Дослідження процесів утилізації тепла пароповітряних сумішей: імітаційне моделювання

Abstract

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.