоделирование процесса теплопередачи в теплообменном аппарате с естественной циркуляцией нагреваемого потока с учетом процесса перегрева пара, образовавшегося в результате фазового перехода перегреваемого потока,11 1133602 ка формирования обратной функции,преобразователя напряжения в линейное перемещение, блока моделирования температуры в перегревательной части теплообменного аппарата, состоящего из масштабного резистора, накопительного конденсатора и переменного резистора, выполненного в виде линейно 1133 б 02