Model matematyczny wentylacji nawiewno-wywiewnej. Model matematyczny reżimu cieplnego pomieszczeń z ogrzewaniem promiennikowym. Wentylatory promieniowe nawiewno-wywiewne

Daria Denisikhina, Maria Lukanina, Michaił Samoletow

V nowoczesny świat nie można już obejść się bez matematycznego modelowania przepływu powietrza w projektowaniu systemów wentylacyjnych.

We współczesnym świecie przy projektowaniu systemów wentylacyjnych nie można już obejść się bez matematycznego modelowania przepływu powietrza. Konwencjonalne techniki inżynieryjne są dobrze dostosowane do typowych pomieszczeń i standardowe rozwiązania przez dystrybucję powietrza. Kiedy projektant ma do czynienia z obiektami niestandardowymi, z pomocą powinny mu się przydać metody modelowania matematycznego. Artykuł poświęcony jest badaniu dystrybucji powietrza w zimnych porach roku w wytwórni rur. Warsztat ten jest częścią kompleksu fabrycznego położonego w ostrym klimacie kontynentalnym.

Już w XIX wieku równania różniczkowe opisać przepływ cieczy i gazów. Sformułowali je francuski fizyk Louis Navier i brytyjski matematyk George Stokes. Równania Naviera - Stokesa są jednymi z najważniejszych w hydrodynamice i są używane w modelowanie matematyczne wiele zjawisk przyrodniczych i problemów technicznych.

Za ostatnie lata zgromadził w budownictwie szeroką gamę obiektów złożonych geometrycznie i termodynamicznie. Zastosowanie metod obliczeniowej dynamiki płynów znacznie zwiększa możliwości projektowania systemów wentylacyjnych, pozwalając z dużą dokładnością przewidywać rozkłady prędkości, ciśnienia, temperatury, stężenia składników w dowolnym miejscu budynku lub w dowolnym jego terenie .

Intensywne wykorzystanie metod obliczeniowej dynamiki płynów rozpoczęło się w 2000 roku, kiedy pojawiły się uniwersalne powłoki oprogramowania (pakiety CFD), które umożliwiły znalezienie numerycznych rozwiązań układu równań Naviera - Stokesa w odniesieniu do obiektu zainteresowania. Od tego czasu "BURO TEKHNIKI" zajmuje się modelowaniem matematycznym w odniesieniu do zagadnień wentylacji i klimatyzacji.

Opis zadania

W tym badaniu symulacje numeryczne przeprowadzono przy użyciu STAR-CCM +, pakietu CFD opracowanego przez CD-Adapco. Operatywność ten pakiet kiedy rozwiązywanie problemów z wentylacją było
Był wielokrotnie testowany na obiektach o różnym stopniu skomplikowania, od pomieszczeń biurowych po sale teatralne i stadiony.

Problem jest bardzo interesujący zarówno z punktu widzenia projektowania, jak i modelowania matematycznego.

Temperatura powietrza na zewnątrz -31°C. W pomieszczeniu znajdują się obiekty o znacznym obciążeniu cieplnym: piec hartowniczy, piec do odpuszczania itp. Występują więc duże różnice temperatur pomiędzy zewnętrznymi konstrukcjami obudowy a wewnętrznymi obiektami wytwarzającymi ciepło. W związku z tym w symulacji nie można pominąć udziału radiacyjnej wymiany ciepła. Dodatkowa trudność w matematycznym sformułowaniu problemu polega na tym, że w ciągu zmiany kilka razy do budynku wjeżdża ciężki pociąg o temperaturze -31°C. Stopniowo się nagrzewa, schładzając powietrze wokół siebie.

Aby utrzymać wymaganą temperaturę powietrza w kubaturze warsztatu (w zimnej porze co najmniej 15°C), projekt przewiduje instalacje wentylacji i klimatyzacji. Na etapie projektowania obliczono przepływ i temperaturę nawiewanego powietrza niezbędną do utrzymania wymaganych parametrów. Pozostało pytanie - jak dostarczyć powietrze do objętości warsztatu, aby zapewnić najbardziej równomierny rozkład temperatury w całej objętości. Modelowanie pozwoliło w stosunkowo krótkim czasie (od dwóch do trzech tygodni) zobaczyć schemat przepływu powietrza dla kilku opcji nawiewu, a następnie je porównać.

ETAPY MODELOWANIA MATEMATYCZNEGO

  • Budowanie geometrii bryłowej.
  • Podział przestrzeni roboczej na komórki siatki obliczeniowej. Należy z góry przewidzieć obszary, w których wymagane będzie dodatkowe udoskonalenie komórki. Podczas budowania siatki bardzo ważne jest znalezienie środka, w którym rozmiar komórki jest wystarczająco mały, aby uzyskać prawidłowe wyniki, podczas gdy całkowita liczba komórek nie będzie tak duża, aby przeciągnąć czas obliczeń do niedopuszczalnych ram czasowych. Dlatego budowanie siatki to cała sztuka, która wiąże się z doświadczeniem.
  • Ustalenie warunków brzegowych i początkowych zgodnie ze sformułowaniem problemu. Wymagane jest zrozumienie specyfiki zadań wentylacyjnych. Ważną rolę w przygotowaniu kalkulacji odgrywa właściwy wybór modele turbulencji.
  • Dobór odpowiedniego modelu fizycznego i modelu turbulencji.

Wyniki symulacji

Aby rozwiązać problem rozważany w tym artykule, przeszły wszystkie etapy modelowania matematycznego.

Do porównania wydajności wentylacji wybrano trzy opcje nawiewu: pod kątem do pionu 45°, 60° i 90°. Powietrze dostarczane było ze standardowych kratek rozprowadzających powietrze.

Pola temperatury i prędkości obliczone przy różnych kątach podawania powietrze nawiewane pokazano na ryc. jeden.

Po przeanalizowaniu wyników, jako najbardziej udaną z rozważanych opcji wentylacji warsztatu wybrano kąt nawiewu równy 90 °. Dzięki tej metodzie karmienia nie powstają zwiększone prędkości w Obszar roboczy i możliwe jest uzyskanie dość jednolitego obrazu temperatury i prędkości w całej objętości warsztatu.

Ostateczna decyzja

Pola temperatury i prędkości w trzech przekroje przechodzące przez kratki zasilające pokazano na ryc. 2 i 3. Rozkład temperatury w całym pomieszczeniu jest równomierny. Tylko w obszarze, w którym koncentrują się piece, jest więcej wysokie wartości temperatura pod sufitem. W prawym rogu pomieszczenia, najdalej od pieców, znajduje się zimniejszy obszar. Tu wjeżdżają zimne wagony z ulicy.

Z ryc. 3 widać wyraźnie, jak rozchodzą się poziome strumienie nawiewanego powietrza. Przy tym sposobie zasilania strumień zasilający ma wystarczająco duży zasięg. Czyli w odległości 30 m od kraty prędkość prądu wynosi 0,5 m/s (na wyjściu z kraty prędkość wynosi 5,5 m/s). W pozostałej części pomieszczenia ruchliwość powietrza jest niewielka, na poziomie 0,3 m/s.

Ogrzane powietrze z pieca hartowniczego odchyla strumień powietrza nawiewanego do góry (rys. 4 i 5). Piec bardzo mocno nagrzewa otaczające go powietrze. Temperatura na podłodze jest tu wyższa niż na środku pomieszczenia.

Pole temperatury i linie prądowe w dwóch sekcjach gorącej hali pokazano na ryc. 6.

wnioski

Obliczenia umożliwiły analizę skuteczności różne sposoby doprowadzenie powietrza do warsztatu rurowego. Stwierdzono, że nawiewane strumieniem poziomym, nawiewane powietrze rozchodzi się w głąb pomieszczenia, przyczyniając się do jego bardziej równomiernego ogrzewania. Nie tworzy to obszarów o zbyt dużej ruchliwości powietrza w obszarze roboczym, jak to ma miejsce, gdy powietrze nawiewane jest dostarczane pod kątem w dół.

Zastosowanie metod modelowania matematycznego w problematyce wentylacji i klimatyzacji jest bardzo obiecującym kierunkiem, pozwalającym na etapie projektowania korygować rozwiązanie, aby zapobiec konieczności korygowania nieudanych rozwiązań projektowych po oddaniu obiektów do eksploatacji. ●

Daria Denisichina - Kierownik Katedry „Modelowania Matematycznego”;
Maria Łukanina - Inżynier Wiodący Katedry „Modelowania Matematycznego”;
Michaił Samoletow - Dyrektor wykonawczy LLC „MM-Technologies”




Glebov R.S., doktorant Tumanov MP, kandydat nauk technicznych, profesor nadzwyczajny

Antyushin SS, doktorant (Moskwa państwowy instytut Elektronika i Matematyka (Politechnika)

PRAKTYCZNE ASPEKTY IDENTYFIKACJI MODELU MATEMATYCZNEGO

CENTRALA WENTYLACYJNA

W związku z pojawieniem się nowych wymagań dla systemów wentylacyjnych, eksperymentalne metody strojenia zamkniętych pętli sterowania nie mogą w pełni rozwiązać problemów automatyki. proces technologiczny... Eksperymentalne metody strojenia posiadają nieodłączne kryteria optymalizacji (kryteria jakości sterowania), co ogranicza zakres ich stosowania. Synteza parametryczna systemu sterowania uwzględniającego wszystkie wymagania zakres zadań, wymaga matematycznego modelu obiektu. Artykuł zawiera analizę struktur modeli matematycznych jednostka wentylacyjna, rozważany jest sposób identyfikacji centrali wentylacyjnej, oceniana jest możliwość wykorzystania uzyskanych modeli do praktycznego zastosowania.

Słowa kluczowe: identyfikacja, model matematyczny, centrala wentylacyjna, badanie eksperymentalne modelu matematycznego, kryteria jakości modelu matematycznego.

PRAKTYCZNE ASPEKTY IDENTYFIKACJI MODELU MATEMATYCZNEGO

INSTALACJI WENTYLACJI

W związku z pojawieniem się nowych wymagań dla systemów wentylacyjnych, eksperymentalne metody regulacji zamkniętych konturów zarządzania nie mogą w pełni rozwiązać problemu automatyzacji procesu technologicznego. Eksperymentalne metody regulacji mają postawione kryteria optymalizacji (kryterium jakości zarządzania) ograniczającą obszar ich zastosowania. Synteza parametryczna układu sterowania, projekt techniczny uwzględniający wszystkie wymagania, wymaga matematycznego modelu obiektu. Rozważa się identyfikację instalacji wentylacyjnej, szacuje się możliwość zastosowania otrzymanych modeli do praktycznego zastosowania.

Słowa kluczowe: identyfikacja, model matematyczny, instalacja wentylacyjna, badania eksperymentalne modelu matematycznego, kryteria jakości modelu matematycznego.

Wstęp

Sterowanie systemami wentylacji to jedno z głównych zadań automatyki systemy inżynieryjne budynek. Wymagania stawiane układom sterowania centralami wentylacyjnymi formułowane są w postaci kryteriów jakościowych w dziedzinie czasu.

Główne kryteria jakości:

1. Czas przejściowy (tnn) - czas przejścia centrali w tryb pracy.

2. Błąd stanu ustalonego (eust) – maksymalne dopuszczalne odchylenie temperatury powietrza nawiewanego od zadanej.

Pośrednie kryteria jakości:

3. Przeregulowanie (Ah) - przekroczenie mocy przy sterowaniu centralą wentylacyjną.

4. Stopień oscylacji (y) - nadmierne zużycie urządzeń wentylacyjnych.

5. Stopień tłumienia (y) - charakteryzuje jakość i szybkość ustalenia wymaganego reżimu temperaturowego.

Głównym zadaniem automatyki systemu wentylacji jest synteza parametryczna sterownika. Synteza parametryczna polega na wyznaczeniu współczynników regulatora zapewniających kryteria jakościowe dla systemu wentylacyjnego.

Do syntezy regulatora centrali wentylacyjnej wybiera się dogodne do praktycznego zastosowania metody inżynierskie, które nie wymagają badania modelu matematycznego obiektu: metoda Ncbo18-21gler (W), metoda Chien- HropeS-Re8, wsk (SNK). DO nowoczesne systemy automatyzacja wentylacji, wysokie wymagania stawiane są wskaźnikom jakości, zawężają się dopuszczalne warunki brzegowe wskaźników, pojawiają się wielokryterialne problemy sterowania. Inżynierskie metody strojenia regulatorów nie pozwalają na zmianę zawartych w nich kryteriów jakości regulacji. Na przykład przy użyciu metody N2 do strojenia regulatora kryterium jakości jest dekrement tłumienia równy cztery, a przy użyciu metody SAE kryterium jakości jest maksymalna szybkość narastania przy braku przeregulowania. Zastosowanie tych metod w rozwiązywaniu problemów sterowania wielokryterialnego wymaga dodatkowej ręcznej korekty współczynników. Czas i jakość strojenia pętli sterowania w tym przypadku zależy od doświadczenia inżyniera serwisu.

Podanie nowoczesne środki modelowanie matematyczne do syntezy układu sterowania centralą wentylacyjną znacznie poprawia jakość procesów sterowania, skraca czas konfiguracji układu, a także umożliwia syntezę algorytmicznych środków wykrywania i zapobiegania wypadkom. Do symulacji układu sterowania konieczne jest stworzenie odpowiedniego modelu matematycznego centrali wentylacyjnej (obiektu sterowania).

Praktyczne wykorzystanie modeli matematycznych bez oceny adekwatności rodzi szereg problemów:

1. Ustawienia regulatora uzyskane w wyniku modelowania matematycznego nie gwarantują w praktyce zgodności wskaźników jakości.

2. Zastosowanie w praktyce regulatorów z wbudowanym modelem matematycznym (sterowanie wymuszone, ekstrapolator Smitha itp.) może spowodować pogorszenie wskaźników jakości. Jeśli stała czasowa nie jest zgodna lub wzmocnienie jest zbyt niskie, zwiększa się czas przejścia jednostki wentylacyjnej do trybu pracy, jeśli wzmocnienie jest przeszacowane, występuje nadmierne zużycie sprzętu wentylacyjnego itp.

3. Praktyczne zastosowanie regulatorów adaptacyjnych z estymacją według modelu odniesienia spowoduje również pogorszenie wskaźników jakości, podobnie jak w powyższym przykładzie.

4. Nastawy regulatora uzyskane metodami optymalnego sterowania nie gwarantują w praktyce zgodności wskaźników jakości.

Celem pracy jest określenie struktury modelu matematycznego centrali wentylacyjnej (wzdłuż pętli regulacji reżim temperaturowy) i ocena jego adekwatności do rzeczywistych fizycznych procesów ogrzewania powietrza w instalacjach wentylacyjnych.

Doświadczenia w projektowaniu układów sterowania pokazują, że nie da się uzyskać modelu matematycznego adekwatnego do rzeczywistego układu tylko na podstawie teoretycznych badań procesów fizycznych układu. Dlatego w procesie syntezy modelu centrali wentylacyjnej, równolegle z badaniami teoretycznymi, przeprowadzono eksperymenty mające na celu ustalenie i dopracowanie modelu matematycznego systemu – jego identyfikację.

Proces technologiczny instalacji wentylacyjnej, organizacja eksperymentu

i identyfikacja strukturalna

Przedmiotem sterowania systemem wentylacji jest klimatyzator centralny, w którym strumień powietrza jest przetwarzany i dostarczany do wentylowanych pomieszczeń. Zadaniem lokalnego systemu sterowania wentylacją jest automatyczne utrzymywanie temperatury powietrza nawiewanego w kanale. Aktualną wartość temperatury powietrza ocenia czujnik zainstalowany w kanale nawiewnym lub w pomieszczeniu obsługi. Temperatura powietrza nawiewanego jest kontrolowana przez nagrzewnicę elektryczną lub wodną. Przy zastosowaniu nagrzewnicy wodnej siłownik jest zaworem trójdrożnym, przy zastosowaniu nagrzewnicy elektrycznej jest to regulator szerokości impulsu lub tyrystorowy regulator mocy.

Standardowym algorytmem regulacji temperatury powietrza nawiewanego jest automatyczny system regulacji w pętli zamkniętej (ACS), z regulatorem PID jako urządzeniem sterującym. Pokazano strukturę zautomatyzowanego układu regulacji temperatury powietrza nawiewanego poprzez wentylację (rys. 1).

Ryż. 1. Schemat blokowy zautomatyzowanego systemu sterowania centralą wentylacyjną (kanał sterowania temperaturą powietrza nawiewanego). Wreg - PF regulatora, Zhio - PF korpusu wykonawczego, Wcal - PF nagrzewnicy, Wvv - funkcja przenoszenia kanału. u1 - nastawa temperatury, XI - temperatura w kanale, XI - odczyty czujnika, E1 - błąd regulacji, U1 - działanie regulatora, U2 - przetwarzanie sygnału regulatora przez siłownik, U3 - ciepło przekazywane przez nagrzewnicę do kanał.

Synteza matematycznego modelu systemu wentylacyjnego zakłada, że ​​znana jest struktura każdej transmitancji zawartej w jej składzie. Zastosowanie modelu matematycznego zawierającego transmitancje poszczególnych elementów układu jest zadaniem trudnym i nie gwarantuje w praktyce superpozycji poszczególnych elementów z układem oryginalnym. Aby zidentyfikować model matematyczny, strukturę systemu sterowania wentylacją można wygodnie podzielić na dwie części: a priori znaną (sterownik) i nieznaną (obiekt). Funkcja przenoszenia obiektu ^ o) obejmuje: funkcję przenoszenia korpusu wykonawczego ^ uo), funkcję przenoszenia nagrzewnicy ^ cal), funkcję przenoszenia kanału powietrznego ^ vv), funkcję przenoszenia czujnika ^ Daktyle). Zadanie identyfikacji centrali wentylacyjnej przy sterowaniu temperaturą strumienia powietrza sprowadza się do określenia zależności funkcjonalnej pomiędzy sygnałem sterującym do elementu wykonawczego nagrzewnicy U1 a temperaturą strumienia powietrza XI.

Do określenia struktury modelu matematycznego centrali wentylacyjnej niezbędne jest przeprowadzenie eksperymentu identyfikacyjnego. Uzyskanie pożądanych cech jest możliwe poprzez pasywny i aktywny eksperyment. Metoda eksperymentu pasywnego polega na rejestracji kontrolowanych parametrów procesu w normalnej pracy obiektu bez wprowadzania do niego jakichkolwiek umyślnych zakłóceń. W fazie konfiguracji system wentylacyjny nie pracuje normalnie, więc metoda eksperymentu pasywnego nie nadaje się do naszych celów. Metoda aktywnego eksperymentu polega na wykorzystaniu pewnych sztucznych zakłóceń wprowadzanych do obiektu zgodnie z wcześniej zaplanowanym programem.

Istnieją trzy podstawowe metody identyfikacji obiektów aktywnych: metoda charakterystyk przejściowych (reakcja obiektu na „krok”), metoda zakłócania obiektu sygnałami o postaci okresowej (reakcja obiektu na zakłócenia harmoniczne różne częstotliwości) oraz sposób reakcji obiektu na impuls delta. Ze względu na dużą bezwładność systemów wentylacyjnych (TOB waha się od kilkudziesięciu sekund do kilku minut) identyfikacja za pomocą sygnałów

W celu dalszej lektury artykułu należy zakupić pełny tekst. Artykuły wysyłane są w formacie PDF na maila wskazanego przy płatności. Czas dostawy to mniej niż 10 minut... Koszt jednego artykułu - 150 rubli.

Podobne prace naukowe na temat „Ogólne i złożone problemy nauk przyrodniczych i ścisłych”

  • ADAPTACYJNE STEROWANIE JEDNOSTKĄ POWIETRZA Z DYNAMICZNYM PRZEPŁYWEM POWIETRZA NAWIEWNEGO

    R.S. GLEBOVM.P. TUMANOV - 2012

  • Problem zarządzania i modelowania awarii w kopalniach ropy naftowej

    M. Yu Liskova i I. S. Naumov - 2013

  • O ZASTOSOWANIU TEORII STEROWANIA PARAMETRYCZNEGO W PRZELICZALNYCH MODELACH RÓWNOWAGI OGÓLNEJ

    ADILOV ZHEKSENBEK MAKEEVICH, ASHIMOV ABDYKAPPAR ASHIMOVICH, ASHIMOV ASKAR ABDYKAPPAROVICH, BOROWSKY NIKOLAI JURIEVICH, BOROWSKY JURI VYACHESLAVOVICH, SUŁTANOW BAKHYTVI-TURCHLY - 2010

  • MODELOWANIE DACHU BIOKLIMATYCZNEGO Z WYKORZYSTANIEM NATURALNEJ WENTYLACJI

    OUEDRAOGO A., OUEDRAOGO I., PALM K., ZEGHMATI B. - 2008

Prognozowanie warunki termiczne w obsługiwanych obszarach jest zadaniem wieloczynnikowym. Wiadomo, że reżim termiczny tworzony jest za pomocą systemów ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji. Jednak przy projektowaniu systemów grzewczych nie uwzględnia się skutków prądów powietrza wytworzonych przez inne systemy. Wynika to częściowo z faktu, że wpływ przepływów powietrza na reżim termiczny może być nieznaczny przy standardowej ruchliwości powietrza w obsługiwanych obszarach.

Zastosowanie promiennikowych systemów grzewczych wymaga nowego podejścia. Obejmuje to konieczność przestrzegania norm narażenia ludzi na stanowiskach pracy i uwzględniania dystrybucji ciepła promieniowania na wewnętrznych powierzchniach otaczających konstrukcji. W końcu, kiedy ogrzewanie promiennikowe przeważnie te powierzchnie są ogrzewane, co z kolei oddaje ciepło do pomieszczenia w wyniku konwekcji i promieniowania. Dzięki temu utrzymywana jest wymagana temperatura powietrza wewnętrznego.

Z reguły w przypadku większości rodzajów pomieszczeń, wraz z systemami grzewczymi, wymagane są systemy wentylacyjne. Tak więc przy stosowaniu promiennikowych systemów ogrzewania gazowego pomieszczenie musi być wyposażone w systemy wentylacyjne. Minimalna wymiana powietrza w pomieszczeniach z uwalnianiem szkodliwych gazów i oparów określa SP 60.13330.12. Ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja jest co najmniej jednorazowa, a na wysokości powyżej 6 m - co najmniej 6 m 3 na 1 m 2 powierzchni. Ponadto wydajność systemów wentylacyjnych zależy również od przeznaczenia pomieszczenia i jest obliczana z warunków asymilacji emisji ciepła lub gazów lub kompensacji lokalnego ssania. Oczywiście wielkość wymiany powietrza należy również sprawdzić pod kątem stanu asymilacji produktów spalania. Kompensacja objętości powietrza wywiewanego realizowana jest przez systemy wentylacja nawiewna... W tym przypadku istotną rolę w kształtowaniu reżimu termicznego w obsługiwanych obszarach mają dysze zasilające i wprowadzane przez nie ciepło.

Metoda badawcza i wyniki

Konieczne staje się zatem opracowanie przybliżonego modelu matematycznego złożonych procesów wymiany ciepła i masy zachodzących w pomieszczeniu z ogrzewaniem promiennikowym i wentylacją. Model matematyczny jest układem równań do bilansów ciepła powietrza dla charakterystycznych objętości i powierzchni pomieszczenia.

Rozwiązanie systemu pozwala na określenie parametrów powietrza w obsługiwanych obszarach, gdy różne opcje rozmieszczenie promiennikowych urządzeń grzewczych z uwzględnieniem wpływu systemów wentylacyjnych.

Rozważmy budowę modelu matematycznego na przykładzie pomieszczenia produkcyjnego wyposażonego w system ogrzewania promiennikowego i nie posiadającego innych źródeł wydzielania ciepła. Strumienie ciepła z grzejników rozkładają się w następujący sposób. Prądy konwekcyjne wznoszą się do górnej strefy pod sufitem i oddają ciepło do wewnętrznej powierzchni. Promienisty składnik strumienia ciepła emitera jest odbierany przez wewnętrzne powierzchnie zewnętrznych struktur otaczających pomieszczenie. Z kolei te powierzchnie oddają ciepło poprzez konwekcję do powietrza wewnętrznego i promieniowanie na inne powierzchnie wewnętrzne. Część ciepła jest przekazywana przez zewnętrzne struktury do powietrza zewnętrznego. Obliczony schemat wymiany ciepła pokazano na ryc. 1a.

Rozważmy budowę modelu matematycznego na przykładzie pomieszczenia produkcyjnego wyposażonego w system ogrzewania promiennikowego i nie posiadającego innych źródeł wydzielania ciepła. Prądy konwekcyjne wznoszą się do górnej strefy pod sufitem i oddają ciepło do wewnętrznej powierzchni. Promienisty składnik strumienia ciepła emitera jest odbierany przez wewnętrzne powierzchnie zewnętrznych otaczających struktur pomieszczenia

Następnie rozważymy budowę schematu cyrkulacji powietrza (rys. 1b). Weźmy schemat organizacji doładowania wymiany powietrza. Powietrze jest dostarczane w ilości m pr w kierunku obsługiwanego obszaru i jest usuwany z górnego obszaru z natężeniem przepływu m w = m pr. Na poziomie górnej części obsługiwanego obszaru natężenie przepływu powietrza w strumieniu wynosi m p. Wzrost natężenia przepływu powietrza w strumieniu nawiewnym wynika z cyrkulacji powietrza, które jest odłączone od strumienia.

Wprowadźmy warunkowe granice przepływów - powierzchnie, na których prędkości mają tylko składowe normalne do nich. Na ryc. 1b granice przepływu pokazano linią przerywaną. Następnie wybierzemy obliczone objętości: obsługiwany obszar (przestrzeń ze stałym pobytem ludzi); objętości strumienia zasilającego i przyściennych przepływów konwekcyjnych. Kierunek przyściennych przepływów konwekcyjnych zależy od stosunku temperatur wewnętrznej powierzchni zewnętrznych struktur otaczających do otaczającego powietrza. Na ryc. Fig. 1b przedstawia schemat z opadającym przyściennym przepływem konwekcyjnym.

A więc temperatura powietrza w obsługiwanym obszarze T wz powstaje w wyniku mieszania się powietrza z dysz nawiewnych, przyściennych przepływów konwekcyjnych i konwekcyjnego dopływu ciepła z powierzchnie wewnętrzne podłoga i ściany.

Uwzględniając opracowane schematy wymiany ciepła i cyrkulacji przepływów powietrza (rys. 1), skomponujemy równania bilansów ciepło-powietrze dla wybranych objętości:

Tutaj Z- pojemność cieplna powietrza, J / (kg ° С); Q od to moc gazowego systemu ogrzewania promiennikowego, W; Q z I Q* c - konwekcyjne przenoszenie ciepła na wewnętrznych powierzchniach ściany w obsługiwanym obszarze i ściany nad obsługiwanym obszarem, W; T str., T c i T wz temperatura powietrza w strumieniu zasilającym na wejściu do obszaru roboczego, w przyściennym przepływie konwekcyjnym oraz w obszarze roboczym, °C; Q TP to strata ciepła pomieszczenia, W, równa sumie strat ciepła przez zewnętrzne konstrukcje otaczające:

Natężenie przepływu powietrza w strumieniu nawiewnym na wejściu do obsługiwanego obszaru jest obliczane z zależności uzyskanych przez M.I.Grimitlina.

Na przykład w przypadku dyfuzorów wytwarzających zwarte strumienie natężenie przepływu w strumieniu wynosi:

gdzie m- współczynnik tłumienia prędkości; F 0 - powierzchnia przekroju rury wlotowej dystrybutora powietrza, m 2; x- odległość od dystrybutora powietrza do punktu wejścia do obsługiwanego obszaru, m; DO n - współczynnik nieizotermii.

Zużycie powietrza w przyściennym przepływie konwekcyjnym określa:

gdzie Tс - temperatura wewnętrznej powierzchni ścian zewnętrznych, ° C.

Równania bilans cieplny dla powierzchni granicznych są:

Tutaj Q C, Q* C, Q pl i Q Fri - konwekcyjne przenoszenie ciepła na wewnętrznych powierzchniach ściany w obsługiwanym obszarze - odpowiednio ściana nad obsługiwanym obszarem, podłoga i pokrycie; Q tp.s, Q* TP.s., Q TP.pl, Q tp.pt - straty ciepła przez odpowiednie konstrukcje; W Z, W* C, W pl, W Fri - promieniujące strumienie ciepła z emitera wchodzące w te powierzchnie. Konwekcyjny transfer ciepła jest określony przez znaną zależność:

gdzie m J - współczynnik wyznaczany z uwzględnieniem położenia powierzchni i kierunku przepływu ciepła; F J - powierzchnia, m 2; Δ. T J to różnica temperatur między powierzchnią a powietrzem otoczenia, ° C; J- indeks rodzaju powierzchni.

Strata ciepła QтJ można wyrazić jako

gdzie T n - temperatura powietrza zewnętrznego, ° C; T J - temperatury wewnętrznych powierzchni zewnętrznych konstrukcji otaczających, ° C; r oraz r n - opór cieplny i przenikanie ciepła ogrodzenia zewnętrznego, m 2 · ° C / W.

Otrzymano model matematyczny procesów wymiany ciepła i masy pod wpływem połączonego działania ogrzewania promiennikowego i wentylacji. Wyniki rozwiązania pozwalają na uzyskanie głównych charakterystyk reżimu cieplnego w projektowaniu systemów ogrzewania płaszczyznowego dla budynków różnego przeznaczenia, wyposażonych w systemy wentylacyjne.

Promieniujące strumienie ciepła z grzejników promiennikowych systemów grzewczych Wj obliczane są poprzez wzajemne pola promieniowania zgodnie z metodą dowolnej orientacji emiterów i otaczających powierzchni:

gdzie Z 0 to emisyjność całkowicie czarnego ciała, W / (m 2 · K 4); ε IJ - zmniejszona emisyjność powierzchni biorących udział w wymianie ciepła i oraz J; h IJ - wzajemny obszar promieniowania powierzchni i oraz J, m2; T I - Średnia temperatura powierzchnia emitująca, określona z bilansu cieplnego emitera, K; T J to temperatura powierzchni pochłaniającej ciepło, K.

Zastępując wyrażenia dla strumieni ciepła i natężenia przepływu powietrza w dżetach, otrzymujemy układ równań, który jest przybliżonym modelem matematycznym procesów wymiany ciepła i masy podczas ogrzewania promieniowego. Do rozwiązania systemu można użyć standardowych programów komputerowych.

Otrzymuje się matematyczny model procesów wymiany ciepła i masy w skojarzonym działaniu ogrzewania promiennikowego i wentylacji. Wyniki rozwiązania pozwalają na uzyskanie głównych charakterystyk reżimu cieplnego w projektowaniu systemów ogrzewania płaszczyznowego dla budynków różnego przeznaczenia, wyposażonych w systemy wentylacyjne.

Opiszmy w tym rozdziale główne elementy układu sterowania, nadaj im charakterystykę techniczną i opis matematyczny. Przyjrzyjmy się bliżej opracowywanemu systemowi automatycznej regulacji temperatury powietrza nawiewanego przechodzącego przez nagrzewnicę powietrza. Ponieważ głównym produktem przygotowania jest temperatura powietrza, to w ramach pracy dyplomowej można pominąć konstruowanie modeli matematycznych i modelowanie procesów cyrkulacji i przepływu powietrza. Również to matematyczne uzasadnienie funkcjonowania ACS PVV można pominąć ze względu na specyfikę architektury pomieszczeń - istnieje znaczny dopływ nieprzygotowanego powietrza zewnętrznego do warsztatów i magazynów przez szczeliny i szczeliny. Dlatego, przy jakimkolwiek natężeniu przepływu powietrza, praktycznie niemożliwe jest, aby pracownicy tego warsztatu doświadczyli „głodu tlenowego”.

Pomijamy więc budowę termodynamicznego modelu dystrybucji powietrza w pomieszczeniu, a także matematycznego opisu ACS dla natężenia przepływu powietrza ze względu na ich niecelowość. Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo rozwojowi ACS dla temperatury powietrza nawiewanego. W rzeczywistości system ten jest systemem automatycznej regulacji położenia przepustnicy przeciwlotniczej w zależności od temperatury powietrza nawiewanego. Regulacja - prawo proporcjonalne poprzez bilansowanie wartości.

Przedstawimy główne elementy wchodzące w skład SKP, podamy ich parametry techniczne, które pozwolą zidentyfikować cechy ich sterowania. Przy wyborze sprzętu i narzędzi automatyzacji kierujemy się ich kartami technicznymi oraz wcześniejszymi obliczeniami inżynierskimi starego systemu, a także wynikami eksperymentów i testów.

Wentylatory promieniowe nawiewno-wywiewne

Konwencjonalny wentylator promieniowy to koło z łopatkami roboczymi umieszczonymi w obudowie spiralnej, podczas obracania powietrze wpływające przez otwór wlotowy wchodzi do kanałów między łopatkami i przemieszcza się przez te kanały pod działaniem siły odśrodkowej, jest zbierane przez spiralną obudowę i skierowane do jej wylotu. Obudowa służy również do konwersji głowicy dynamicznej na głowicę statyczną. Aby zwiększyć ciśnienie, za obudową umieszczony jest dyfuzor. Na ryc. 4.1 przedstawia ogólny widok wentylatora promieniowego.

Konwencjonalny wirnik odśrodkowy składa się z łopatek, tylnej tarczy, piasty i przedniej tarczy. Odlewana lub rzeźbiona piasta, przeznaczona do mocowania koła na wale, jest nitowana, przykręcana lub przyspawana do tylnej tarczy. Ostrza są przynitowane do dysku. Przednie krawędzie ostrzy są zwykle przymocowane do przedniego pierścienia.

Obudowy spiralne wykonane są z blachy stalowej i są montowane na niezależnych wspornikach, w pobliżu wentylatorów niska moc są przymocowane do łóżek.

Kiedy koło się obraca, część energii dostarczanej do silnika jest przekazywana do powietrza. Ciśnienie wytwarzane przez koło zależy od gęstości powietrza, kształt geometryczny ostrza i prędkość obwodowa na końcach ostrzy.

Krawędzie wylotowe łopatek wentylatorów promieniowych mogą być zagięte do przodu, promieniowo i zagięte do tyłu. Do niedawna krawędzie ostrzy były głównie zakrzywione do przodu, co pozwalało na zmniejszenie wymiary wentylatory. W dzisiejszych czasach często spotyka się wirniki z łopatkami wygiętymi do tyłu, ponieważ pozwala to zwiększyć wydajność. wentylator.

Ryż. 4.1

Podczas kontroli wentylatorów należy pamiętać, że krawędzie wylotowe (wzdłuż ścieżki powietrza) łopatek, aby zapewnić bezwstrząsowe wejście, muszą być zawsze wygięte w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu koła.

Te same wentylatory przy zmianie prędkości obrotowej mogą mieć różne natężenia przepływu i wytwarzać różne ciśnienia, w zależności nie tylko od właściwości wentylatora i prędkości obrotowej, ale także od podłączonych do nich kanałów powietrznych.

Charakterystyki wentylatorów wyrażają zależność pomiędzy głównymi parametrami ich pracy. Pełna charakterystyka wentylatora przy stałej prędkości wału (n = const) wyrażają zależności między zasilaniem Q a ciśnieniem P, mocą N i sprawnością. Zależności P (Q), N (Q) i T (Q) są zwykle wykreślone na tym samym wykresie. Na nich wybrany jest wentylator. Charakterystykę buduje się na podstawie testów. Na ryc. 4.2 przedstawia charakterystykę aerodynamiczną wentylatora promieniowego VTs-4-76-16, który jest używany jako wentylator nawiewny na miejscu wdrożenia

Ryż. 4.2

Wydajność wentylatora to 70 000 m3/h lub 19,4 m3/s. Prędkość wentylatora - 720 obr./min. lub 75,36 rad/sek., moc napędu silnik asynchroniczny wentylator ma 35 kW.

Wentylator przedmuchuje zewnętrzne powietrze atmosferyczne do nagrzewnicy powietrza. W wyniku wymiany ciepła powietrza z gorąca woda, przepuszczone przez rury wymiennika ciepła, przepływające powietrze jest ogrzewane.

Rozważmy schemat regulacji trybu pracy wentylatora VTs-4-76 nr 16. Na ryc. 4.3 jest podane schemat funkcjonalny wentylator z regulacją prędkości.


Ryż. 4.3

Funkcję przenoszenia wentylatora można przedstawić jako wzmocnienie, które określa się na podstawie charakterystyk aerodynamicznych wentylatora (rys. 4.2). Zysk wentylatora w punkcie pracy wynosi 1,819 m3/s (najniższy możliwy, ustalony eksperymentalnie).

Ryż. 4.4

Doświadczalnie stwierdzono, że do realizacji niezbędnych trybów pracy wentylatora konieczne jest doprowadzenie do przemiennika częstotliwości sterującej napięcia o następujących wartościach (tabela 4.1):

Tabela 4.1 Tryby pracy wentylacji nawiewnej

Jednocześnie w celu zwiększenia niezawodności silnika elektrycznego wentylatorów zarówno sekcji nawiewnej jak i wywiewnej nie ma potrzeby ustawiania ich trybów pracy z maksymalną wydajnością. Zadanie badanie eksperymentalne było znalezienie takich napięć sterujących, przy których obliczone poniżej kursy wymiany powietrza byłyby obserwowane.

Wentylację wyciągową reprezentują trzy wentylatory promieniowe marek VTs-4-76-12 (wydajność 28000 m3 / h przy n = 350 obr / min, asynchroniczna moc napędu N = 19,5 kW) i VTs-4-76-10 (wydajność 20 000 m3 / h przy n = 270 obr/min, asynchroniczna moc napędu N = 12,5 kW). Wartości napięć sterujących uzyskano eksperymentalnie podobnie jak napięcie zasilania dla gałęzi wywiewnej wentylacji (tab. 4.2).

Aby nie dopuścić do stanu „głodu tlenowego” w warsztatach pracowniczych, obliczymy stawki wymiany powietrza dla wybranych trybów pracy wentylatorów. Musi spełniać warunek:

Tabela 4.2 Tryby pracy wentylacji wywiewnej

W obliczeniach pomijamy powietrze nawiewane z zewnątrz, a także architekturę budynku (ściany, podłogi).

Wymiary pomieszczeń do wentylacji: 150x40x10 m, łączna kubatura pomieszczenia to 60 000 m3. Wymagana ilość powietrza nawiewanego to 66000 m3/h (dla współczynnika 1,1 jest to minimum, ponieważ nie uwzględnia się dopływu powietrza z zewnątrz). Oczywiste jest, że wybrane tryby pracy wentylator zasilający spełniają określony warunek.

Całkowitą objętość zasysanego powietrza oblicza się według wzoru

Aby obliczyć odcinek wydechowy, wybrano tryby „awaryjnego wydechu”. Uwzględniając współczynnik korygujący 1,1 (ponieważ tryb awaryjny jest przyjmowany jako najmniejszy z możliwych) ilość odciąganego powietrza wyniesie 67,76 m3/h. Wartość ta, w granicach błędów dopuszczalnych i przyjętych wcześniej zastrzeżeń, spełnia warunek (4.2), co oznacza, że ​​wybrane tryby pracy wentylatorów sprostają zadaniu zapewnienia wymiany powietrza.

Ponadto silniki wentylatorów mają wbudowane zabezpieczenie przed przegrzaniem (termostat). Gdy temperatura na silniku wzrośnie, styk przekaźnika termostatu zatrzyma pracę silnika elektrycznego. Czujnik różnicy ciśnień zarejestruje zatrzymanie silnika elektrycznego i wyśle ​​sygnał do panelu sterowania. Konieczne jest uwzględnienie reakcji ACS PVV na awaryjne zatrzymanie silników wentylatorów.

Wysyłanie dobrej pracy do bazy wiedzy jest proste. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy korzystający z bazy wiedzy w swoich studiach i pracy będą Ci bardzo wdzięczni.

Podobne dokumenty

    Podstawy funkcjonowania systemu automatyczna kontrola wentylacja nawiewno-wywiewna, jego budowa i opis matematyczny. Wyposażenie procesu technologicznego. Dobór i kalkulacja regulatora. Badanie stabilności ATS, wskaźniki jej jakości.

    praca semestralna, dodano 16.02.2011

    ogólna charakterystyka i cel, zakres praktycznego zastosowania systemu automatycznego sterowania wentylacją nawiewno-wywiewną. Automatyzacja procesu regulacji, jej zasady i etapy realizacji. Dobór funduszy i ich ekonomiczne uzasadnienie.

    praca dyplomowa, dodana 04.10.2011

    Analiza istniejących typowych schematów automatyki wentylacji w halach produkcyjnych. Model matematyczny procesu wentylacji pomieszczenia przemysłowe, dobór i opis narzędzi automatyzacji i sterowania. Kalkulacja kosztów projektu automatyzacji.

    praca dyplomowa, dodana 06/11/2012

    Analiza porównawcza charakterystyka techniczna typowe projekty wieże chłodnicze. Elementy systemów wodociągowych i ich klasyfikacja. Model matematyczny procesu zaopatrzenia w wodę obiegową, dobór i opis urządzeń automatyki i elementów sterowania.

    praca dyplomowa, dodana 09.04.2013

    Ogólna charakterystyka rurociągu naftowego. Charakterystyka klimatyczno-geologiczna terenu. Ogólny układ przepompowni. Przepompownie i cysterna PS-3 „Almetyevsk”. Obliczenia systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej pompowni.

    praca dyplomowa, dodana 17.04.2013

    Analiza opracowania projektu konstrukcyjnego laski ozdobnej. Heraldyka jako szczególna dyscyplina zajmująca się badaniem herbów. Metody wykonywania oprzyrządowania do modeli woskowych. Etapy obliczania wentylacji nawiewno-wywiewnej dla przedziału hutniczego.

    praca dyplomowa, dodana 26.01.2013

    Opis instalacji jako obiektu automatyzacji, możliwości usprawnienia procesu technologicznego. Obliczanie i dobór elementów zespołu środków technicznych. Obliczanie systemu automatycznego sterowania. Tworzenie oprogramowania aplikacyjnego.

    praca dyplomowa, dodana 24.11.2014

mob_info