Matematický model prívodného a odsávacieho vetrania. Matematický model tepelného režimu priestorov so sálavým vykurovaním. Prívodné a výfukové radiálne ventilátory

Daria Denisikhina, Maria Lukanina, Michail Samoletov

V modernom svete bez matematického modelovania prúdenia vzduchu sa pri návrhu ventilačných systémov už nezaobíde.

V modernom svete sa už pri navrhovaní ventilačných systémov nezaobídeme bez matematického modelovania prúdenia vzduchu. Konvenčné inžinierske techniky sú vhodné pre typické priestory a štandardné riešenia rozvodom vzduchu. Keď dizajnér čelí neštandardným objektom, mali by mu pomôcť metódy matematického modelovania. Článok je venovaný štúdiu distribúcie vzduchu v chladnom období vo výrobni rúr. Táto dielňa je súčasťou továrenského komplexu, ktorý sa nachádza v výrazne kontinentálnom podnebí.

Ešte v 19. storočí, diferenciálne rovnice opísať prúdenie kvapalín a plynov. Sformulovali ich francúzsky fyzik Louis Navier a britský matematik George Stokes. Navierove - Stokesove rovnice patria medzi najdôležitejšie v hydrodynamike a používajú sa v matematického modelovania mnohé prírodné javy a technické problémy.

Za posledné roky zhromaždil širokú škálu geometricky a termodynamicky zložitých objektov v stavebníctve. Použitie výpočtových metód dynamiky tekutín výrazne zvyšuje možnosti navrhovania ventilačných systémov, čo umožňuje s vysokou mierou presnosti predpovedať rozloženie rýchlosti, tlaku, teploty, koncentrácie komponentov v ktoromkoľvek bode v budove alebo v ktorejkoľvek z jej priestorov. .

Intenzívne používanie metód výpočtovej dynamiky tekutín sa začalo v roku 2000, keď sa objavili univerzálne softvérové ​​​​balíky (CFD balíky), ktoré umožnili nájsť numerické riešenia systému rovníc Navier - Stokes vzhľadom na objekt záujmu. Od tej doby sa "BURO TEKHNIKI" zaoberá matematickým modelovaním vo vzťahu k problémom vetrania a klimatizácie.

Popis úlohy

V tejto štúdii sa uskutočnili numerické simulácie pomocou STAR-CCM +, balíka CFD vyvinutého spoločnosťou CD-Adapco. Prevádzkyschopnosť tento balík pri riešení problémov s ventiláciou bol
Bol opakovane testovaný na objektoch rôznej zložitosti, od kancelárskych priestorov až po divadelné sály a štadióny.

Problém je veľmi zaujímavý z hľadiska dizajnu aj matematického modelovania.

Vonkajšia teplota vzduchu -31°C. V miestnosti sa nachádzajú predmety so značným tepelným príkonom: ochladzovacia pec, temperovacia pec atď. Medzi vonkajšími obvodovými konštrukciami a vnútornými objektmi generujúcimi teplo sú teda veľké teplotné rozdiely. V dôsledku toho nemožno v simulácii zanedbať príspevok prenosu tepla sálaním. Ďalší problém pri matematickej formulácii problému spočíva v tom, že ťažký vlak s teplotou -31 °C sa do budovy privezie niekoľkokrát za zmenu. Postupne sa zahrieva a ochladzuje vzduch okolo seba.

Na udržanie požadovanej teploty vzduchu v objeme dielne (v chladnom období najmenej 15 ° C) projekt zabezpečuje vetracie a klimatizačné systémy. V štádiu návrhu sa vypočítal prietok a teplota privádzaného vzduchu potrebná na dodržanie požadovaných parametrov. Otázkou zostávalo - ako dodať vzduch do objemu dielne, aby sa zabezpečilo čo najrovnomernejšie rozloženie teploty v celom objeme. Modelovanie umožnilo na relatívne krátky čas (dva až tri týždne) vidieť priebeh prúdenia vzduchu pre niekoľko možností prívodu vzduchu a potom ich porovnať.

ETAPA MATEMATICKÉHO MODELOVANIA

  • Budovanie pevnej geometrie.
  • Rozdelenie pracovného priestoru na bunky výpočtovej siete. Vopred by sa mali prijať opatrenia pre oblasti, v ktorých sa bude vyžadovať dodatočné zušľachťovanie buniek. Pri budovaní mriežky je veľmi dôležité nájsť stred, kde je veľkosť bunky dostatočne malá na získanie správnych výsledkov, zatiaľ čo celkový počet buniek nebude taký veľký, aby sa predĺžil čas výpočtu na neprijateľný časový rámec. Preto je budovanie mriežky celé umenie, ktoré prichádza so skúsenosťami.
  • Nastavenie okrajových a počiatočných podmienok v súlade s problémom. Vyžaduje sa pochopenie špecifík ventilačných úloh. Dôležitú úlohu pri príprave výpočtu zohráva správna voľba modely turbulencie.
  • Výber vhodného fyzikálneho modelu a modelu turbulencie.

Výsledky simulácie

Na vyriešenie problému, o ktorom sa uvažuje v tomto článku, prešli všetky fázy matematického modelovania.

Na porovnanie účinnosti vetrania boli zvolené tri možnosti prívodu vzduchu: pod uhlom k vertikále 45°, 60° a 90°. Vzduch bol privádzaný zo štandardných rozvodných mriežok vzduchu.

Teplotné a rýchlostné polia vypočítané pri rôznych uhloch podávania privádzaný vzduch sú znázornené na obr. jeden.

Po analýze výsledkov bol uhol prívodu privádzaného vzduchu rovný 90 ° zvolený ako najúspešnejšia z uvažovaných možností vetrania dielne. Pri tomto spôsobe podávania nevznikajú zvýšené otáčky v pracovisko a je možné dosiahnuť pomerne jednotný obraz teploty a rýchlosti v celom objeme dielne.

Konečné rozhodnutie

Teplotné a rýchlostné polia v troch prierezy prechádzajúce cez prívodné mriežky sú znázornené na obr. 2 a 3. Rozloženie teploty v miestnosti je rovnomerné. Len v oblasti, kde sú sústredené pece, je viac vysoké hodnoty teplota pod stropom. V pravom rohu miestnosti najďalej od pecí je chladnejšia oblasť. Tu vchádzajú studené koče z ulice.

Z obr. 3 je jasne vidieť, ako sa šíria horizontálne prúdy privádzaného vzduchu. Pri tomto spôsobe zásobovania má prívodný prúd dostatočne dlhý dosah. Takže vo vzdialenosti 30 m od mriežky je aktuálna rýchlosť 0,5 m / s (pri výstupe z mriežky je rýchlosť 5,5 m / s). Vo zvyšku miestnosti je pohyblivosť vzduchu nízka, na úrovni 0,3 m/s.

Ohriaty vzduch z vytvrdzovacej pece vychyľuje prúd privádzaného vzduchu nahor (obr. 4 a 5). Kachle veľmi ohrievajú vzduch okolo seba. Teplota pri podlahe je tu vyššia ako v strede miestnosti.

Teplotné pole a prúdnice v dvoch častiach horúcej dielne sú znázornené na obr. 6.

závery

Výpočty umožnili analyzovať účinnosť rôzne cesty prívod vzduchu do potrubnej dielne. Zistilo sa, že pri napájaní vodorovným prúdom sa privádzaný vzduch šíri ďalej do miestnosti, čo prispieva k jej rovnomernejšiemu ohrevu. V pracovnej oblasti sa tak nevytvárajú oblasti s príliš vysokou pohyblivosťou vzduchu, ako sa to stáva, keď je privádzaný vzduch privádzaný pod uhlom nadol.

Využitie metód matematického modelovania v problémoch vetrania a klimatizácie je veľmi sľubným smerom, ktorý umožňuje v štádiu návrhu korigovať riešenie, predchádzať potrebe korigovať neúspešné konštrukčné riešenia po uvedení objektov do prevádzky. ●

Daria Denisikhina - vedúci katedry "Matematické modelovanie";
Mária Lukanina - Vedúci inžinier katedry "Matematické modelovanie";
Michail Samoletov - Výkonný riaditeľ LLC "MM-Technologies"




Glebov R.S., postgraduálny študent Tumanov M.P., kandidát technických vied, docent

Antyushin S.S., postgraduálny študent (Moskva štátny ústav Elektronika a matematika (Technická univerzita)

PRAKTICKÉ ASPEKTY IDENTIFIKÁCIE MATEMATICKÉHO MODELU

VETRANÁ JEDNOTKA

Vzhľadom na vznik nových požiadaviek na ventilačné systémy nemôžu experimentálne metódy ladenia uzavretých regulačných slučiek plne vyriešiť problémy automatizácie. technologický postup... Experimentálne metódy ladenia majú vlastné optimalizačné kritériá (kritériá kvality riadenia), ktoré obmedzujú rozsah ich aplikácie. Parametrická syntéza riadiaceho systému, ktorý zohľadňuje všetky požiadavky referenčné podmienky, vyžaduje matematický model objektu. Článok poskytuje analýzu štruktúr matematických modelov ventilačná jednotka, uvažuje sa o spôsobe identifikácie vetracej jednotky, posudzuje sa možnosť využitia získaných modelov pre praktickú aplikáciu.

Kľúčové slová: identifikácia, matematický model, ventilačná jednotka, experimentálna štúdia matematického modelu, kritériá kvality pre matematický model.

PRAKTICKÉ ASPEKTY IDENTIFIKÁCIE MATEMATICKÉHO MODELU

INŠTALÁCIE VETRACIE

V súvislosti s výskytom nových požiadaviek na ventilačné systémy experimentálne metódy úpravy uzavretých kontúr riadenia nedokážu problém automatizácie technologického procesu vyriešiť v plnej miere. Experimentálne metódy úpravy majú stanovené kritériá optimalizácie (kritérium kvality riadenia), ktorá obmedzuje oblasť ich použitia.Parametrická syntéza riadiaceho systému, technický projekt zohľadňujúci všetky požiadavky si vyžaduje matematický model objektu.V článku bude výsledkom analýza štruktúr matematických modelov vzduchotechnického zariadenia, metóda Po zvážení identifikácie vetracieho zariadenia sa odhaduje možnosť aplikácie prijatých modelov na aplikáciu v praxi.

Kľúčové slová: identifikácia, matematický model, vetracie zariadenie, experimentálny výskum matematického modelu, kritériá kvality matematického modelu.

Úvod

Riadenie ventilačných systémov je jednou z hlavných úloh automatizácie inžinierske systémy budova. Požiadavky na riadiace systémy vetracích jednotiek sú formulované formou kritérií kvality v časovej oblasti.

Hlavné kritériá kvality:

1. Čas prechodu (tnn) - čas, za ktorý vzduchotechnická jednotka dosiahne prevádzkový režim.

2. Chyba ustáleného stavu (eust) - maximálna dovolená odchýlka teploty privádzaného vzduchu od nastavenej.

Nepriame kritériá kvality:

3. Overshoot (Ah) - prekročenie výkonu pri ovládaní vzduchotechnickej jednotky.

4. Stupeň kmitania (y) - nadmerné opotrebovanie ventilačných zariadení.

5. Stupeň útlmu (y) - charakterizuje kvalitu a rýchlosť nastolenia požadovaného teplotného režimu.

Hlavnou úlohou automatizácie ventilačného systému je parametrická syntéza regulátora. Parametrická syntéza spočíva v určení koeficientov regulátora na zabezpečenie kvalitatívnych kritérií pre ventilačný systém.

Pre syntézu regulátora ventilačnej jednotky sa volia inžinierske metódy vhodné na aplikáciu v praxi, ktoré nevyžadujú štúdium matematického modelu objektu: metóda Ncbo18-21gler (W), metóda Chien- HropeS-Re8, wsk (SNK). TO moderné systémy automatizácia vetrania, na indikátory kvality sú kladené vysoké požiadavky, prípustné okrajové podmienky indikátorov sa zužujú, objavujú sa problémy s viackriteriálnym riadením. Inžinierske metódy ladenia regulátorov neumožňujú meniť v nich začlenené kritériá kvality riadenia. Napríklad pri použití metódy N2 na nastavenie regulátora je kritériom kvality pokles tlmenia rovný štyrom a pri použití metódy SAE je kritériom kvality maximálna rýchlosť otáčania bez prekmitu. Použitie týchto metód pri riešení problémov multikriteriálneho riadenia si vyžaduje dodatočné manuálne nastavenie koeficientov. Čas a kvalita ladenia regulačných slučiek v tomto prípade závisí od skúseností servisného technika.

Aplikácia modernými prostriedkami matematické modelovanie pre syntézu riadiaceho systému vetracej jednotky výrazne zlepšuje kvalitu riadiacich procesov, skracuje čas na nastavenie systému a tiež umožňuje syntetizovať algoritmické prostriedky na detekciu a prevenciu nehôd. Pre simuláciu riadiaceho systému je potrebné vytvoriť adekvátny matematický model vetracej jednotky (riadiaceho objektu).

Praktické využitie matematických modelov bez hodnotenia ich primeranosti vyvoláva množstvo problémov:

1. Nastavenia regulátora získané v priebehu matematického modelovania nezaručujú zhodu ukazovateľov kvality v praxi.

2. Aplikácia regulátorov so zabudovaným matematickým modelom v praxi (nútené riadenie, Smithov extrapolátor a pod.) môže spôsobiť zhoršenie ukazovateľov kvality. Ak sa časová konštanta nezhoduje alebo je zosilnenie príliš nízke, zvyšuje sa čas dosiahnutia prevádzkového režimu ventilačnej jednotky, ak je zisk nadhodnotený, dochádza k nadmernému opotrebovaniu ventilačného zariadenia atď.

3. Praktická aplikácia adaptívnych regulátorov s odhadom podľa referenčného modelu spôsobí aj zhoršenie ukazovateľov kvality, podobne ako v uvedenom príklade.

4. Nastavenia regulátora získané metódami optimálneho riadenia nezaručujú zhodu ukazovateľov kvality v praxi.

Účelom tejto štúdie je určiť štruktúru matematického modelu ventilačnej jednotky (pozdĺž riadiacej slučky teplotný režim) a posúdenie jeho primeranosti k reálnym fyzikálnym procesom ohrevu vzduchu vo vzduchotechnických systémoch.

Skúsenosti s navrhovaním riadiacich systémov ukazujú, že nie je možné získať matematický model adekvátny reálnemu systému len na základe teoretických štúdií fyzikálnych procesov systému. Preto sa v procese syntézy modelu vetracej jednotky súčasne s teoretickými štúdiami uskutočnili experimenty na určenie a spresnenie matematického modelu systému - jeho identifikácie.

Technologický postup ventilačného systému, organizácia experimentu

a štruktúrna identifikácia

Predmetom riadenia ventilačného systému je centrálna klimatizácia, v ktorej sa spracováva prúd vzduchu a privádza sa do vetraných priestorov. Úlohou systému lokálneho riadenia ventilácie je automaticky udržiavať teplotu privádzaného vzduchu v potrubí. Aktuálnu hodnotu teploty vzduchu vyhodnocuje snímač inštalovaný v prívodnom potrubí alebo v obývačke. Teplota privádzaného vzduchu je riadená elektrickým alebo vodným ohrievačom. Pri použití ohrievača vody je pohon trojcestný ventil, pri použití elektrického ohrievača je to pulzný alebo tyristorový regulátor výkonu.

Štandardným riadiacim algoritmom pre teplotu privádzaného vzduchu je uzavretý automatický riadiaci systém (ACS) s PID regulátorom ako riadiacim zariadením. Je znázornená štruktúra automatizovaného systému regulácie teploty privádzaného vzduchu ventiláciou (obr. 1).

Ryža. 1. Bloková schéma automatizovaného riadiaceho systému vetracej jednotky (kanál regulácie teploty privádzaného vzduchu). Wreg - PF regulátora, Zhio - PF výkonného orgánu, Wcal - PF ohrievača, Wvv - prenosová funkcia potrubia. u1 - požadovaná hodnota teploty, XI - teplota v potrubí, XI - hodnoty snímača, E1 - chyba riadenia, U1 - činnosť regulátora, U2 - spracovanie signálu regulátora pohonom, U3 - teplo odovzdané ohrievačom do potrubia.

Syntéza matematického modelu ventilačného systému predpokladá, že štruktúra každej prenosovej funkcie zahrnutej v jeho zložení je známa. Použitie matematického modelu obsahujúceho prenosové funkcie jednotlivých prvkov systému je náročná úloha a v praxi nezaručuje superpozíciu jednotlivých prvkov s pôvodným systémom. Na identifikáciu matematického modelu je možné štruktúru systému riadenia ventilácie vhodne rozdeliť na dve časti: a priori známu (ovládač) a neznámu (objekt). Prenosová funkcia objektu ^ asi) zahŕňa: prenosovú funkciu výkonného orgánu ^ uo), prenosovú funkciu ohrievača ^ cal), prenosovú funkciu vzduchového potrubia ^ vv), prenosovú funkciu snímača ^ termíny). Úloha identifikácie ventilačnej jednotky pri riadení teploty prúdu vzduchu sa redukuje na určenie funkčného vzťahu medzi riadiacim signálom k akčnému členu ohrievača U1 a teplotou prúdu vzduchu XI.

Na určenie štruktúry matematického modelu ventilačnej jednotky je potrebné vykonať identifikačný experiment. Získanie požadovaných charakteristík je možné prostredníctvom pasívneho a aktívneho experimentu. Metóda pasívneho experimentu je založená na registrácii riadených parametrov procesu v normálnej prevádzke objektu bez vnášania akýchkoľvek zámerných porúch do neho. Počas fázy nastavovania nie je ventilačný systém v normálnej prevádzke, takže metóda pasívneho experimentu nie je pre naše účely vhodná. Metóda aktívneho experimentu je založená na použití určitých umelých porúch zavedených do objektu podľa vopred naplánovaného programu.

Existujú tri základné metódy aktívnej identifikácie objektu: metóda prechodových charakteristík (reakcia objektu na „krok“), metóda rušenia objektu signálmi periodickej formy (reakcia objektu na harmonické poruchy s rôzne frekvencie) a spôsob reakcie objektu na delta impulz. Vzhľadom na veľkú zotrvačnosť ventilačných systémov (TOB sa pohybuje od desiatok sekúnd do niekoľkých minút), identifikácia pomocou signálov peri

Pre ďalšie čítanie článku si musíte zakúpiť celý text. Články sa posielajú vo formáte PDF na mail uvedený pri platbe. Dodacia lehota je menej ako 10 minút... Cena jedného článku - 150 rubľov.

Podobné vedecké práce na tému "Všeobecné a zložité problémy prírodných a exaktných vied"

  • ADAPTÍVNE OVLÁDANIE VZDUCHOVEJ JEDNOTKY S DYNAMICKÝM PRÚDOM PRÚDU VZDUCHU

    R.S. GLEBOVM. P. TUMANOV - 2012

  • Problém riadenia a modelovania mimoriadnych udalostí v ropných baniach

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

  • O APLIKÁCII TEÓRIE PARAMETRICKÉHO RIADENIA NA VYPOČÍTATELNÉ MODELY VŠEOBECNEJ ROVNOVÁHY

    ADILOV ZHEKSENBEK MAKEEVICH, ASHIMOV ABDYKAPPAR ASHIMOVICH, ASHIMOV ASKAR ABDYKAPPAROVICH, BOROVSKY NIKOLAI YURIEVICH, BOROVSKY JURI VYACHESLAVOVICH, SULTANOV BAKHYTVI-TURCHLY - 2010

  • MODELOVANIE BIOKLIMATICKEJ STRECHY POMOCOU PRIRODZENÉHO VETRANIE

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

Predpovedanie tepelné podmienky v obsluhovaných oblastiach je multifaktoriálna úloha. Je známe, že tepelný režim sa vytvára pomocou vykurovacích, ventilačných a klimatizačných systémov. Pri navrhovaní vykurovacích systémov sa však nezohľadňujú účinky prúdenia vzduchu vytváraného inými systémami. Čiastočne je to spôsobené tým, že vplyv prúdenia vzduchu na tepelný režim môže byť pri štandardnej mobilite vzduchu v obsluhovaných priestoroch zanedbateľný.

Použitie sálavých vykurovacích systémov si vyžaduje nové prístupy. To zahŕňa potrebu dodržiavať normy ožiarenia ľudí na pracoviskách a brať do úvahy distribúciu sálavého tepla cez vnútorné povrchy uzavretých konštrukcií. Veď kedy sálavé vykurovanie Ohrievajú sa prevažne tieto povrchy, ktoré zasa odovzdávajú teplo miestnosti prúdením a sálaním. Vďaka tomu sa udržiava požadovaná vnútorná teplota vzduchu.

Spravidla sú pre väčšinu typov priestorov spolu s vykurovacími systémami potrebné ventilačné systémy. Takže pri použití sálavých plynových vykurovacích systémov musí byť miestnosť vybavená ventilačnými systémami. Minimálnu výmenu vzduchu v priestoroch s uvoľňovaním škodlivých plynov a pár stanovuje SP 60.13330.12. Vykurovanie, vetranie a klimatizácia je najmenej jednorazové a vo výške nad 6 m - najmenej 6 m 3 na 1 m 2 podlahovej plochy. Okrem toho je výkon ventilačných systémov určený aj účelom priestorov a vypočítava sa z podmienok asimilácie emisií tepla alebo plynu alebo kompenzácie miestneho odsávania. Prirodzene, množstvo výmeny vzduchu sa musí kontrolovať aj na stav asimilácie produktov spaľovania. Kompenzácia objemov odpadového vzduchu sa vykonáva pomocou systémov prívodné vetranie... V tomto prípade majú významnú úlohu pri vytváraní tepelného režimu v obsluhovaných priestoroch prívodné prúdy a nimi vnášané teplo.

Metóda a výsledky výskumu

Preto je potrebné vyvinúť približný matematický model zložitých procesov prenosu tepla a hmoty prebiehajúcich v miestnosti so sálavým vykurovaním a vetraním. Matematický model je sústava rovníc pre bilanciu tepla a vzduchu pre charakteristické objemy a povrchy miestnosti.

Riešenie systému umožňuje určiť parametre vzduchu v obsluhovaných priestoroch kedy rôzne možnosti umiestnenie sálavých vykurovacích zariadení s prihliadnutím na vplyv ventilačných systémov.

Zoberme si konštrukciu matematického modelu na príklade výrobnej miestnosti vybavenej sálavým vykurovacím systémom bez iných zdrojov uvoľňovania tepla. Tepelné toky z radiátorov sú rozdelené nasledovne. Konvekčné prúdy stúpajú do hornej zóny pod stropom a odovzdávajú teplo vnútornému povrchu. Sálavá zložka tepelného toku žiariča je vnímaná vnútornými plochami vonkajších obvodových konštrukcií miestnosti. Na druhej strane tieto povrchy vydávajú teplo konvekciou do vnútorného vzduchu a sálaním do iných vnútorných povrchov. Časť tepla sa prenáša cez vonkajšie obvodové konštrukcie do vonkajšieho vzduchu. Vypočítaná schéma prenosu tepla je znázornená na obr. 1a.

Zoberme si konštrukciu matematického modelu na príklade výrobnej miestnosti vybavenej sálavým vykurovacím systémom bez iných zdrojov uvoľňovania tepla. Konvekčné prúdy stúpajú do hornej zóny pod stropom a odovzdávajú teplo vnútornému povrchu. Sálavá zložka tepelného toku žiariča je vnímaná vnútornými plochami vonkajších obvodových konštrukcií miestnosti

Ďalej budeme uvažovať o konštrukcii schémy prúdenia vzduchu (obr. 1b). Zoberme si schému organizácie výmeny vzduchu na doplnenie. Vzduch sa dodáva v množstve M pr v smere obsluhovanej oblasti a je odvádzaná z hornej oblasti prietokom M v = M Na úrovni hornej časti obsluhovanej oblasti je rýchlosť prúdenia vzduchu v prúde M p) Zvýšenie rýchlosti prúdenia vzduchu v prívodnej tryske je spôsobené cirkulujúcim vzduchom, ktorý je odpojený od trysky.

Zaveďme podmienené hranice prúdenia - povrchy, na ktorých majú rýchlosti len zložky, ktoré sú na ne normálne. Na obr. 1b sú hranice toku znázornené prerušovanou čiarou. Potom vyberieme vypočítané objemy: obsluhovaná oblasť (priestor s neustálym pobytom ľudí); objemy prívodného prúdu a blízkostenné konvekčné toky. Smer blízkostenného konvekčného prúdenia závisí od pomeru teplôt vnútorného povrchu vonkajších obvodových konštrukcií a okolitého vzduchu. Na obr. 1b znázorňuje diagram s klesajúcim konvekčným prúdením pri stene.

Takže teplota vzduchu v obsluhovanej oblasti t wz vzniká ako výsledok miešania vzduchu z prívodných prúdov, konvekčných prúdov pri stene a konvekčného tepelného príkonu z vnútorné povrchy podlaha a steny.

S prihliadnutím na vypracované schémy výmeny tepla a cirkulácie prúdov vzduchu (obr. 1) zostavíme pre zvolené objemy rovnice bilancií teplo-vzduch:

Tu S- tepelná kapacita vzduchu, J / (kg ° С); Q od je výkon plynového sálavého vykurovacieho systému, W; Q s a Q* c - prenos tepla konvekciou na vnútorných povrchoch steny v rámci obsluhovanej plochy a steny nad obsluhovanou oblasťou, W; t pp, t c a t wz je teplota vzduchu v prívodnom prúde na vstupe do pracovného priestoru, v blízkostennom konvekčnom prúdení a v pracovnom priestore, °C; Q TP je tepelná strata miestnosti, W, rovná súčtu tepelných strát cez vonkajšie obvodové konštrukcie:

Prietok vzduchu v prívodnom prúde na vstupe do obsluhovanej oblasti sa vypočíta pomocou závislostí získaných M.I.Grimitlinom.

Napríklad pre difúzory produkujúce kompaktné prúdy je prietok v prúde:

kde m- koeficient tlmenia rýchlosti; F 0 - plocha prierezu prívodného potrubia rozdeľovača vzduchu, m 2; X- vzdialenosť od rozdeľovača vzduchu k miestu vstupu do obsluhovaného priestoru, m; TO n - koeficient neizotermie.

Spotreba vzduchu v konvekčnom prúdení pri stene je určená:

kde tс - teplota vnútorného povrchu vonkajších stien, ° C.

Rovnice tepelná bilancia pre hraničné plochy sú:

Tu Q c, Q* c, Q pl a Q Pi - konvekčný prenos tepla na vnútorných plochách steny v rámci obsluhovanej plochy - stena nad obsluhovanou plochou, podlaha, resp. Q tp.s, Q* TP.s., Q TP.pl, Q tp.pt - tepelné straty cez zodpovedajúce štruktúry; W s, W* c, W pl, W Pi - sálavé tepelné toky z žiariča vstupujúce na tieto povrchy. Konvekčný prenos tepla je určený známym vzťahom:

kde m J - koeficient určený s prihliadnutím na polohu povrchu a smer tepelného toku; F J - plocha povrchu, m 2; Δ t J je teplotný rozdiel medzi povrchom a okolitým vzduchom, ° C; J- index typu povrchu.

Tepelné straty QтJ možno vyjadriť ako

kde t n - teplota vonkajšieho vzduchu, ° C; t J - teploty vnútorných povrchov vonkajších obvodových konštrukcií, °C; R a R n - tepelný odpor a prestup tepla vonkajšieho plotu, m 2 · ° C / W.

Bol získaný matematický model procesov prenosu tepla a hmoty pri kombinovanom pôsobení sálavého vykurovania a vetrania. Výsledky riešenia nám umožňujú získať hlavné charakteristiky tepelného režimu pri návrhu systémov sálavého vykurovania budov na rôzne účely, vybavených vetracími systémami.

Sálavé tepelné toky z radiátorov sálavých vykurovacích sústav Wj sa vypočítajú cez vzájomné oblasti žiarenia podľa metódy pre ľubovoľnú orientáciu žiaričov a okolitých plôch:

kde S 0 je emisivita absolútne čierneho telesa, W / (m 2 · K 4); ε IJ - znížená emisivita povrchov podieľajúcich sa na prenose tepla ja a J; H IJ - vzájomná plocha vyžarovania povrchov ja a J m2; T ja - priemerná teplota vyžarujúca plocha, určená z tepelnej bilancie žiariča, K; T J je teplota povrchu absorbujúceho teplo, K.

Pri dosadzovaní výrazov pre tepelné toky a rýchlosti prúdenia vzduchu v tryskách získame sústavu rovníc, ktoré sú približným matematickým modelom procesov prenosu tepla a hmoty pri sálavom ohreve. Na riešenie systému je možné použiť štandardné počítačové programy.

Získa sa matematický model procesov prenosu tepla a hmoty pri kombinovanom pôsobení sálavého vykurovania a vetrania. Výsledky riešenia nám umožňujú získať hlavné charakteristiky tepelného režimu pri návrhu systémov sálavého vykurovania budov na rôzne účely, vybavených vetracími systémami.

V tejto časti popíšeme hlavné prvky riadiaceho systému, dáme im technickú charakteristiku a matematický popis. Pozrime sa podrobnejšie na vyvíjaný systém na automatickú reguláciu teploty privádzaného vzduchu prechádzajúceho ohrievačom vzduchu. Keďže hlavným produktom prípravy je teplota vzduchu, v rámci diplomového projektu možno zanedbať konštrukciu matematických modelov a modelovanie procesov cirkulácie a prúdenia vzduchu. Taktiež toto matematické zdôvodnenie fungovania ACS PVV je možné zanedbať vzhľadom na osobitosti architektúry priestorov - dochádza k výraznému prílevu vonkajšieho nepripraveného vzduchu do dielní a skladov cez štrbiny a medzery. Preto je pri akomkoľvek prietoku vzduchu prakticky nemožné, aby pracovníci tejto dielne zažili „hladovanie kyslíkom“.

Zanedbáme teda konštrukciu termodynamického modelu distribúcie vzduchu v miestnosti, ako aj matematický popis ACS pre rýchlosť prúdenia vzduchu vzhľadom na ich neúčelnosť. Pozrime sa podrobnejšie na vývoj ACS pre teplotu privádzaného vzduchu. V skutočnosti je tento systém systémom automatickej regulácie polohy klapky PVO v závislosti od teploty privádzaného vzduchu. Regulácia - pomerné právo vyrovnávaním hodnôt.

Predstavíme hlavné prvky zahrnuté v ACS, uvedieme ich technické charakteristiky, ktoré umožňujú identifikovať vlastnosti ich ovládania. Pri výbere zariadení a automatizačných nástrojov sa riadime ich technickými listami a predchádzajúcimi inžinierskymi výpočtami starého systému, ako aj výsledkami experimentov a testov.

Prívodné a výfukové radiálne ventilátory

Bežný odstredivý ventilátor je koleso s pracovnými lopatkami umiestnenými v špirálovom plášti, pri otáčaní vzduch vstupujúci cez vstupný otvor vstupuje do kanálov medzi lopatkami a pohybuje sa týmito kanálmi pôsobením odstredivej sily, je zhromažďovaný špirálovým puzdrom. a nasmerovaný na jeho výstup. Puzdro tiež slúži na premenu dynamickej hlavy na statickú. Na zvýšenie tlaku je za plášťom umiestnený difúzor. Na obr. 4.1 znázorňuje celkový pohľad na odstredivý ventilátor.

Bežné odstredivé obežné koleso pozostáva z lopatiek, zadného kotúča, náboja a predného kotúča. Liaty alebo dlabaný náboj, určený na nasadenie kolesa na hriadeľ, je prinitovaný, priskrutkovaný alebo privarený k zadnému disku. Čepele sú nitované ku kotúču. Predné hrany lopatiek sú zvyčajne pripevnené k prednému krúžku.

Špirálové telesá sú vyrobené z oceľového plechu a sú inštalované na nezávislých podperách v blízkosti ventilátorov slaby prud sú pripevnené k posteliam.

Keď sa koleso otáča, časť energie dodanej do motora sa prenáša do vzduchu. Tlak vyvíjaný kolesom závisí od hustoty vzduchu, geometrický tvar lopatiek a obvodovej rýchlosti na špičkách lopatiek.

Výstupné hrany lopatiek radiálnych ventilátorov môžu byť zahnuté dopredu, radiálne a zahnuté dozadu. Až donedávna boli okraje čepelí prevažne zakrivené dopredu, pretože to umožnilo znížiť rozmery Fanúšikovia. V súčasnosti sa často vyskytujú obežné kolesá s dozadu zahnutými lopatkami, pretože to umožňuje zvýšiť účinnosť. ventilátor.

Ryža. 4.1

Pri kontrole ventilátorov treba mať na pamäti, že výstupné (pozdĺž vzduchovej dráhy) hrany lopatiek pre zabezpečenie bezrázového vstupu musia byť vždy ohnuté v smere proti smeru otáčania kolesa.

Tie isté ventilátory pri zmene otáčok môžu mať rôzny prietok a vyvíjať rôzne tlaky, v závislosti nielen od vlastností ventilátora a rýchlosti otáčok, ale aj od vzduchových potrubí, ktoré sú k nim pripojené.

Charakteristiky ventilátorov vyjadrujú vzťah medzi hlavnými parametrami jeho prevádzky. Plná charakteristika ventilátora pri konštantných otáčkach hriadeľa (n = const) vyjadrujeme závislosťami medzi prívodom Q a tlakom P, výkonom N a účinnosťou Závislosti P (Q), N (Q) a T (Q) sú zvyčajne vynesené na rovnakom grafe. Na nich je vybraný ventilátor. Charakterizácia je postavená na základe testov. Na obr. 4.2 sú znázornené aerodynamické charakteristiky radiálneho ventilátora VTs-4-76-16, ktorý sa používa ako prívodný ventilátor na mieste realizácie.

Ryža. 4.2

Kapacita ventilátora je 70 000 m3 / h alebo 19,4 m3 / s. Otáčky ventilátora - 720 ot./min. alebo 75,36 rad / s, výkon pohonu asynchrónny motor výkon ventilátora je 35 kW.

Ventilátor fúka von atmosférický vzduch do ohrievača vzduchu. V dôsledku výmeny tepla vzduchu s horúca voda, prechádzajúceho cez rúrky výmenníka tepla, prechádzajúci vzduch sa ohrieva.

Zoberme si schému regulácie prevádzkového režimu ventilátora VTs-4-76 č.16. Na obr. 4.3 je daný funkčný diagram ventilátorová jednotka s reguláciou otáčok.


Ryža. 4.3

Prenosová funkcia ventilátora môže byť reprezentovaná ako zisk, ktorý je určený na základe aerodynamických charakteristík ventilátora (obr. 4.2). Zisk ventilátora v prevádzkovom bode je 1,819 m3/s (najnižší možný, experimentálne stanovený).

Ryža. 4.4

Experimentálne bolo zistené, že pre implementáciu potrebných prevádzkových režimov ventilátora je potrebné do riadiaceho frekvenčného meniča dodať nasledovné hodnoty napätia (tabuľka 4.1):

Tabuľka 4.1 Prevádzkové režimy prívodného vetrania

Zároveň pre zvýšenie spoľahlivosti elektromotora ventilátorov napájacej aj výfukovej sekcie nie je potrebné nastavovať im prevádzkové režimy s maximálnym výkonom. Úloha experimentálny výskum bolo nájsť také riadiace napätia, pri ktorých by boli pozorované nižšie vypočítané rýchlosti výmeny vzduchu.

Odťahové vetranie je zastúpené tromi radiálnymi ventilátormi značiek VTs-4-76-12 (výkon 28000 m3/h pri n = 350 ot./min., výkon asynchrónneho pohonu N = 19,5 kW) a VTs-4-76-10 (výkon 20 000 m3 / h pri n = 270 ot./min., výkon asynchrónneho pohonu N = 12,5 kW). Hodnoty riadiacich napätí boli experimentálne získané podobne ako napájacie napätie pre výfukovú vetvu ventilácie (tab. 4.2).

Aby sme predišli stavu „kyslíkového hladovania“ v robotníckych dielňach, vypočítame rýchlosti výmeny vzduchu pre zvolené prevádzkové režimy ventilátorov. Musí spĺňať podmienku:

Tabuľka 4.2 Prevádzkové režimy odsávacieho vetrania

Pri výpočte zanedbáme privádzaný vzduch prichádzajúci zvonku, ako aj architektúru objektu (steny, podlahy).

Rozmery priestorov pre vetranie: 150x40x10 m, celkový objem miestnosti je Vroom?60 000 m3. Potrebný objem privádzaného vzduchu je 66000 m3 / h (pre koeficient 1,1 je zvolený ako minimálny, keďže sa neberie do úvahy prítok vzduchu zvonku). Je zrejmé, že zvolené režimy prevádzky prívodný ventilátor spĺňať uvedenú podmienku.

Celkový objem nasávaného vzduchu sa vypočíta podľa nasledujúceho vzorca

Na výpočet výfukovej vetvy boli zvolené režimy „núdzového výfuku“. Pri zohľadnení korekčného faktora 1,1 (keďže núdzový režim prevádzky je braný ako najmenší možný) bude objem odsávaného vzduchu rovný 67,76 m3/h. Táto hodnota v medziach dovolených chýb a vopred prijatých výhrad spĺňa podmienku (4.2), čo znamená, že zvolené prevádzkové režimy ventilátorov zvládnu úlohu zabezpečiť rýchlosť výmeny vzduchu.

Motory ventilátorov majú tiež zabudovanú ochranu proti prehriatiu (termostat). Keď teplota na motore stúpne, reléový kontakt termostatu zastaví chod elektromotora. Snímač diferenčného tlaku zaznamená zastavenie elektromotora a odošle signál na ovládací panel. Je potrebné zabezpečiť reakciu ACS PVV na núdzové zastavenie motorov ventilátorov.

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Podobné dokumenty

    Základy fungovania systému automatické ovládanie prívodné a odsávacie vetranie, jeho konštrukcia a matematický popis. Technologické procesné zariadenia. Výber a výpočet regulátora. Štúdium stability ATS, ukazovatele jej kvality.

    ročníková práca, pridaná 16.02.2011

    všeobecné charakteristiky a účel, rozsah praktického použitia automatického riadiaceho systému pre prívodné a odvodné vetranie. Automatizácia regulačného procesu, jej princípy a fázy implementácie. Výber fondov a ich ekonomické opodstatnenie.

    práca, pridané 4.10.2011

    Analýza existujúcich typických schém automatizácie vetrania vo výrobných halách. Matematický model ventilačného procesu priemyselné priestory, výber a popis automatizačných nástrojov a ovládacích prvkov. Výpočet nákladov na projekt automatizácie.

    práca, pridané 6.11.2012

    Porovnávacia analýza technické vlastnosti typické vzory chladiace veže. Prvky vodovodných systémov a ich klasifikácia. Matematický model procesu dodávky cirkulačnej vody, výber a popis automatizačných zariadení a ovládacích prvkov.

    práca, pridané 09.04.2013

    Všeobecná charakteristika ropovodu. Klimatické a geologické charakteristiky lokality. Všeobecné usporiadanie čerpacej stanice. Kufrové čerpacie stanice a tanková farma PS-3 "Almetyevsk". Výpočet systému prívodu a odsávania ventilácie čerpacej dielne.

    práca, pridané 17.04.2013

    Analýza vývoja dizajnového projektu dekoratívnej palice. Heraldika ako špeciálna disciplína zaoberajúca sa štúdiom erbov. Spôsoby výroby nástrojov pre voskové modely. Etapy výpočtu prívodného a odsávacieho vetrania pre taviaci priestor.

    práca, pridané 26.01.2013

    Popis inštalácie ako predmetu automatizácie, možnosti zlepšenia technologického procesu. Výpočet a výber prvkov komplexu technických prostriedkov. Výpočet automatického riadiaceho systému. Vývoj aplikačného softvéru.

    práca, pridané 24.11.2014

mob_info