換熱器出口溫度比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)-文庫(kù)吧資料
2025-05-23 12:24本頁(yè)面
【正文】 （114）式中：K—各通道的靜態(tài)放大倍數(shù)。對(duì)于換熱器的動(dòng)態(tài)特性，可以用下面的近似關(guān)系式來(lái)表示。通常為了便于計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制和現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，可以采用時(shí)間、空間離散化的方法，將上述連續(xù)偏微分方程轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的離散狀態(tài)空間模型。 —微元體的質(zhì)量消去方程式中的，并適當(dāng)?shù)恼?，得? （111） 同理，可得流體的熱量動(dòng)態(tài)平衡方程式 （112）時(shí)間和空間的邊界表達(dá)式為： （113） 上述兩個(gè)方程式（111）和（112）及其邊界條件（113）就是描述列管式換熱器行為的動(dòng)態(tài)方程?！⒃谋砻娣e。取長(zhǎng)度為的圓柱體為微元，這一微元的熱量動(dòng)態(tài)平衡方程可敘述為：（單位時(shí)間內(nèi)流體1帶入微元的熱量)一(單位時(shí)間內(nèi)流體1離開(kāi)微元所帶走的熱量)+(單位時(shí)間內(nèi)流體2傳給流體1微元的熱量)=流體1微元內(nèi)蓄熱量的變化率，即 【7】 （110）式中，為換熱器的總長(zhǎng)度。建立分布參數(shù)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，同樣是從熱量動(dòng)態(tài)平衡方程入手，但這時(shí)必須取微元來(lái)分析問(wèn)題，并假設(shè)這一微元中各點(diǎn)溫度相同。傳熱系數(shù)K和比熱容c為常數(shù)。為便于分析，對(duì)該管式換熱器作如下假設(shè):間壁的熱容可以忽略。分布參數(shù)對(duì)象中輸出(即被控變量)既是時(shí)間的函數(shù)，又是空間的函數(shù)，其變化規(guī)律需用偏微分方程來(lái)描述。圖2表示了這個(gè)關(guān)系，可以看出，當(dāng)較大時(shí)，曲線(xiàn)呈飽和狀，此時(shí)的變化，從靜態(tài)來(lái)看，對(duì)的影響已經(jīng)很小了。同樣可通過(guò)對(duì)式(15)求導(dǎo)，其結(jié)果與式（19）相似，兩者為一復(fù)雜的非線(xiàn)性關(guān)系?？梢钥闯?，當(dāng)較大時(shí)，曲線(xiàn)呈飽和狀，此時(shí)的變化，從靜態(tài)來(lái)看，對(duì)的影響微弱了。（3）熱流體流量對(duì)其出口溫度的影響，即通道的靜態(tài)放大倍數(shù)，通過(guò)對(duì)式（15）進(jìn)行求導(dǎo)，求取靜態(tài)放大倍數(shù)為: （19）由上式（19）可見(jiàn)，通道的靜態(tài)特性是一個(gè)非線(xiàn)性關(guān)系。（2）冷流體入口溫度對(duì)熱流體出口溫度的影響，即通道的靜態(tài)放大倍數(shù)。其中各通道的靜態(tài)放大倍數(shù)均可由此式推出：(l)熱流體入口溫度對(duì)出口溫度的影響，即通道的靜態(tài)放大倍數(shù)。其中平均溫差對(duì)于逆流、單程的情況為對(duì)數(shù)平均值 （13）在，其誤差在5%以?xún)?nèi)，可采用算數(shù)平均值來(lái)代替。式中的下標(biāo)處 1 為載熱體；2 為冷流體；為入口；為出口。靜態(tài)放大系數(shù)也能作為系統(tǒng)整定分析，以及控制閥流量特性選擇的依據(jù)?！?】自動(dòng)控制原理傳遞函數(shù)部分對(duì)象的靜態(tài)特性就是要確定之間的函數(shù)關(guān)系。二．控制方案的選擇 傳遞函數(shù)的確定及被控對(duì)象特性分析在本文中，以列管式逆流單程換熱器進(jìn)行分析，令為熱流體的流量，為冷流體流量。如果被加熱物料出口溫度高于給定值，說(shuō)明傳熱量過(guò)大，可將 冷凝液控制閥關(guān)小，冷凝液就會(huì)積累起來(lái)，減少了有效的蒸汽冷凝面積，從而使傳熱量減 少，工藝介質(zhì)出口溫度就會(huì)降低。4) 控制傳熱面積從傳熱速率方程 來(lái)看，使傳熱系數(shù) 和傳熱平均溫差 基本保持不變，調(diào)節(jié)傳熱面積可能改變傳熱量，從而達(dá)到控制出口溫度的目的。但需注意的是換熱器必須有較大余量的傳熱面積，且載熱體一直處于最大流量，因此在通過(guò)換熱器的被加熱 介質(zhì)流量較小時(shí)就不太經(jīng)濟(jì)。從控制原理上來(lái)看，這種方案實(shí)際上是一個(gè)混合過(guò)程。3) 工藝介質(zhì)的旁路控制當(dāng)工藝介質(zhì)的流量允許變化，而且換熱器的傳熱面有富余時(shí)，可將工藝介質(zhì)的一部分經(jīng)換熱器，其余部分由旁路直接流到出口處，然后將兩者混合起來(lái)控制溫度。它的控制原理也是利用改變溫差的手段來(lái)達(dá)到溫度控制的目的。當(dāng)載熱體流量已經(jīng)變得很大， 較小時(shí)，進(jìn)入飽和區(qū)控制就很遲迍，此時(shí)不宜采用此方案。因此這種方案實(shí)質(zhì)上是通過(guò)改變來(lái)控制工藝介質(zhì)的出口溫度的。若由于某種原因使降低，控制器 TC 將使控制閥門(mén)增大，載熱體流 量增加，傳遞的熱量增加，這就必然導(dǎo)致冷熱流體平均溫差升高，從而使工藝介質(zhì) 的出口溫度增加。 圖2 換熱器控制流程圖由于冷流體的傳熱符合熱量平衡方程式【2】工程熱力學(xué)，熱力平衡部分，又符合傳熱速率方程式，通過(guò)對(duì)換熱器靜態(tài)特性分析部分的內(nèi)容，因此有下列關(guān)系 （119）整理后得 （120）當(dāng)從上式可看出，在傳熱面積、冷流體進(jìn)口流量 、溫度 和比熱容 一定的情況下，影響冷流體出口溫度 的因素主要為傳熱系數(shù)及平均溫差。1) 控制載熱體流量這個(gè)方案的控制流程如圖2。為保證出口溫度平穩(wěn)，滿(mǎn)足工藝要求，必須對(duì)傳遞的熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)。通常它兩側(cè)的介質(zhì)(工藝介質(zhì)和載熱體)在換熱過(guò)程中均無(wú)相變。但是用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的有易碎、體積大、導(dǎo)熱差等缺點(diǎn)，用鈦、鉭、鋯等稀有金屬制成的換熱器價(jià)格過(guò)于昂貴，不銹鋼則難耐許多腐蝕性介質(zhì)，并產(chǎn)生晶間腐蝕。換熱器的分類(lèi)比較廣泛：反應(yīng)釜 壓力容器 冷凝器 反應(yīng)鍋 螺旋板式換熱器 波紋管換熱器 列管換熱器 板式換熱器 螺旋板換熱器 管殼式換熱器 容積式換熱器 浮頭式換熱器 管式換熱器 熱管換熱器 汽水換熱器 換熱機(jī)組 石墨換熱器 空氣換熱器 鈦換熱器 換熱設(shè)備，要求制造換熱器的材料具有抗強(qiáng)腐蝕性能。 換熱器是實(shí)
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