Glebov R. S., Nghiên cứu sinh Tumanov M. P., Ứng viên Khoa học Kỹ thuật, Phó Giáo sư
Antyushin S. S., nghiên cứu sinh (Viện Toán học và Điện tử Bang Moscow (Đại học Kỹ thuật)
ẢNH HƯỞNG THỰC TIỄN CỦA VIỆC NHẬN DẠNG MÔ HÌNH TOÁN
ĐƠN VỊ THÔNG GIÓ
Do sự xuất hiện của các yêu cầu mới đối với hệ thống thông gió, các phương pháp điều chỉnh thử nghiệm vòng lặp đóng quản lý không thể giải quyết đầy đủ các nhiệm vụ của tự động hóa Quy trình công nghệ. Các phương pháp điều chỉnh thử nghiệm có các tiêu chí tối ưu hóa được nhúng (tiêu chí chất lượng kiểm soát), giới hạn phạm vi của chúng. Tổng hợp tham số của một hệ thống điều khiển có tính đến tất cả các yêu cầu của đặc tính kỹ thuật đòi hỏi một mô hình toán học của đối tượng. Bài báo cung cấp một phân tích về cấu trúc của các mô hình toán học đơn vị thông gió, một phương pháp để xác định một đơn vị thông gió được xem xét, và khả năng sử dụng các mô hình thu được để ứng dụng thực tế được đánh giá.
Từ khóa: nhận dạng, mô hình toán học, đơn vị thông gió, nghiên cứu thực nghiệm mô hình toán học, chỉ tiêu chất lượng của mô hình toán học.
CÁC CÂU HỎI THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÁC ĐỊNH MÔ HÌNH TOÁN
LẮP ĐẶT VENTILATING
Liên quan đến việc xuất hiện các yêu cầu mới đối với hệ thống thông gió, các phương pháp thực nghiệm điều chỉnh các đường bao khép kín của quản lý không thể giải quyết triệt để vấn đề tự động hóa quy trình công nghệ. chất lượng quản lý) giới hạn lĩnh vực ứng dụng của chúng. Tổng hợp tham số của hệ thống điều khiển, dự án kỹ thuật xem xét tất cả các yêu cầu, mô hình toán học của đối tượng của việc lắp đặt thông gió được xem xét, khả năng ứng dụng của các mô hình đã nhận để ứng dụng trong thực hành được ước tính.
Từ khóa: nhận dạng, mô hình toán học, lắp đặt thông gió, nghiên cứu thực nghiệm mô hình toán học, tiêu chí chất lượng mô hình toán học.
Giới thiệu
Điều khiển hệ thống thông gió là một trong những nhiệm vụ chính của tự động hóa hệ thống kỹ thuật Tòa nhà. Các yêu cầu đối với hệ thống điều khiển của hệ thống thông gió được xây dựng thành tiêu chí chất lượng trong miền thời gian.
Chỉ tiêu chất lượng chính:
1. Thời gian quá trình chuyển tiếp (tnn) - thời gian thiết bị thông gió vào chế độ vận hành.
2. Lỗi ổn định (eust) - tối đa sức chịu đựng cung cấp nhiệt độ không khí từ bộ một.
Tiêu chí chất lượng gián tiếp:
3. Overshoot (Ah) - tiêu thụ điện năng quá mức khi điều khiển thiết bị thông gió.
4. Mức độ dao động (y) - sự hao mòn quá mức của thiết bị thông gió.
5. Mức độ suy giảm (y) - đặc trưng cho chất lượng và tốc độ thiết lập chế độ nhiệt độ yêu cầu.
Nhiệm vụ chính của việc tự động hóa hệ thống thông gió là tổng hợp tham số của bộ điều khiển. Tổng hợp tham số bao gồm việc xác định các hệ số của bộ điều khiển để đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng cho hệ thống thông gió.
Để tổng hợp bộ điều khiển hệ thống thông gió, các phương pháp kỹ thuật được chọn để thuận tiện cho ứng dụng trong thực tế và không yêu cầu nghiên cứu mô hình toán học của đối tượng: phương pháp Nabo18-21Seg1er (G), CHen-NgoneS-KeS, phương pháp schk (SNK). Đến hệ thống hiện đại tự động hóa thông gió được trình bày yêu cầu cao các chỉ tiêu chất lượng, điều kiện ranh giới chấp nhận của các chỉ số bị thu hẹp, có vấn đề về đa tiêu chí của công tác quản lý. Các phương pháp kỹ thuật điều chỉnh bộ điều chỉnh không cho phép thay đổi các tiêu chí chất lượng kiểm soát được gắn trong chúng. Ví dụ, khi sử dụng phương pháp N2 để điều chỉnh bộ điều khiển, tiêu chí chất lượng là hệ số giảm xóc bằng bốn, và khi sử dụng phương pháp SHA, tiêu chí chất lượng là tốc độ quay vòng tối đa nếu không có hiện tượng vọt lố. Việc sử dụng các phương pháp này trong việc giải quyết các vấn đề điều khiển đa tiêu chí đòi hỏi phải điều chỉnh thêm các hệ số theo cách thủ công. Thời gian và chất lượng của việc điều chỉnh vòng điều khiển, trong trường hợp này phụ thuộc vào kinh nghiệm của kỹ sư hiện trường.
Ứng dụng phương tiện hiện đại mô hình toán học để tổng hợp hệ thống điều khiển đơn vị thông gió cải thiện đáng kể chất lượng của các quá trình điều khiển, giảm thời gian thiết lập hệ thống và cũng cho phép tổng hợp các phương tiện thuật toán để phát hiện và ngăn ngừa tai nạn. Để mô phỏng hệ thống điều khiển, cần tạo ra một mô hình toán học đầy đủ của bộ phận thông gió (đối tượng điều khiển).
Việc sử dụng thực tế các mô hình toán học mà không đánh giá tính đầy đủ gây ra một số vấn đề:
1. Các cài đặt bộ điều khiển thu được bằng mô hình toán học không đảm bảo sự tuân thủ của các chỉ số chất lượng trong thực tế.
2. Việc sử dụng trong thực tế các bộ điều khiển có mô hình toán học cài sẵn (điều khiển cưỡng bức, bộ ngoại suy Smith, v.v.) có thể gây ra sự suy giảm các chỉ tiêu chất lượng. Nếu hằng số thời gian không khớp hoặc hệ số khuếch đại bị đánh giá thấp, thời gian để bộ thông gió đạt được chế độ hoạt động sẽ tăng lên; nếu hệ số khuếch đại quá cao, hiện tượng mài mòn quá mức sẽ xảy ra. thiết bị thông gió, vân vân.
3. Việc sử dụng bộ điều khiển thích ứng với ước lượng theo mô hình tham chiếu trong thực tế cũng gây ra sự suy giảm các chỉ tiêu chất lượng tương tự như ví dụ trên.
4. Cài đặt bộ điều khiển thu được bằng các phương pháp kiểm soát tối ưu không đảm bảo tuân thủ các chỉ số chất lượng trong thực tế.
Mục đích của nghiên cứu này là xác định cấu trúc của mô hình toán học của bộ phận thông gió (theo vòng điều khiển chế độ nhiệt độ) và đánh giá tính thích hợp của nó đối với các quá trình vật lý thực của quá trình sưởi ấm không khí trong hệ thống thông gió.
Kinh nghiệm thiết kế hệ thống điều khiển cho thấy rằng không thể có được một mô hình toán học tương xứng với một hệ thống thực nếu chỉ dựa trên cơ sở các nghiên cứu lý thuyết về các quá trình vật lý của hệ thống. Vì vậy, trong quá trình tổng hợp mô hình đơn vị thông gió, đồng thời với nghiên cứu lý thuyết các thí nghiệm đã được thực hiện để xác định và tinh chỉnh mô hình toán học của hệ thống - nhận dạng của nó.
Quy trình công nghệ hệ thống thông gió, tổ chức thí nghiệm
và xác định cấu trúc
Đối tượng điều khiển của hệ thống thông gió là máy điều hòa không khí trung tâm, trong đó luồng không khí được xử lý và cung cấp cho mặt bằng thông gió. Nhiệm vụ của hệ thống kiểm soát thông gió cục bộ là tự động duy trì nhiệt độ của không khí cấp trong ống dẫn. Giá trị hiện tại của nhiệt độ không khí được ước tính bằng một cảm biến được lắp đặt trong ống cấp hoặc trong phòng bảo dưỡng. Nhiệt độ không khí cung cấp được điều khiển bằng máy điện hoặc máy nước nóng. Khi sử dụng máy nước nóng, cơ quan điều hành Van ba chiều, khi sử dụng lò sưởi điện - chiều rộng xung hoặc bộ điều chỉnh thyristor sức mạnh.
Thuật toán điều khiển nhiệt độ không khí cung cấp tiêu chuẩn là một hệ thống điều khiển vòng kín (CAP), với bộ điều khiển PID làm thiết bị điều khiển. Cấu trúc hệ thống tự động cung cấp thông gió kiểm soát nhiệt độ không khí được hiển thị (Hình 1).
Cơm. một. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển tự động của đơn vị thông gió (kênh điều khiển nhiệt độ không khí cung cấp). Wreg - PF của bộ điều chỉnh, Lio - PF cơ quan điều hành, Wcal - PF của máy sưởi không khí, Wvv - chức năng truyền của ống gió. u1 - điểm đặt nhiệt độ, XI - nhiệt độ trong ống dẫn, XI - số đọc cảm biến, E1 - lỗi điều khiển, U1 - hành động điều khiển của bộ điều khiển, U2 - hoạt động thiết bị điều hành tín hiệu bộ điều khiển, U3 - nhiệt do bộ gia nhiệt truyền đến kênh.
Việc tổng hợp mô hình toán học của một hệ thống thông gió giả định rằng cấu trúc của mỗi hàm truyền là một phần của nó đã được biết. Ứng dụng của một mô hình toán học có chứa các hàm truyền của các phần tử riêng lẻ của hệ thống là nhiệm vụ đầy thử thách và không đảm bảo trên thực tế sự chồng chất của các yếu tố riêng lẻ với hệ thống ban đầu. Để xác định mô hình toán học, thuận tiện là chia cấu trúc của hệ thống điều khiển thông gió thành hai phần: phần đã biết trước (bộ điều khiển) và phần chưa biết (đối tượng). Chức năng truyền của đối tượng ^ ob) bao gồm: chức năng truyền của cơ quan điều hành ^ o), chức năng truyền của bộ gia nhiệt ^ cal), chức năng truyền của ống dẫn khí ^ vv), chức năng truyền của cảm biến. ^ dat). Nhiệm vụ xác định bộ phận thông gió khi điều khiển nhiệt độ của dòng không khí được giảm xuống để xác định mối quan hệ chức năng giữa tín hiệu điều khiển với phần tử tác động của bộ gia nhiệt U1 và nhiệt độ của dòng không khí XI.
Để xác định cấu trúc của mô hình toán học của bộ phận thông gió, cần phải tiến hành một thí nghiệm nhận dạng. Có thể đạt được các đặc tính mong muốn bằng thí nghiệm thụ động và tích cực. Phương pháp thí nghiệm thụ động dựa trên việc đăng ký các thông số quá trình được kiểm soát ở chế độ hoạt động bình thường của đối tượng mà không đưa vào đối tượng bất kỳ sự xáo trộn có chủ ý nào. Ở giai đoạn thiết lập, hệ thống thông gió không hoạt động bình thường, vì vậy phương pháp thí nghiệm thụ động không phù hợp với mục đích của chúng tôi. Phương pháp thực nghiệm chủ động dựa trên việc sử dụng một số nhiễu nhân tạo nhất định đưa vào đối tượng theo một chương trình đã được hoạch định trước.
Có ba phương pháp chính để xác định đối tượng hoạt động: phương pháp phản ứng nhất thời(phản ứng của một vật thể đối với một “bước”), phương pháp làm xáo trộn một vật thể bằng các tín hiệu có dạng tuần hoàn (phản ứng của vật thể đối với các nhiễu động điều hòa có tần số khác nhau) và phương pháp phản ứng của vật thể đối với xung delta. Do quán tính lớn của hệ thống thông gió (TOB dao động từ hàng chục giây đến vài phút), nhận dạng bằng các tín hiệu của
Để đọc thêm bài báo, bạn phải mua toàn bộ văn bản. Các bài báo được gửi dưới dạng PDFđến địa chỉ email được cung cấp trong quá trình thanh toán. Thời gian giao hàng là dưới 10 phút. Chi phí cho mỗi bài báo 150 rúp.
Công trình khoa học tương tự về chủ đề "Những vấn đề chung và phức tạp của khoa học tự nhiên và chính xác"
- KIỂM SOÁT BỔ SUNG MỘT ĐƠN VỊ THÔNG GIÓ VỚI LƯU LƯỢNG KHÔNG KHÍ CUNG CẤP NĂNG ĐỘNG
Glebov R.S., Tumanov M.P. - 2012
- Vấn đề quản lý và mô hình hóa các tình huống khẩn cấp trong các mỏ dầu
Liskova M.Yu., Naumov I.S. - 2013
- VẬN DỤNG LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU KHIỂN THÔNG SỐ CHO CÁC MÔ HÌNH MÁY TÍNH CỦA CÔNG TY CỔ PHẦN CHUNG
ADILOV ZHEKSENBEK MAKEEVICH, ASHIMOV ABDYKAPPAR ASHIMOVICH, ASHIMOV ASCAR ABDIKAPPAROVICH, BOROVSKY NIKOLAY YURIEVICH, BOROVSKY YURI VYACHESLAVOVICH, SULTANOV BAKHYT - 2010KHANOVICH
- MÔ HÌNH NHÀ THỜ SINH HỌC SỬ DỤNG THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN
OUEDRAOGO A., OUEDRAOGO I., PALM K., ZEGHMATI B. - 2008
Trong phần này, chúng tôi mô tả các yếu tố chính tạo nên hệ thống điều khiển, đưa ra mô tả kỹ thuật và mô tả toán học. Hãy để chúng tôi tìm hiểu chi tiết hơn về hệ thống đã phát triển kiểm soát tự động nhiệt độ của không khí cấp đi qua lò sưởi. Vì sản phẩm chính của đào tạo là nhiệt độ không khí nên trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp, người ta có thể bỏ qua việc xây dựng các mô hình toán học và mô hình hóa các quá trình tuần hoàn và dòng khí. Ngoài ra, chứng minh toán học này về hoạt động của ACS PVV có thể bị bỏ qua do đặc thù của kiến trúc của cơ sở - luồng không khí không được chuẩn bị từ bên ngoài vào các xưởng và nhà kho qua các khe và khoảng trống là rất đáng kể. Đó là lý do tại sao, ở bất kỳ tốc độ dòng khí nào, tình trạng “đói oxy” giữa các công nhân của xưởng này gần như không thể xảy ra.
Do đó, chúng tôi bỏ qua việc xây dựng mô hình nhiệt động lực học về sự phân bố không khí trong phòng, cũng như mô tả toán học của ACS về lưu lượng không khí, do tính không hiệu quả của chúng. Hãy để chúng tôi trình bày chi tiết hơn về sự phát triển của ACS nhiệt độ không khí cung cấp. Thực chất hệ thống này là hệ thống tự động điều khiển vị trí van điều tiết phòng không tùy thuộc vào nhiệt độ không khí cung cấp. Quy luật là quy luật tỷ lệ thuận theo phương pháp cân bằng các giá trị.
Hãy trình bày các yếu tố chính có trong ACS, chúng tôi sẽ cung cấp cho chúng thông số kỹ thuật, cho phép tiết lộ các tính năng quản lý của họ. Khi lựa chọn thiết bị và công cụ tự động hóa, chúng tôi được hướng dẫn bởi bảng dữ liệu kỹ thuật và các tính toán kỹ thuật trước đó của họ hệ thống cũ, cũng như kết quả của các thí nghiệm và kiểm tra.
Cung cấp và hút gió quạt ly tâm
Quạt ly tâm thông thường là một bánh xe có các cánh làm việc nằm trong một vỏ xoắn ốc, trong quá trình quay, không khí đi vào qua cửa vào sẽ đi vào các rãnh giữa các cánh và di chuyển qua các kênh này dưới tác dụng của lực ly tâm, được thu vào bởi đường xoắn ốc. vỏ bọc và được dẫn đến đầu ra của nó. Vỏ cũng dùng để chuyển đổi đầu động sang đầu tĩnh. Để tăng áp suất, một bộ khuếch tán được đặt sau vỏ. Trên hình. 4.1 trình bày hình thức chung quạt ly tâm.
Một bánh xe ly tâm thông thường bao gồm các cánh quạt, một đĩa phía sau, một trung tâm và một đĩa phía trước. Một trục đúc hoặc quay, được thiết kế để lắp bánh xe trên trục, được tán, vặn hoặc hàn vào đĩa sau. Các lưỡi được tán vào đĩa. Các cạnh hàng đầu của các lưỡi thường được gắn vào vòng trước.
Vỏ xoắn ốc được làm bằng thép tấm và được lắp đặt trên các giá đỡ độc lập, gần quạt năng lượng thấp chúng được gắn vào giường.
Khi bánh xe quay, một phần năng lượng cung cấp cho động cơ sẽ được truyền ra không khí. Áp suất do bánh xe phát triển phụ thuộc vào mật độ của không khí, hình dạng hình học các lưỡi và tốc độ chu vi ở các đầu của các lưỡi.
Các mép thoát ra của cánh quạt ly tâm có thể được uốn cong về phía trước, hướng tâm và uốn cong về phía sau. Cho đến gần đây, các cạnh của các lưỡi chủ yếu bị uốn cong về phía trước, vì điều này có thể làm giảm kích thước người hâm mộ. Ngày nay, người ta thường tìm thấy các cánh quạt có cánh cong ngược, vì điều này cho phép tăng hiệu suất. quạt.
Cơm. 4.1
Khi kiểm tra quạt, cần lưu ý rằng các mép cửa ra (dọc theo không khí) của các cánh phải luôn được uốn cong theo hướng để đảm bảo lối vào không bị giật. hướng ngược lại vòng quay của bánh xe.
Cùng một loại quạt, khi thay đổi tốc độ quay, có thể có nguồn cung cấp khác nhau và tạo ra áp suất khác nhau, không chỉ phụ thuộc vào đặc tính của quạt và tốc độ quay, mà còn phụ thuộc vào các ống dẫn khí kết nối với chúng.
Đặc tính của quạt thể hiện mối quan hệ giữa các thông số chính trong hoạt động của nó. Đặc tính hoàn chỉnh của quạt ở tốc độ trục không đổi (n = const) được biểu thị bằng sự phụ thuộc giữa nguồn cung cấp Q và áp suất P, công suất N và hiệu suất. Sự phụ thuộc P (Q), N (Q) và T (Q) thường là được xây dựng trên một biểu đồ. Họ chọn một người hâm mộ. Đặc tính được xây dựng trên cơ sở các phép thử. Trên hình. 4.2 trình bày các đặc tính khí động học của quạt ly tâm VTS-4-76-16, được sử dụng làm quạt cấp tại địa điểm thực hiện
Cơm. 4.2
Công suất của quạt là 70.000 m3 / h hoặc 19.4 m3 / s. Tốc độ trục quạt - 720 vòng / phút. hoặc 75,36 rad / s, công suất truyền động động cơ cảm ứng quạt là 35 kw.
Quạt thổi ngoài trời không khí trong khí quyển vào lò sưởi. Kết quả của sự trao đổi nhiệt của không khí với nước nóng đi qua các ống của bộ trao đổi nhiệt, không khí đi qua được đốt nóng.
Xem xét sơ đồ điều chỉnh chế độ hoạt động của quạt VTS-4-76 số 16. Trên hình. 4,3 được đưa ra sơ đồ chức năng bộ phận quạt khi điều khiển tốc độ.
Cơm. 4.3
Chức năng truyền của quạt có thể được biểu diễn dưới dạng độ lợi, được xác định dựa trên đặc điểm khí động học quạt (Hình 4.2). Hệ số khuếch đại của quạt tại điểm hoạt động là 1,819 m3 / s (tối thiểu có thể, được thiết lập bằng thực nghiệm).
Cơm. 4.4
thực nghiệm người ta thấy rằng để thực hiện các chế độ hoạt động cần thiết của quạt, cần phải cung cấp bộ biến tần điều khiển các giá trị sauđiện áp (Bảng 4.1):
Bảng 4.1 Các chế độ hoạt động cung cấp thông gió
Đồng thời, để tăng độ tin cậy của động cơ điện của quạt của cả bộ phận cấp và thải, không cần thiết lập các chế độ hoạt động của chúng với hiệu suất tối đa. Nhiệm vụ của nghiên cứu thử nghiệm là tìm ra các điện áp điều khiển mà tại đó các chỉ tiêu của tỷ giá hối đoái không khí được tính toán dưới đây sẽ được tuân thủ.
Hệ thống thông gió được thể hiện bằng ba quạt ly tâm VC-4-76-12 (công suất 28.000 m3 / h tại n = 350 vòng / phút, công suất truyền động không đồng bộ N = 19.5 kW) và VC-4-76-10 (công suất 20.000 m3 / h tại n = 270 vòng / phút, công suất truyền động không đồng bộ N = 12,5 kW). Tương tự với nguồn cung cấp cho nhánh thải của hệ thống thông gió, các giá trị của điện áp điều khiển thu được bằng thực nghiệm (Bảng 4.2).
Để ngăn chặn tình trạng “đói oxy” ở các cửa hàng đang làm việc, chúng tôi tính toán tỷ lệ trao đổi không khí cho các chế độ hoạt động của quạt đã chọn. Nó phải thỏa mãn điều kiện:
Bảng 4.2 Các chế độ vận hành của thông gió thải
Trong tính toán, chúng tôi bỏ qua nguồn cung cấp khí từ bên ngoài, cũng như kiến trúc của tòa nhà (tường, trần nhà).
Kích thước của các phòng để thông gió: 150x40x10 m, tổng thể tích của phòng là Vroom? 60.000 m3. Lưu lượng yêu cầu của không khí cấp là 66.000 m3 / h (đối với hệ số 1,1, nó được chọn là mức tối thiểu, vì không tính đến luồng không khí từ bên ngoài vào). Rõ ràng là các chế độ hoạt động đã chọn của quạt cung cấp thỏa mãn điều kiện đã đặt.
Tổng thể tích khí thải được tính theo công thức sau
Để tính toán nhánh xả, các chế độ "khai thác khẩn cấp" được chọn. Có tính đến hệ số hiệu chỉnh là 1,1 (vì chế độ vận hành khẩn cấp được lấy ít nhất có thể), lưu lượng khí thải sẽ bằng 67,76 m3 / h. Giá trị này thỏa mãn điều kiện (4.2) trong giới hạn sai số cho phép và các bảo lưu đã được chấp nhận trước đó, có nghĩa là các chế độ hoạt động của quạt đã chọn sẽ đáp ứng nhiệm vụ đảm bảo tỷ lệ trao đổi không khí.
Ngoài ra, trong động cơ điện của quạt còn có một bộ phận bảo vệ chống quá nhiệt (bộ điều nhiệt). Khi nhiệt độ động cơ tăng, tiếp điểm rơ le điều nhiệt sẽ dừng động cơ. Cảm biến chênh lệch áp suất sẽ ghi lại điểm dừng của động cơ điện và đưa ra tín hiệu về bảng điều khiển. Cần cung cấp phản ứng của ACS của PVV khi dừng khẩn cấp động cơ quạt.
Dự báo chế độ nhiệt trong các khu vực được bảo dưỡng là một nhiệm vụ đa yếu tố. Được biết, chế độ nhiệt được tạo ra với sự trợ giúp của hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí. Tuy nhiên, khi thiết kế hệ thống sưởi ấm, tác động của các luồng không khí do các hệ thống khác tạo ra không được tính đến. Điều này được chứng minh một phần bởi thực tế là ảnh hưởng của các luồng không khí lên chế độ nhiệt có thể không đáng kể với sự lưu động không khí chuẩn trong các khu vực được bảo dưỡng.
Hệ thống ứng dụng sưởi ấm bức xạ yêu cầu những cách tiếp cận mới. Điều này bao gồm sự cần thiết phải tuân thủ các tiêu chuẩn tiếp xúc của con người tại nơi làm việc và tính đến sự phân bố nhiệt bức xạ trên các bề mặt bên trong của bao thư tòa nhà. Thật vậy, với hệ thống sưởi bằng bức xạ, các bề mặt này chủ yếu được đốt nóng, do đó, tỏa nhiệt cho căn phòng bằng cách đối lưu và bức xạ. Đó là do nhiệt độ cần thiết của không khí bên trong được duy trì.
Theo quy định, đối với hầu hết các loại mặt bằng, cùng với hệ thống sưởi, hệ thống thông gió là bắt buộc. Vì vậy, khi sử dụng hệ thống sưởi bằng bức xạ khí, phòng phải được trang bị hệ thống thông gió. Sự trao đổi không khí tối thiểu của cơ sở với việc thải ra khí và hơi độc hại được quy định bởi SP 60.13330.12. Hệ thống thông gió sưởi và điều hòa không khí ít nhất một lần và ở độ cao hơn 6 m - ít nhất 6 m 3 trên 1 m 2 diện tích sàn. Ngoài ra, hiệu suất của hệ thống thông gió cũng được xác định bởi mục đích của mặt bằng và được tính toán từ các điều kiện đồng hóa nhiệt hoặc phát thải khí hoặc bù cho hút cục bộ. Đương nhiên, lượng trao đổi không khí cũng phải được kiểm tra điều kiện đồng hóa các sản phẩm cháy. Việc bù thể tích của không khí đã loại bỏ được thực hiện bằng hệ thống thông gió cấp. Đồng thời, một vai trò quan trọng trong việc hình thành chế độ nhiệt trong các khu vực được bảo dưỡng thuộc về các tia cung cấp và nhiệt lượng do chúng đưa vào.
Phương pháp và kết quả nghiên cứu
Do đó, cần phải phát triển một mô hình toán học gần đúng về các quá trình phức tạp của nhiệt và truyền khối lượng xảy ra trong một căn phòng có hệ thống sưởi và thông gió bằng bức xạ. Mô hình toán học là một hệ phương trình cân bằng nhiệt không khí cho các thể tích và bề mặt đặc trưng của phòng.
Giải pháp của hệ thống cho phép bạn xác định các thông số của không khí trong các khu vực được bảo dưỡng khi Các tùy chọn khác nhau vị trí của các thiết bị sưởi bằng bức xạ, có tính đến ảnh hưởng của hệ thống thông gió.
Chúng ta sẽ xem xét việc xây dựng một mô hình toán học bằng cách sử dụng ví dụ về một cơ sở sản xuất được trang bị hệ thống sưởi bằng bức xạ và không có các nguồn sinh nhiệt khác. Thông lượng nhiệt từ bộ tản nhiệt được phân bố như sau. Các dòng đối lưu dâng lên vùng trên dưới trần và tỏa nhiệt cho bề mặt bên trong. Thành phần bức xạ của thông lượng nhiệt của bộ tản nhiệt được cảm nhận bởi các bề mặt bên trong của các cấu trúc bao bọc bên ngoài của căn phòng. Đổi lại, các bề mặt này tỏa nhiệt bằng cách đối lưu với không khí bên trong và bức xạ đến các bề mặt bên trong khác. Một phần nhiệt được truyền qua các cấu trúc bao bọc bên ngoài ra không khí bên ngoài. Sơ đồ tính toán truyền nhiệt được thể hiện trong hình. 1a.
Chúng ta sẽ xem xét việc xây dựng một mô hình toán học bằng cách sử dụng ví dụ về một cơ sở sản xuất được trang bị hệ thống sưởi bằng bức xạ và không có các nguồn tỏa nhiệt khác. Các dòng đối lưu dâng lên vùng trên dưới trần và tỏa nhiệt cho bề mặt bên trong. Thành phần bức xạ của thông lượng nhiệt của bộ tản nhiệt được cảm nhận bởi các bề mặt bên trong của các cấu trúc bao bọc bên ngoài của phòng
Tiếp theo, hãy xem xét việc xây dựng sơ đồ lưu thông dòng khí (Hình 1b). Hãy chấp nhận phương án tổ chức trao đổi hàng không "top-up". Không khí được cung cấp với số lượng M pr theo hướng của khu vực được phục vụ và được loại bỏ khỏi khu vực phía trên với tốc độ dòng chảy M trong = M v.v ... Ở mức trên cùng của khu vực được bảo dưỡng, luồng không khí trong máy bay phản lực là M trang Sự gia tăng lưu lượng không khí trong phản lực cung cấp xảy ra do không khí tuần hoàn, được tách ra khỏi phản lực.
Hãy để chúng tôi giới thiệu các ranh giới có điều kiện của các dòng chảy - các bề mặt mà trên đó vận tốc chỉ có các thành phần bình thường đối với chúng. Trên hình. 1b, ranh giới dòng chảy được thể hiện bằng một đường đứt nét. Sau đó, chúng tôi chọn khối lượng ước tính: khu vực phục vụ (không gian có người ở thường xuyên); thể tích của phản lực cung cấp và các dòng đối lưu gần tường. Hướng của các dòng đối lưu gần tường phụ thuộc vào tỷ lệ giữa nhiệt độ của bề mặt bên trong của các cấu trúc bao bọc bên ngoài và không khí xung quanh. Trên hình. 1b cho thấy một sơ đồ với một dòng đối lưu gần thành rơi xuống.
Vì vậy, nhiệt độ không khí trong khu vực bảo dưỡng t wz được hình thành do trộn không khí từ các tia cấp, dòng đối lưu gần tường và nhiệt đối lưu từ bề mặt bên trong của sàn và tường.
Có tính đến các sơ đồ đã phát triển về truyền nhiệt và lưu thông các luồng không khí (Hình 1), chúng tôi sẽ lập phương trình cân bằng nhiệt-không khí cho các thể tích được phân bổ:
Đây với- nhiệt dung của không khí, J / (kg ° C); Q từ là công suất của hệ thống sưởi bằng bức xạ khí, W; Q với và Q* c - truyền nhiệt đối lưu từ các bề mặt bên trong của tường trong khu vực được bảo dưỡng và tường phía trên khu vực được bảo dưỡng, W; t trang, t c và t wz là nhiệt độ không khí trong tia cung cấp tại lối vào khu vực làm việc, trong dòng đối lưu gần tường và trong khu vực làm việc, ° C; Q tp - nhiệt mất mát của phòng, W, bằng tổng mất nhiệt qua các cấu trúc bao bọc bên ngoài:
Lưu lượng không khí trong tia cung cấp tại lối vào khu vực bảo dưỡng được tính toán bằng cách sử dụng các phụ thuộc do M. I. Grimitlin thu được.
Ví dụ, đối với bộ khuếch tán không khí tạo ra các tia phản lực nhỏ gọn, tốc độ dòng chảy trong tia là:
ở đâu m là hệ số tắt dần vận tốc; F 0 - diện tích mặt cắt ngang của ống vào của bộ phân phối không khí, m 2; x- khoảng cách từ bộ phân phối không khí đến nơi đi vào khu vực bảo dưỡng, m; Đến n là hệ số không đẳng nhiệt.
Lưu lượng không khí trong dòng đối lưu gần vách được xác định bởi:
ở đâu t c là nhiệt độ của bề mặt bên trong của các bức tường bên ngoài, ° C.
Phương trình cân bằng nhiệtđối với các bề mặt ranh giới có dạng:
Đây Q c , Q* c , Q làm ơn và Q pt - truyền nhiệt đối lưu từ các bề mặt bên trong của tường trong khu vực được bảo dưỡng - tương ứng là các bức tường phía trên khu vực được bảo dưỡng, sàn và lớp phủ; Q tp.s, Q* tp.s, Q m.p., Q tp.pt - tổn thất nhiệt qua các kết cấu tương ứng; W với, W* c , W làm ơn, W fri - rạng rỡ dòng nhiệt từ bộ phát đến các bề mặt này. Truyền nhiệt đối lưu được xác định bởi sự phụ thuộc đã biết:
ở đâu m J là hệ số được xác định có tính đến vị trí của bề mặt và hướng của dòng nhiệt; F J là diện tích bề mặt, m 2; Δ t J là chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và không khí xung quanh, ° C; J- chỉ số kiểu bề mặt.
Mất nhiệt Q tJ có thể được biểu thị bằng
ở đâu t n là nhiệt độ không khí bên ngoài, ° C; t J là nhiệt độ của bề mặt bên trong của kết cấu bao bọc bên ngoài, ° C; R và R n - sức cản nhiệt và truyền nhiệt của hàng rào bên ngoài, m 2 ° C / W.
Một mô hình toán học về các quá trình truyền nhiệt và khối lượng dưới tác động kết hợp của hệ thống sưởi và thông gió bằng bức xạ đã được thu được. Kết quả của giải pháp giúp có được các đặc tính chính của chế độ nhiệt khi thiết kế hệ thống sưởi bức xạ cho các tòa nhà cho các mục đích khác nhau được trang bị hệ thống thông gió
Thông lượng nhiệt bức xạ từ bộ phát của hệ thống sưởi bức xạ wjđược tính toán theo vùng bức xạ lẫn nhau theo phương pháp định hướng tùy ý của bộ phát và bề mặt xung quanh:
ở đâu với 0 là độ phát xạ của vật thể đen hoàn toàn, W / (m 2 K 4); ε IJ là mức độ phát xạ giảm của các bề mặt liên quan đến trao đổi nhiệt Tôi và J; H IJ là vùng bức xạ lẫn nhau của các bề mặt Tôi và J, m 2; T I là nhiệt độ trung bình của bề mặt bức xạ, được xác định từ cân bằng nhiệt của bộ tản nhiệt, K; T J là nhiệt độ của bề mặt nhận nhiệt, K.
Bằng cách thay thế các biểu thức cho dòng nhiệt và tốc độ dòng khí trong máy bay phản lực, chúng ta thu được một hệ phương trình là mô hình toán học gần đúng của các quá trình truyền nhiệt và khối lượng trong quá trình đốt nóng bức xạ. Các chương trình máy tính tiêu chuẩn có thể được sử dụng để giải quyết hệ thống.
Một mô hình toán học về các quá trình truyền nhiệt và khối lượng dưới tác động kết hợp của hệ thống sưởi và thông gió bằng bức xạ đã được thu được. Kết quả của giải pháp giúp có được các đặc điểm chính của chế độ nhiệt khi thiết kế hệ thống sưởi bức xạ cho các tòa nhà cho các mục đích khác nhau được trang bị hệ thống thông gió.
Daria Denisikhina, Maria Lukanina, Mikhail SamoletovTẠI thế giới hiện đại không thể làm được nữa nếu không có mô hình toán học về luồng không khí trong thiết kế hệ thống thông gió.
Trong thế giới hiện đại, không còn có thể làm được nếu không có mô hình toán học về luồng không khí khi thiết kế hệ thống thông gió. Các kỹ thuật kỹ thuật thông thường rất phù hợp với các phòng điển hình và giải pháp tiêu chuẩnđể phân phối không khí. Khi một nhà thiết kế gặp phải các đối tượng không chuẩn, các phương pháp mô hình toán học nên hỗ trợ anh ta. Bài báo dành cho nghiên cứu sự phân bố không khí trong thời kỳ lạnh trong năm ở một phân xưởng sản xuất ống. Xưởng này là một phần của tổ hợp nhà máy, nằm trong vùng khí hậu lục địa rõ rệt.
Quay trở lại thế kỷ 19, các phương trình vi phân thu được để mô tả dòng chảy của chất lỏng và chất khí. Chúng được xây dựng bởi nhà vật lý người Pháp Louis Navier và nhà toán học người Anh George Stokes. Các phương trình Navier-Stokes là một trong những phương trình quan trọng nhất trong thủy động lực học và được sử dụng trong mô hình toán học của nhiều hiện tượng tự nhiên và các thách thức kỹ thuật.
Phía sau những năm trước nhiều loại vật thể phức tạp về mặt hình học và nhiệt động lực học trong xây dựng đã được tích lũy. Việc sử dụng các phương pháp tính toán động lực học chất lỏng làm tăng đáng kể khả năng thiết kế hệ thống thông gió, giúp nó có thể dự đoán với độ chính xác cao về sự phân bố vận tốc, áp suất, nhiệt độ và nồng độ của các thành phần tại bất kỳ điểm nào trong tòa nhà hoặc bất kỳ cơ sở.
Việc sử dụng chuyên sâu các phương pháp động lực học chất lỏng tính toán bắt đầu vào năm 2000, khi các phần mềm phổ quát (gói CFD) xuất hiện cho phép tìm ra các nghiệm số cho hệ phương trình Navier-Stokes cho một đối tượng quan tâm. Kể từ thời điểm đó, BUREAU TEHNIKI đã tham gia vào mô hình toán học liên quan đến các vấn đề thông gió và điều hòa không khí.
Mô tả công việc
Trong nghiên cứu này, các mô phỏng số được thực hiện bằng cách sử dụng STAR-CCM +, một gói CFD do CD-Adapco phát triển. Hiệu suất của gói này trong việc giải quyết các vấn đề thông gió là
được thử nghiệm nhiều lần trên các đối tượng có độ phức tạp khác nhau, từ không gian văn phòngđến hội trường nhà hát và sân vận động.
Vấn đề được quan tâm nhiều từ quan điểm của cả thiết kế và mô hình toán học.
Nhiệt độ bên ngoài -31 ° C. Các vật thể có nhiệt lượng đầu vào đáng kể nằm trong phòng: lò nung cứng, lò tôi luyện, v.v ... Do đó, có sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa các kết cấu bao bọc bên ngoài và các vật thể sinh nhiệt bên trong. Do đó, không thể bỏ qua sự đóng góp của truyền nhiệt bức xạ trong mô phỏng. Một khó khăn nữa trong công thức toán học của bài toán nằm ở chỗ một đoàn tàu hạng nặng có nhiệt độ -31 ° C được đưa vào phòng nhiều lần trong mỗi ca làm việc. Nó dần dần nóng lên, làm mát không khí xung quanh nó.
Để duy trì nhiệt độ không khí yêu cầu trong thể tích của phân xưởng (vào mùa lạnh không thấp hơn 15 ° C), dự án cung cấp hệ thống thông gió và điều hòa không khí. Ở giai đoạn thiết kế, tốc độ dòng chảy và nhiệt độ của không khí cung cấp cần thiết để duy trì các thông số yêu cầu đã được tính toán. Câu hỏi vẫn còn là - làm thế nào để cung cấp không khí vào thể tích của phân xưởng để đảm bảo sự phân bố nhiệt độ đồng đều nhất trong toàn thể tích. Mô phỏng giúp bạn có thể nhìn thấy mô hình dòng khí cho một số phương án cung cấp không khí trong thời gian tương đối ngắn (hai đến ba tuần), và sau đó so sánh chúng.
CÁC GIAI ĐOẠN CỦA MÔ HÌNH TOÁN
- Xây dựng hình học rắn.
- Phân vùng không gian làm việc thành các ô của lưới tính toán. Cần phải thấy trước các khu vực cần phải tinh chỉnh thêm tế bào. Khi xây dựng lưới, điều rất quan trọng là phải tìm ra giá trị trung bình vàng đó, trong đó kích thước ô đủ nhỏ để thu được kết quả chính xác, trong khi tổng số ô không quá lớn để kéo thời gian tính toán đến những thời điểm không thể chấp nhận được. Vì vậy, xây dựng một lưới điện là cả một nghệ thuật đi kèm với kinh nghiệm.
- Đặt ranh giới và các điều kiện ban đầu phù hợp với câu lệnh bài toán. Cần có hiểu biết về các chi tiết cụ thể của các nhiệm vụ thông gió. đóng một vai trò quan trọng trong tính toán sự lựa chọn đúng đắn các mô hình nhiễu loạn.
- Lựa chọn các mô hình vật lý và nhiễu loạn phù hợp.
Kết quả mô phỏng
Để giải quyết vấn đề được xem xét trong bài viết này, tất cả các giai đoạn của mô hình toán học đã được thực hiện.
Để so sánh hiệu quả thông gió, ba phương án cung cấp không khí đã được chọn: ở các góc với phương thẳng đứng 45 °, 60 ° và 90 °. Không khí được cung cấp từ các tấm lưới phân phối không khí tiêu chuẩn.
Các trường nhiệt độ và vận tốc thu được là kết quả của việc tính toán ở các góc độ khác nhau của nguồn cung cấp không khí cung cấp được thể hiện trong Hình. một.
Sau khi phân tích kết quả, góc cung cấp khí cung cấp 90 ° được chọn là phương án thành công nhất trong số các phương án được xem xét để thông gió cho nhà xưởng. Với phương pháp cung cấp này, không có tốc độ tăng nào được tạo ra trong khu vực làm việc và có thể đạt được mô hình nhiệt độ và tốc độ khá đồng đều trong toàn bộ khối lượng của phân xưởng.
Quyết định cuối cùng
Các trường nhiệt độ và vận tốc trong ba mặt cắt đi qua các lưới cung cấp được thể hiện trong Hình. 2 và 3. Sự phân bố nhiệt độ trong phòng là đồng đều. Chỉ ở khu vực tập trung các lò thì nhiệt độ dưới trần mới quan sát được. Có một khu vực lạnh hơn ở góc xa bên phải của căn phòng cách xa bếp nấu. Đây là nơi có những toa tàu lạnh giá từ đường phố vào.
Từ hình. 3 cho thấy rõ ràng cách các tia phun theo phương ngang của không khí được cung cấp lan truyền. Với phương thức cung cấp này, phản lực tiếp tế có tầm bắn đủ lớn. Vì vậy, ở vị trí cách lưới 30 m, vận tốc dòng chảy là 0,5 m / s (ở đầu ra khỏi lưới, vận tốc là 5,5 m / s). Ở phần còn lại của phòng, không khí di chuyển thấp, ở mức 0,3 m / s.
Không khí được đốt nóng từ lò nung cứng làm lệch luồng không khí cung cấp lên trên (Hình 4 và 5). Bếp làm nóng không khí xung quanh nó rất nhiều. Nhiệt độ gần sàn ở đây cao hơn ở giữa phòng.
Trường nhiệt độ và sự sắp xếp hợp lý trong hai phần của cửa hàng nóng được thể hiện trong hình. 6.
phát hiện
Các tính toán được thực hiện giúp phân tích hiệu quả nhiều cách khác nhau cấp không khí trong xưởng sản xuất ống. Người ta nhận thấy rằng khi cung cấp một tia phản lực ngang, không khí cung cấp sẽ tiếp tục lan truyền vào phòng, góp phần làm cho nó được sưởi ấm đồng đều hơn. Điều này không tạo ra các khu vực có quá nhiều không khí lưu động trong khu vực làm việc, như xảy ra khi không khí cấp được cung cấp theo một góc hướng xuống.
Việc sử dụng các phương pháp mô hình toán học trong các bài toán thông gió và điều hòa không khí là rất hướng đầy hứa hẹn, cho phép ở giai đoạn dự án sửa chữa giải pháp, để ngăn chặn yêu cầu sửa chữa không thành công quyết định thiết kế sau khi vận hành thử. ●
Daria Denisikhina -
Trưởng Bộ môn “Mô hình toán học”;
Maria Lukanina -
Kỹ sư hàng đầu của Bộ môn Mô hình Toán học;
Mikhail Samoletov -
Giám đốc điều hành của MM-Technologies LLC
Đang tải...