Automation of technological and business processes

ISSN-print: 2312-3125
ISSN-online: 2312-931X
ISO: 26324:2012
Архiви

Дослідження процесів утилізації тепла пароповітряних сумішей: імітаційне моделювання

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Д. А. Ковальчук
О. В. Мазур

Анотація

Розглянуті основні підходи до розробки імітаційних моделей, освітлені їх недоліки та переваги.  Розглянута імітаційна модель процесу глибокої утилізації тепла пароповітряних сумішей з використанням парокомпресійного теплового насосу, до складу якої входять імітаційні моделі компресора, конденсатора, електронного розширювального вентиля, випарника, переохолоджувача та контактного теплообмінника – утилізатора тепла пароповітряних сумішей. Імітаційні моделі цих складових побудовані з використанням експериментальних даних, отриманих авторами в результаті виконання фізичних натурних експериментів на лабораторній дослідній установці. В імітаційній моделі випарника теплового насосу реалізовано функцію розрахунку «баластної» та «ефективної» витрати холодоагенту. «Баластна»  витрата виникає за рахунок переохолодження холодоагенту до температури кипіння і супроводжується випаровуванням його частки, яка не приймає участі у відборі тепла випарником. Для цього до імітаційної моделі випарника була додана підсистема розрахунку перепаду температур кипіння (тиску) по довжині випарника в залежності від витрати холодоагенту та температурного напору у випарнику, що  враховує довжину ділянки випарника на якій відбувається кипіння рідкої фази. Залежність перепаду тиску по довжині випарника від витрат холодоагенту через нього є не монотонно зростаючою функцією а має екстремум і спадає при рівнях перегріва холодоагенту від 15 до 0 °С. Тиск на виході випарника розраховується в моделі з використанням нелінійної функції двох змінних – положення електронного розширювального вентиля  та частоти обертання компресора. Динамічні властивості каналів  моделюються  ланками, передатні функції яких були отримані в результаті фізичних експериментів. Проведена перевірка розробленої імітаційної моделі на адекватність, для чого було організовано ряд комп’ютерних експериментів з умовами, аналогічними умовам проведення натурних фізичних експериментів. Порівняння результатів моделювання та фізичного експерименту показало високу ступінь їх схожості.

Ключові слова:
дослідження, імітаційна модель, моделювання, тепловий насос, утилізація тепла, пароповітряна суміш, статичні характеристики, динамічні характеристики, компресор, випарник, конденсатор, переохолоджувач, електронний розширювальний вентиль

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Як цитувати
Ковальчук, Д., & Мазур, О. (2020). Дослідження процесів утилізації тепла пароповітряних сумішей: імітаційне моделювання. Automation of Technological and Business Processes, 11(4), 68-82. https://doi.org/10.15673/atbp.v11i4.1601
Розділ
АВТОМАТИЧНІ І АВТОМАТИЗОВАНІ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ

Посилання

Kovalchuk, D. A., Mazur, O. V., Gudz, S. S. Doslidzhennya protsesiv utilizatsiyi tepla paropovitryanih sumishey: laboratorna ustanovka, vimiryuvani zminni, avtomatizatsiya eksperimentiv. Automation of technological and business processes, 2018, Vol. 10, No. 2, pp. 64-72. Doi: https://doi.org/10.15673/atbp.v10i2.981
[2] Kovalchuk, D. A., Mazur, O. V., Hobin, V. A. A research of steam-air mixtures heat utilization processes: experiment results, structural and parametric identification of the object main channels. Automation of technological and business processes, 2019, Vol. 11, No. 1, pp. 32-42. Doi: https://doi.org/10.15673/atbp.v11i1.1327
[3] Karelin, D. L. Dinamicheskaya model parokompressionnoi sistemyi ohlazhdeniya energeticheskih mashin. Vestnik TyumGU: Fiziko-matematicheskoe modelirovanie. Neft, gaz, energetika, 2018, Vol. 4, No. 2.
[4] Rozenfeld, L. M., Tkachev, A. G. Holodilnyie mashinyi i apparatyi. Gostorgizdat, Moskva, GITL, 1960, 666 p.
[5] Kovalchuk, D., Mazur, A., Hudz, S. The model for power efficiency assessment of condensation heating installations. Automation of technological and business processes, 2017, Vol. 9, No. 3, pp. 13-19. DOI https://doi.org/10.15673/atbp.v9i3.715
[6] Kasatkin, A. G. Osnovnyie protsessyi i apparatyi himicheskoy promyishlennosti. M.: Goshimizdat, 1971.
[7] Efimov, A. V., Goncharenko, A. L. Matematicheskaya model sistemyi "kotel–teploutilizator". Vestnik natsionalnogo tehnicheskogo universiteta "Harkovskiy politehnicheskiy institut". Seriya: Informatika i modelirovanie, 2010, No. 21, pp. 76-87. http://library.kpi.kharkov.ua/files/Vestniki/2010_21.pdf
[8] Jin, Hui, Jeffrey D. Spitler. A parameter estimation based model of water-to-water heat pumps for use in energy calculation programs. ASHRAE transactions 108 (2002): 3.
[9] Chemekov, V. V. (2012). Postroenie matematicheskoy modeli sistemyi avtonomnogo teplosnabzheniya na baze teplovogo nasosa. Nauchno-tehnicheskie vedomosti SPbPU. Estestvennyie i inzhenernyie nauki, 2-2 (147).
[10] Kazakov, V. G., Lukanin, P. V., Smirnova, O. S. (2011). Termodinamicheskie metody analiza v energoispolzuyuschih protsessah: uchebnoe posobie. SPb GTURP. SPb., 2011, 93 p.
[11] Eideyus, A. I., Koshelev, S. V., Nikishin, M. Yu. Heat transfer and pressure drop at refrigerant boiling in the plate coils. Vestnik Mezhdunarodnoy akademii holoda, 2016, No.2, pp. 42-47. Doi: 10.21047/1606-4313-2016-15-2-42-47
[12] Kudinov, A. A. Energosberezhenie v teplogeneriruyuschih ustanovkah. Ulyanovsk: UlGTU, 2000. 139 p.
[13] Kishkin, A. A., Lavrov, N. A., Delkov, A. V., Mokeev, V. V. (2012). simulation of operating modes of small-productivity refrigeration units. Engineering Journal: Science and Innovation, 5 (5), pp. 91-98. DOI: 10.18698/2308-6033-2012-5-187
[14] Sheshunova, E. V., & Zinovev, K. A. (2017). Matematicheskoe modelirovanie rabotyi teplovogo nasosa. Vestnik APK Verhnevolzhya, 1, 73-78.
[15] Malyshev, A. A., Mamchenko, V. O., Mizin, V. M., Potanina, A. V., Proshin, S. I., Devyatov, T. I. (2013). Perspektivnyie tipy ispariteley holodilnyih mashin. Vestnik Mezhdunarodnoy akademii holoda, 2, pp. 13-18.
[16] Ivanyakov, S. V., Konyigin, S. B. Gidrodinamika nasadochnyih apparatov. Samara; Samar. gos. tehn. un-t, 2008, 44 p. http://window.edu.ru/resource/333/77333/files/gad-nasadka.pdf
[17] Kulagin, V. A., & Pyanyih, T. A. (2013). Raschet rezhimnyih parametrov superkavitatsionnogo isparitelya. In TA Pyanyih. Research Journal of International Studies. Ekaterinburg: OOO Evroprint, pp. 56-59.
[18] Kandlikar, S.G. A general correlation for saturated two-phase flow boiling heat transfer inside horizontal and vertical tubes. J. Heat Transfer, 1990, 112(1), pp. 219-228. Doi: https://doi.org/10.1115/1.2910348
[19] Kompressory holodilnyie ob'emnogo deystviya: metodyi ispyitaniya [Elektronnyi resurs]. 2005. Access mode: https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4294826/4294826223.htm. Date of access: 11 November 2019.