Model matematic al sistemelor de ventilație. Ventilarea prin evacuare a atelierului de producție. Alimentare și evacuare ventilatoare centrifuge

Trimite-ți munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Folosiți formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Documente similare

    Bazele funcționării sistemului control automat alimentarea și evacuarea aerului, construcția și descrierea sa matematică. Echipament proces tehnologic... Selectarea și calculul regulatorului. Studiul stabilității ATS, indicatori ai calității sale.

    hârtie de termen, adăugată 16.02.2011

    caracteristici generaleși scopul, domeniul de aplicare practic al sistemului automat de control pentru alimentarea și ventilarea evacuării. Automatizarea procesului de reglementare, principiile și etapele sale de implementare. Alegerea fondurilor și justificarea lor economică.

    teză, adăugată 04/10/2011

    Analiza schemelor tipice existente de automatizare a ventilației în magazinele de producție. Model matematic al procesului de ventilație incinte industriale, selectarea și descrierea instrumentelor și comenzilor de automatizare. Calculul costului unui proiect de automatizare.

    teză, adăugată 06/11/2012

    Analiza comparativa caracteristici tehnice modele tipice turnuri de răcire. Elemente ale sistemelor de alimentare cu apă și clasificarea acestora. Model matematic al procesului de alimentare cu apă circulant, selectarea și descrierea echipamentelor de automatizare și a elementelor de control.

    teză, adăugată 09.04.2013

    Caracteristicile generale ale conductei de petrol. Caracteristicile climatice și geologice ale sitului. Structura generală a stației de pompare. Stații de pompare a portbagajului și ferma de tancuri PS-3 "Almetyevsk". Calculul alimentării și al sistemului de ventilație a evacuării din atelierul de pompare.

    teză, adăugată 17.04.2013

    Analiza dezvoltării unui proiect de proiectare pentru un baston decorativ. Heraldica ca disciplină specială care se ocupă cu studiul stemelor. Metode de realizare a sculelor pentru modele asemănătoare ceară. Etape de calcul al alimentării și al ventilației de evacuare pentru compartimentul de topire.

    teză, adăugată 26.01.2013

    Descrierea instalației ca obiect de automatizare, opțiuni pentru îmbunătățirea procesului tehnologic. Calculul și selecția elementelor unui complex de mijloace tehnice. Calculul sistemului de control automat. Dezvoltarea de aplicații software.

    teză, adăugată 24.11.2014

1

Lucrarea are în vedere procesele de modelare a ventilației și dispersiei emisiilor sale în atmosferă. Modelarea se bazează pe rezolvarea sistemului de ecuații Navier-Stokes, legile conservării masei, impulsului, căldurii. Sunt luate în considerare diverse aspecte ale soluției numerice a acestor ecuații. Se propune un sistem de ecuații pentru a calcula valoarea coeficientului de turbulență de fond. Pentru aproximarea hipersonică, se propune o soluție, împreună cu ecuațiile dinamicii fluidelor prezentate în articol, ale ecuației stării unui gaz real și a vaporilor ideali. Această ecuație este o modificare a ecuației van der Waals și ia mai exact în considerare dimensiunea moleculelor de gaz sau vapori și interacțiunea lor. Pe baza condiției stabilității termodinamice, se obține o relație care permite excluderea rădăcinilor irealizabile fizic atunci când se rezolvă ecuația față de volum. Se efectuează analiza modelelor de calcul cunoscute și a pachetelor de calcul ale dinamicii fluidelor.

modelare

ventilare

turbulenţă

ecuații de transfer de căldură și masă

ecuația de stare

gaz real

disipare

1. Berlyand M. Ye. Probleme contemporane difuzia atmosferică și poluarea aerului. - L.: Gidrometeoizdat, 1975 .-- 448 p.

2. Belyaev NN Modelarea procesului de dispersie a gazelor toxice în condiții de construcție // Buletinul DIIT. - 2009. - Nr. 26 - S. 83-85.

3. Byzova NL Studii experimentale de difuzie atmosferică și calcule ale împrăștierii impurității / NL Byzova, EK Garger, VN Ivanov. - L.: Gidrometeoizdat, 1985 .-- 351 p.

4. Datsyuk TA Modelarea dispersiei emisiilor de ventilație. - SPb: SPBGASU, 2000 .-- 210 p.

5. Sauts AV Aplicarea algoritmilor de grafică cognitivă și a metodelor de analiză matematică pentru a studia proprietățile termodinamice ale izobutanului R660A pe linia de saturație: Grant nr. 2C / 10: raport de cercetare (final) / GOUVPO SPBGASU; mâini. Gorokhov V.L., isp.: Sauts A.V.- SPb, 2011.- 30 p.: Ill .- Bibliografie: p. 30.- Nr. GR 01201067977.-Inv. Nr. 02201158567.

Introducere

La proiectarea complexelor industriale și a instalațiilor unice, aspectele legate de asigurarea calității mediului aerian și a parametrilor standardizați ai microclimatului ar trebui să fie fundamentate în mod cuprinzător. Având în vedere costul ridicat de fabricație, instalare și funcționare a sistemelor de ventilație și aer condiționat, sunt impuse cerințe sporite privind calitatea calculelor tehnice. A alege rațional soluții de proiectareîn domeniul ventilației, este necesar să se poată analiza situația în ansamblu, adică pentru a dezvălui relația spațială a proceselor dinamice care au loc în incinta și în atmosferă. Evaluați eficiența ventilației, care depinde nu numai de cantitatea de aer furnizată camerei, ci și de schema de distribuție a aerului adoptată și de concentrație Substanțe dăunătoareîn aerul exterior la locațiile prizelor de aer.

Scopul articolului- utilizarea dependențelor analitice, cu ajutorul cărora se efectuează calcule ale cantității de emisii nocive, pentru a determina dimensiunile canalelor, conductelor de aer, minelor și alegerea unei metode de tratare a aerului etc. În acest caz, este recomandabil să utilizați produsul software Potok cu modulul VSV. Pentru a pregăti datele inițiale, este necesar să aveți diagrame ale sistemelor de ventilație proiectate care să indice lungimile secțiunilor și debitele de aer la secțiunile finale. Datele de intrare pentru calcul sunt descrierea sistemelor de ventilație și cerințele pentru aceasta. Folosind modelarea matematică, sunt rezolvate următoarele probleme:

  • selectarea celor mai bune opțiuni pentru furnizarea și evacuarea aerului;
  • distribuirea parametrilor microclimatului după volumul spațiilor;
  • evaluarea regimului aerodinamic al clădirii;
  • selecția locurilor pentru admisia și evacuarea aerului.

Câmpurile de viteză, presiune, temperatură, concentrații într-o cameră și atmosferă se formează sub influența multor factori, a căror combinație este dificil de luat în considerare în metodele de calcul inginerie fără utilizarea unui computer.

Utilizarea modelării matematice în problemele de ventilație și aerodinamică se bazează pe soluția ecuațiilor Navier - Stokes.

Pentru a simula fluxurile turbulente, este necesar să se rezolve sistemul de ecuații de conservare a masei și Reynolds (conservarea impulsului):

(2)

Unde t- timpul, X= X i , j , k- coordonate spațiale, tu=tu i , j , k - componentele vectorului viteză; R- presiunea piezometrică, ρ - densitatea, τ ij- componentele tensorului de tensiune, s m- o sursă de masă, s i- componentele sursei de impuls.

Tensorul de solicitare este exprimat ca:

(3)

Unde s ij- tensorul vitezei de deformare; δ ij- tensorul tensiunilor suplimentare care apar datorită prezenței turbulențelor.

Pentru informații despre câmpurile de temperatură Tși concentrare cu substanțe nocive, sistemul este completat de următoarele ecuații:

ecuația de conservare a căldurii

ecuație de conservare a impurității pasive cu

(5)

Unde CR- coeficientul de capacitate termică, λ - coeficientul de conductivitate termică, k= k i , j , k este coeficientul de turbulență.

Coeficientul de turbulență de bază k bazele se determină folosind un sistem de ecuații:

(6)

Unde k f - coeficient de turbulență de fond, k f = 1-15 m 2 / s; ε = 0,1-04;

Coeficienții de turbulență sunt determinați utilizând ecuațiile:

(7)

Într-o zonă deschisă cu disipare redusă, valoarea k z este determinat de ecuația:

k k = k 0 z /z 0 ; (8)

Unde k 0 - valoare k k la inaltime z 0 (k 0 = 0,1 m 2 / s la z 0 = 2 m).

În zona deschisă, profilul vitezei vântului nu este deformat;

Cu o stratificare atmosferică necunoscută într-o zonă deschisă, profilul vitezei vântului poate fi determinat:

; (9)

unde z 0 este o înălțime dată (înălțimea unei palete); tu 0 - viteza vântului la altitudine z 0 ; B = 0,15.

Sub rezerva condiției (10), criteriul local Richardson Ri definit ca:

(11)

Să diferențiem ecuația (9), ecuați ecuațiile (7) și (8), de acolo exprimăm k baze

(12)

Să echivalăm ecuația (12) cu ecuațiile sistemului (6). Înlocuim (11) și (9) în egalitatea obținută, în forma finală obținem sistemul de ecuații:

(13)

Termenul pulsatoriu, urmând ideile lui Boussinesq, este reprezentat ca:

(14)

unde μ t- vâscozitatea turbulentă și termeni suplimentari în ecuațiile de transfer de energie și componentele impurității sunt modelate după cum urmează:

(15)

(16)

Sistemul de ecuații este închis folosind unul dintre modelele de turbulență descrise mai jos.

Pentru fluxurile turbulente studiate în practica ventilației, este recomandabil să se utilizeze fie ipoteza lui Boussinesq despre micimea modificărilor de densitate, fie așa-numita aproximare „hipersonică”. Se presupune că tensiunile Reynolds sunt proporționale cu ratele de tulpină mediate în timp. Se introduce coeficientul de vâscozitate turbulentă, acest concept este exprimat ca:

. (17)

Coeficientul efectiv de vâscozitate este calculat ca suma coeficienților moleculari și turbulenți:

(18)

Aproximarea „hipersonică” presupune soluția, împreună cu ecuațiile de mai sus, a ecuației de poziție a unui gaz ideal:

ρ = p/(RT) (19)

Unde p - presiune în mediu inconjurator; R- constantă de gaz.

Pentru calcule mai precise, densitatea impurității poate fi determinată folosind ecuația van der Waals modificată pentru gaze și vapori reali

(20)

unde constante Nși M- ia în considerare asocierea / disocierea moleculelor de gaz sau vapori; dar- ia în considerare alte interacțiuni; b" - luând în considerare dimensiunea moleculelor de gaz; υ = 1 / ρ.

Separând de ecuația (12) presiunea Rși diferențându-l după volum (ținând cont de stabilitatea termodinamică), se va obține următoarea relație:

. (21)

Această abordare face posibilă reducerea semnificativă a timpului de calcul în comparație cu cazul utilizării ecuațiilor complete pentru un gaz compresibil fără a reduce precizia rezultatelor obținute. Nu există nicio soluție analitică la ecuațiile de mai sus. În acest sens, se utilizează metode numerice.

Pentru rezolvarea problemelor de ventilație asociate cu transferul substanțelor scalare de către un flux turbulent, la rezolvarea ecuațiilor diferențiale, se utilizează o schemă de divizare pentru procesele fizice. Conform principiilor divizării, integrarea diferenței finite a ecuațiilor hidrodinamicii și transferului convectiv-difuz al unei substanțe scalare la fiecare pas de timp Δ t se desfășoară în două etape. În prima etapă se calculează parametrii hidrodinamici. În a doua etapă, ecuațiile de difuzie sunt rezolvate pe baza câmpurilor hidrodinamice calculate.

Influența transferului de căldură asupra formării câmpului de viteză a aerului este luată în considerare folosind aproximarea Boussinesq: un termen suplimentar este introdus în ecuația de mișcare pentru componenta de viteză verticală, care ia în considerare forțele de flotabilitate.

Există patru abordări pentru rezolvarea problemelor de mișcare fluidă turbulentă:

  • modelare directă "DNS" (soluție de ecuații non-staționare Navier-Stokes);
  • soluția ecuațiilor Reynolds medii „RANS”, al căror sistem, totuși, nu este închis și are nevoie de relații de închidere suplimentare;
  • metoda turbionara mare «LES » , care se bazează pe soluția ecuațiilor non-staționare Navier - Stokes cu parametrizarea vârtejurilor scării subgrilei;
  • metoda "DES" , care este o combinație de două metode: în zona fluxurilor separate - „LES”, și în zona fluxului „lin” - „RANS”.

Cea mai atractivă din punct de vedere al acurateței rezultatelor obținute este, fără îndoială, metoda simulării numerice directe. Cu toate acestea, în prezent, capacitățile tehnologiei computerului nu permit încă rezolvarea problemelor cu geometrie și numere reale. Re, și cu rezoluția vortexurilor de toate dimensiunile. Prin urmare, atunci când rezolvați o gamă largă de probleme de inginerie, sunt utilizate soluții numerice ale ecuațiilor Reynolds.

În prezent, pachetele certificate precum „STAR-CD”, „FLUENT” sau „ANSYS / FLOTRAN” sunt utilizate cu succes pentru a simula sarcinile de ventilație. Cu o problemă formulată corect și un algoritm de soluție rațională, cantitatea de informații obținută permite alegerea în etapa de proiectare cea mai bună opțiune, dar efectuarea calculelor folosind aceste programe necesită o pregătire adecvată, iar utilizarea incorectă a acestora poate duce la rezultate eronate.

Ca „caz de bază”, se pot lua în considerare rezultatele metodelor de calcul a soldului general acceptate, care fac posibilă compararea valorilor integrale caracteristice problemei luate în considerare.

Una dintre Puncte importante atunci când se utilizează sisteme software universale pentru rezolvarea problemelor de ventilație, este alegerea unui model de turbulență. Până acum se știe un numar mare de diferite modele de turbulență care sunt folosite pentru a închide ecuațiile Reynolds. Modelele de turbulență sunt clasificate în funcție de numărul de parametri pentru caracteristicile turbulenței, respectiv, un parametru, doi și trei parametri.

Majoritatea modelelor de turbulență semi-empirice, într-un fel sau altul, utilizează „ipoteza localității mecanismului de transfer turbulent”, conform căruia mecanismul transferului de impuls turbulent este complet determinat prin specificarea derivatelor locale ale vitezei medii și proprietăți fizice lichide. Această ipoteză nu ia în considerare influența proceselor care au loc departe de punctul luat în considerare.

Cele mai simple sunt modelele cu un singur parametru care utilizează conceptul de vâscozitate turbulentă «n t», Și turbulența se presupune că este izotropă. Versiune modificată a modelului „n t-92 "este recomandat pentru modelarea jetului și a debitelor separate. Modelul cu un singur parametru "S-A" (Spalart - Almaras), care conține ecuația de transfer pentru cantitate, oferă, de asemenea, un acord bun cu rezultatele experimentale.

Lipsa modelelor cu o singură ecuație de transport este asociată cu faptul că le lipsește informații despre distribuția scalei de turbulență L... După sumă L procesele de transfer, metodele de formare a turbulenței, disiparea energiei turbulente sunt influențate. Dependență universală de determinat L nu exista. Ecuația pentru scara turbulenței L adesea se dovedește a fi exact ecuația care determină acuratețea modelului și, în consecință, zona de aplicabilitate a acestuia. Practic, scopul acestor modele este limitat la fluxuri de forfecare relativ simple.

În modelele cu doi parametri, cu excepția scalei de turbulență L, rata de disipare a energiei turbulente este utilizată ca al doilea parametru . Astfel de modele sunt utilizate cel mai adesea în practica de calcul modernă și conțin ecuațiile turbulenței transferului de energie și disipării energiei.

Un model bine-cunoscut include ecuații pentru transferul energiei de turbulență k iar rata de disipare a energiei turbulente ε. Modele precum „ k- e " poate fi utilizat atât pentru curgeri aproape de perete, cât și pentru fluxuri separate mai complexe.

Modelele cu doi parametri sunt utilizate în versiunea Reynolds redusă și înaltă. În primul, mecanismul de interacțiune al transportului molecular și turbulent lângă o suprafață solidă este luat în considerare direct. În versiunea high-Reynolds, mecanismul transferului turbulent în apropierea unei limite solide este descris de funcții speciale de lângă perete care leagă parametrii de curgere de distanța de perete.

În prezent, cele mai promițătoare modele includ modelele SSG și Gibson-Launder, care utilizează relația neliniară între tensorul turbulent de tensiune Reynolds și tensorul ratei de deformare medii. Acestea au fost concepute pentru a îmbunătăți prognoza curenților de separare. Deoarece toate componentele tensorului sunt calculate în ele, acestea necesită resurse computerizate mari în comparație cu modelele cu doi parametri.

Pentru fluxurile separate complexe, unele avantaje au fost dezvăluite prin utilizarea modelelor cu un singur parametru „n t-92 "," S-A "în acuratețea prezicerii parametrilor de debit și în rata de numărare în comparație cu modelele cu doi parametri.

De exemplu, programul „STAR-CD” prevede utilizarea unor modele precum „ k- e ”, Spalart - Almaras,„ SSG ”,„ Gibson-Launder ”, precum și metoda cu vortex mare„ LES ”și metoda„ DES ”. Ultimele două metode sunt mai potrivite pentru calcularea mișcării aerului în geometrii complexe, unde vor apărea numeroase regiuni de vortex separate, dar necesită resurse de calcul mari.

Rezultatele calculului depind în mod semnificativ de alegerea grilei de calcul. În prezent, se utilizează programe speciale de rețea. Celulele mesh pot fi de diferite forme și dimensiuni pentru a se potrivi cel mai bine aplicației dvs. specifice. Cel mai simplu tip de grilă este atunci când celulele sunt aceleași și au o formă cubică sau dreptunghiulară. Programele universale de calcul utilizate în prezent în practica inginerească permit lucrul la rețele arbitrare nestructurate.

Pentru a efectua calcule pentru simularea numerică a problemelor de ventilație, este necesar să se stabilească limitele și condițiile inițiale, adică valorile variabilelor dependente sau gradienții lor normali la limitele domeniului de calcul.

Specificații cu un grad suficient de acuratețe a trăsăturilor geometrice ale obiectului în studiu. În aceste scopuri, este posibil să se recomande pentru construirea de modele tridimensionale, precum pachete precum "SolidWorks", "Pro / Engeneer", "NX Nastran". La construirea unei rețele de calcul, numărul de celule este selectat astfel încât să se obțină o soluție fiabilă cu un timp minim de calcul. Ar trebui ales unul dintre modelele de turbulență semi-empirice care este cel mai eficient pentru fluxul în cauză.

ÎN concluzie adăugăm că este necesară o bună înțelegere a aspectului calitativ al proceselor aflate în desfășurare pentru a formula corect condițiile limită ale problemei și a evalua fiabilitatea rezultatelor. Modelarea emisiilor de ventilație în etapa de proiectare a instalațiilor poate fi considerată drept unul dintre aspectele modelării informațiilor care vizează asigurarea siguranței de mediu a instalației.

Recenzori:

  • Volikov Anatoly Nikolaevich, doctor în științe tehnice, profesor la Departamentul de aprovizionare cu căldură și gaze și protecția bazinului aerian, FGBOU VPOI "SPBGASU", Sankt Petersburg.
  • Polushkin Vitaly Ivanovich, doctor în științe tehnice, profesor, profesor la Departamentul de încălzire, ventilație și aer condiționat, FGBOU VPO „SPbGASU”, Sankt Petersburg.

Referință bibliografică

Datsyuk T.A., Sauts A.V., Yurmanov B.N., Taurit V.R. MODELAREA PROCESELOR DE VENTILARE // Probleme moderne de știință și educație. - 2012. - Nr. 5;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=6744 (data accesării: 17/10/2019). Vă aducem în atenție revistele publicate de „Academia de Științe ale Naturii” Daria Denisikhina, Maria Lukanina, Mihail Samoletov

ÎN lumea modernă nu se mai poate face fără modelarea matematică a fluxului de aer în proiectarea sistemelor de ventilație.

În lumea modernă, este deja imposibil să se facă fără modelarea matematică a fluxului de aer la proiectarea sistemelor de ventilație. Tehnicile de inginerie convenționale sunt potrivite pentru camere tipice și soluții standard de distribuție a aerului. Atunci când un designer se confruntă cu obiecte non-standard, metodele de modelare matematică ar trebui să-i vină în ajutor. Articolul este dedicat studiului distribuției aerului în sezonul rece în magazinul de producție de țevi. Acest atelier face parte dintr-un complex de fabrici situat într-un climat puternic continental.

În secolul al XIX-lea, s-au obținut ecuații diferențiale pentru a descrie fluxul de lichide și gaze. Au fost formulate de fizicianul francez Louis Navier și de matematicianul britanic George Stokes. Ecuațiile Navier-Stokes sunt printre cele mai importante în hidrodinamică și sunt utilizate în modelarea matematică a multor fenomene naturale și probleme tehnice.

Pe anul trecut a acumulat o mare varietate de obiecte complexe din punct de vedere geometric și termodinamic în construcție. Utilizarea metodelor de calcul al dinamicii fluidelor mărește semnificativ posibilitățile de proiectare a sistemelor de ventilație, făcând posibilă prezicerea cu un grad ridicat de precizie a distribuțiilor vitezei, presiunii, temperaturii, concentrației componentelor în orice punct al unei clădiri sau în oricare dintre incintele sale .

Utilizarea intensivă a metodelor de dinamică a fluidelor de calcul a început în 2000, când au apărut software-uri universale (pachete CFD), ceea ce a făcut posibilă găsirea de soluții numerice la sistemul de ecuații Navier - Stokes în raport cu un obiect de interes. De atunci, „BURO TEKHNIKI” s-a angajat în modelarea matematică în legătură cu problemele de ventilație și aer condiționat.

Descrierea sarcinii

În acest studiu, simulările numerice au fost efectuate folosind STAR-CCM +, un pachet CFD dezvoltat de CD-Adapco. Operabilitate acest pachet atunci când rezolvarea problemelor de ventilație a fost
A fost testat în mod repetat pe obiecte de complexitate variabilă, de la sediul birourilor la sălile de teatru și stadioane.

Problema este de mare interes atât din punct de vedere al proiectării cât și al modelării matematice.

Temperatura aerului exterior -31 ° C. Există obiecte cu un aport semnificativ de căldură în cameră: cuptorul de stingere, cuptorul de călire etc. Astfel, există diferențe mari de temperatură între structurile exterioare de închidere și obiectele interne generatoare de căldură. În consecință, contribuția transferului de căldură radiativă nu poate fi neglijată în simulare. O dificultate suplimentară în formularea matematică a problemei constă în faptul că un tren greu cu o temperatură de -31 ° C este adus în clădire de mai multe ori pe schimb. Se încălzește treptat, răcind aerul din jur.

Pentru a menține temperatura aerului necesară în volumul atelierului (în sezonul rece cel puțin 15 ° C), proiectul prevede sisteme de ventilație și aer condiționat. În etapa de proiectare, au fost calculate debitul și temperatura aerului furnizat necesare pentru menținerea parametrilor solicitați. Întrebarea a rămas - cum să furnizați aer la volumul atelierului pentru a asigura cea mai uniformă distribuție a temperaturii pe tot volumul. Modelarea a făcut posibilă pentru o perioadă relativ scurtă de timp (două până la trei săptămâni) să se vadă modelul fluxului de aer pentru mai multe opțiuni de alimentare cu aer și apoi să le compare.

ETAPE DE MODELARE MATEMATICĂ

  • Construirea unei geometrii solide.
  • Împărțirea spațiului de lucru în celule ale grilei de calcul. Ar trebui să se prevadă în avans pentru zonele în care este necesară o rafinare suplimentară a celulei. Când construiți o rețea, este foarte important să găsiți un punct de mijloc în care dimensiunea celulei este suficient de mică pentru a obține rezultate corecte, în timp ce numărul total de celule nu va fi atât de mare încât să trageți timpul de calcul într-un interval de timp inacceptabil. Prin urmare, construirea rețelelor este o artă întreagă care vine odată cu experiența.
  • Stabilirea limitei și a condițiilor inițiale în conformitate cu declarația de problemă. Este necesară înțelegerea specificului sarcinilor de ventilație. Un rol important în pregătirea calculului îl joacă alegerea potrivita modele de turbulență.
  • Selectarea unui model fizic adecvat și a unui model de turbulență.

Rezultatele simularii

Pentru a rezolva problema luată în considerare în acest articol, au fost parcurse toate etapele modelării matematice.

Pentru a compara eficiența ventilației, au fost selectate trei opțiuni de alimentare cu aer: la unghiuri față de verticalele 45 °, 60 ° și 90 °. Aerul a fost furnizat de la grilele standard de distribuție a aerului.

Câmpuri de temperatură și viteză calculate la diferite unghiuri de alimentare alimentare cu aer sunt prezentate în Fig. unu.

După analiza rezultatelor, unghiul de alimentare cu aer de alimentare egal cu 90 ° a fost ales ca cea mai reușită dintre opțiunile luate în considerare pentru ventilația atelierului. Cu această metodă de alimentare, nu se creează viteze crescute în zona de lucru și este posibil să se obțină o imagine destul de uniformă a temperaturii și a vitezei pe întregul volum al atelierului.

Decizia finala

Câmpurile de temperatură și viteză în trei secțiuni transversale care trec prin grilele de alimentare sunt prezentate în Fig. 2 și 3. Distribuția temperaturii în cameră este uniformă. Numai în zona în care sunt concentrate cuptoarele sunt mai multe valori ridicate temperatura sub tavan. Există o zonă mai rece în colțul din dreapta al camerei cel mai îndepărtat de cuptoare. Aici intră vagoane reci de pe stradă.

Smochin. 3 se vede clar cum se propagă jeturile orizontale ale aerului furnizat. Cu această metodă de alimentare, jetul de alimentare are un interval suficient de lung. Deci, la o distanță de 30 m de rețea, viteza curentă este de 0,5 m / s (la ieșirea din rețea, viteza este de 5,5 m / s). În restul camerei, mobilitatea aerului este redusă, la nivelul de 0,3 m / s.

Aerul încălzit din cuptorul de întărire deviază fluxul de aer de alimentare în sus (Fig. 4 și 5). Soba încălzește foarte mult aerul din jur. Temperatura la etaj este mai mare aici decât în ​​mijlocul camerei.

Câmpul de temperatură și raționalizarea în două secțiuni ale magazinului fierbinte sunt prezentate în Fig. 6.

concluzii

Calculele au făcut posibilă analiza eficacității căi diferite alimentarea cu aer a atelierului de conducte. S-a constatat că, atunci când este alimentat cu un flux orizontal, aerul furnizat se răspândește mai departe în cameră, contribuind la încălzirea mai uniformă a acestuia. În același timp, zonele cu prea multă mobilitate a aerului în zona de lucru nu apar, așa cum se întâmplă atunci când aerul de alimentare este furnizat într-un unghi în jos.

Utilizarea metodelor de modelare matematică în problemele de ventilație și aer condiționat este o direcție foarte promițătoare, permițând în etapa de proiectare să corecteze soluția, pentru a preveni necesitatea corectării soluțiilor de proiectare nereușite după punerea în funcțiune a obiectelor. ●

Daria Denisikhina - Sef sectie " Modelarea matematică»;
Maria Lukanina - Inginer șef al Departamentului „Modelare matematică”;
Mihail Samoletov - Director executiv al LLC „MM-Technologies”




Glebov R.S., student postuniversitar Tumanov M.P., candidat la științe tehnice, conferențiar universitar

Antyushin S.S., student postuniversitar (Moscova institut de stat Electronică și matematică (Universitatea Tehnică)

ASPECTE PRACTICE DE IDENTIFICARE A MODELULUI MATEMATIC

UNITATE DE VENTILARE

În legătură cu apariția de noi cerințe pentru sistemele de ventilație, metodele experimentale de reglare a buclelor de control închise nu pot rezolva pe deplin problemele de automatizare a procesului tehnologic. Metodele experimentale de reglare au criterii de optimizare inerente (criterii de control al calității), ceea ce limitează domeniul de aplicare al acestora. Sinteza parametrică a unui sistem de control care ia în considerare toate cerințele termeni de referinta, necesită model matematic obiect. Articolul oferă o analiză a structurilor modelelor matematice unitate de ventilație, se ia în considerare metoda de identificare a unității de ventilație, se evaluează posibilitatea utilizării modelelor obținute pentru aplicare practică.

Cuvinte cheie: identificare, model matematic, unitate de ventilație, studiu experimental model matematic, criterii pentru calitatea modelului matematic.

ASPECTE PRACTICE DE IDENTIFICARE A MODELULUI MATEMATIC

DE INSTALARE VENTILATORĂ

În legătură cu apariția unor noi cerințe de ventilație a sistemelor, metodele experimentale de reglare a contururilor închise de management nu pot rezolva la maximum o problemă de automatizare a procesului tehnologic. Metodele experimentale de ajustare au criteriile de optimizare (criteriul de calitate) de management) care limitează aria aplicației lor. Sinteza parametrică a sistemului de control, proiectul tehnic luând în considerare toate cerințele, solicită modelul matematic al obiectului. În articolul care urmează să fie rezultat analiza structurilor modelelor matematice ale instalației de ventilare, metoda de identificare a instalației de ventilare este luată în considerare, se estimează posibilitatea aplicării modelelor primite pentru aplicare în practică.

Cuvinte cheie: identificare, model matematic, instalație de ventilare, cercetare experimentală a modelului matematic, criterii de calitate a modelului matematic.

Introducere

Controlul sistemelor de ventilație este una dintre sarcinile principale ale automatizării sistemelor de inginerie a clădirilor. Cerințele pentru sistemele de control ale unităților de ventilație sunt formulate sub forma unor criterii de calitate în domeniul timpului.

Principalele criterii de calitate:

1. Timp tranzitoriu (tnn) - timpul pentru ca unitatea de tratare a aerului să ajungă la modul de funcționare.

2. Eroare de echilibru (eust) - abaterea maximă admisibilă a temperaturii aerului de alimentare de la cea setată.

Criterii indirecte de calitate:

3. Depășire (Ah) - depășirea puterii la controlul unității de tratare a aerului.

4. Gradul de oscilație (y) - uzura excesivă a echipamentelor de ventilație.

5. Gradul de atenuare (y) - caracterizează calitatea și viteza stabilirii regimului de temperatură necesar.

Sarcina principală a automatizării sistemului de ventilație este sinteza parametrică a controlerului. Sinteza parametrică constă în determinarea coeficienților regulatorului pentru a asigura criteriile de calitate pentru sistemul de ventilație.

Pentru sinteza regulatorului unității de ventilație, se aleg metode de inginerie convenabile pentru aplicare în practică, care nu necesită studiul modelului matematic al obiectului: metoda lui Ncho18-21gier (W), metoda Chien -Hrope8-Re8, wsk (SNK). LA sisteme moderne automatizarea ventilației, cerințele ridicate sunt impuse indicatorilor de calitate, condițiile limită admisibile ale indicatorilor sunt restrânse, apar probleme de control cu ​​mai multe criterii. Metodele tehnice de reglare a regulatorului nu permit modificarea criteriilor de calitate ale controlului stabilite în acestea. De exemplu, atunci când se utilizează metoda N2 pentru a regla regulatorul, criteriul de calitate este o scădere de amortizare egală cu patru, iar atunci când se utilizează metoda SAE, criteriul de calitate este rata maximă de rotire în absența depășirii. Utilizarea acestor metode în rezolvarea problemelor de control multicriterial necesită ajustarea manuală suplimentară a coeficienților. Timpul și calitatea reglării buclelor de control, în acest caz, depind de experiența inginerului de service.

Cerere mijloace moderne modelarea matematică pentru sinteza sistemului de control al unității de ventilație îmbunătățește semnificativ calitatea proceselor de control, reduce timpul pentru configurarea sistemului și permite, de asemenea, sintetizarea mijloacelor algoritmice pentru detectarea și prevenirea accidentelor. Pentru a simula sistemul de control, este necesar să se creeze un model matematic adecvat al unității de ventilație (obiect de control).

Utilizarea practică a modelelor matematice fără evaluarea adecvării ridică o serie de probleme:

1. Setările regulatorului obținute în cursul modelării matematice nu garantează conformitatea indicatorilor de calitate în practică.

2. Aplicarea în practică a regulatoarelor cu un model matematic încorporat (control forțat, extrapolator Smith etc.) poate provoca deteriorarea indicatorilor de calitate. Dacă constanta de timp nu se potrivește sau câștigul este prea mic, timpul pentru ca unitatea de tratare a aerului să ajungă la modul de funcționare crește, atunci când câștigul este supraestimat, apare uzura excesivă a echipamentelor de ventilație etc.

3. Aplicarea practică a controlerelor adaptive cu o estimare conform modelului de referință va provoca, de asemenea, deteriorarea indicatorilor de calitate, similar cu exemplul de mai sus.

4. Setările regulatorului obținute prin metodele de control optim nu garantează conformitatea indicatorilor de calitate în practică.

Scopul acestui studiu este de a determina structura modelului matematic al unității de ventilație (de-a lungul buclei de control regim de temperatură) și evaluarea adecvării sale la procesele fizice reale de încălzire a aerului în sistemele de ventilație.

Experiența proiectării sistemelor de control arată că este imposibil să se obțină un model matematic adecvat unui sistem real numai pe baza studiilor teoretice ale proceselor fizice ale sistemului. Prin urmare, în procesul de sintetizare a modelului unității de ventilație, simultan cu studiile teoretice, s-au efectuat experimente pentru a determina și rafina modelul matematic al sistemului - identificarea acestuia.

Procesul tehnologic al sistemului de ventilație, organizarea experimentului

și identificarea structurală

Obiectul de control al sistemului de ventilație este aparatul de aer condiționat central, în care fluxul de aer este procesat și alimentat în incintele ventilate. Sarcina sistemului local de control al ventilației este menținerea automată a temperaturii aerului de alimentare din conductă. Valoarea curentă a temperaturii aerului este evaluată de un senzor instalat în conducta de alimentare sau în camera echipată. Temperatura aerului de alimentare este controlată de un încălzitor electric sau de apă. Atunci când utilizați un încălzitor de apă, actuatorul este o supapă cu trei căi, când utilizați un încălzitor electric - un lățime a impulsului sau un regulator de putere al tiristorului.

Algoritmul standard de control pentru temperatura aerului de alimentare este un sistem de control automat cu buclă închisă (ACS), cu un controler PID ca dispozitiv de control. Structura sistemului automat de control al temperaturii aerului de alimentare prin ventilație este prezentată (Fig. 1).

Orez. 1. Schema bloc a sistemului automat de control al unității de ventilație (canalul de control al temperaturii aerului de alimentare). Wreg - PF al regulatorului, Zhio - PF al organului executiv, Wcal - PF al încălzitorului, Wvv - funcția de transfer a conductei de aer. u1 - valoarea de referință a temperaturii, XI - temperatura în conductă, XI - citirea senzorilor, E1 - eroarea de control, U1 - acțiunea de control a regulatorului, U2 - procesarea semnalului regulatorului de către servomotor, U3 - căldura transferată de încălzitor la conductă.

Sinteza unui model matematic al sistemului de ventilație presupune că structura fiecărei funcții de transfer incluse în compoziția sa este cunoscută. Utilizarea unui model matematic care conține funcțiile de transfer ale elementelor individuale ale sistemului este o sarcină dificilă și nu garantează în practică suprapunerea elementelor individuale cu sistemul original. Pentru a identifica modelul matematic, este convenabil să împărțiți structura sistemului de control al ventilației în două părți: a priori cunoscut (controler) și necunoscut (obiect). Funcția de transfer a obiectului ^ despre) include: funcția de transfer a corpului executiv ^ uo), funcția de transfer a încălzitorului ^ cal), funcția de transfer a conductei de aer ^ vv), funcția de transfer a senzorului ^ datele). Sarcina de identificare a unității de ventilație la controlul temperaturii debitului de aer este redusă la determinarea relației funcționale dintre semnalul de comandă la actuatorul încălzitorului U1 și temperatura debitului de aer XI.

Pentru a determina structura modelului matematic al unității de ventilație, este necesar să se efectueze un experiment de identificare. Obținerea caracteristicilor dorite este posibilă printr-un experiment pasiv și activ. Metoda experimentului pasiv se bazează pe înregistrarea parametrilor controlați ai procesului în funcționarea normală a obiectului fără a introduce perturbări deliberate în acesta. În timpul fazei de instalare, sistemul de ventilație nu funcționează normal, deci metoda experimentului pasiv nu este adecvată scopurilor noastre. Metoda experimentului activ se bazează pe utilizarea anumitor tulburări artificiale introduse în obiect conform unui program pre-planificat.

Există trei metode fundamentale de identificare activă a obiectului: metoda caracteristicilor tranzitorii (reacția obiectului la „pas”), metoda de a deranja obiectul cu semnale de formă periodică (reacția obiectului la perturbări armonice cu frecvențe diferite) și metoda reacției obiectului la pulsul delta. Datorită inerției ridicate a sistemelor de ventilație (TOB variază de la zeci de secunde la câteva minute), identificarea prin semnale de peri

Pentru o lectură suplimentară a articolului, trebuie să achiziționați textul integral. Articolele sunt trimise în format PDF la e-mailul indicat la plata. Termenul de livrare este mai puțin de 10 minute... Costul unui articol - 150 de ruble.

Lucrări științifice similare pe tema „Probleme generale și complexe ale științelor naturale și exacte”

  • COMANDA ADAPTIVĂ A UNITĂȚII DE AER CU FLUXUL DE AER DE ALIMENTARE DINAMIC

    R.S. GLEBOVM. P. TUMANOV - 2012

  • Problema gestionării și modelării situațiilor de urgență în minele de petrol

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

  • PRIVIND APLICAREA TEORIEI CONTROLULUI PARAMETRIC PENTRU MODELE DE ECHILIBRI GENERAL COMPUTABIL

    ADILOV ZHEKSENBEK MAKEEVICH, ASHIMOV ABDYKAPPAR ASHIMOVICH, ASHIMOV ASKAR ABDYKAPPAROVICH, BOROVSKY NIKOLAY YURIEVICH, BOROVSKY YURI VYACHESLAVOVICH, SULTANOV BAKHY

  • MODELAREA UNUI ACOPERITOR BIOCLIMATIC FOLOSIND VENTILAȚIA NATURALĂ

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

mob_info