TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247.

Prezentace na téma: "TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247."— Transkript prezentace:

1 TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR Bc. Adam Kubina MODEL ZMĚNY FÁZE A SKUPENSTVÍ V PRŮTOČNÉM KOTLI

2 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření MODEL ZMĚNY FÁZE A SKUPENSTVÍ V PRŮTOČNÉM KOTLI  Popsat změny fáze a skupenství vody v průtočném kotli.  Sestavit dynamický model přechodu voda/pára vhodný pro implementaci řízení. Model popíše dynamiku v širokém rozmezí povozních parametrů. Vstupem bude buď dodaný tepelný příkon, nebo parametry spalin.  Provést simulační výpočty pro podkritické i nadkritické parametry páry. Vytyčení cílů:

3 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření MODEL ZMĚNY FÁZE A SKUPENSTVÍ V PRŮTOČNÉM KOTLI Popis změn fáze a skupenství vody v průtočném kotli Všechny stavové veličiny vody a vodní páry jsou vzájemně provázány Hlavními veličinami, ze kterých lze ostatní dopočítat, jsou tlak a teplota Matematicko-fyzikální popis lineární aproximací Jen v daném pracovním bodě Všechny veličiny jsou na sobě závislé Popis v širokém rozmezích pracovních hodnot je prakticky nerealizovatelný (Silně nelineární průběh) Technický popis (z naměřených hodnot) – statická analýza Velmi přesný Tabulky, diagramy s naměřenými parametry vody/páry v širokém rozmezí tlaků a teplot

4 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Technický popis I – s diagram Jedná se o vícerozměrný diagram Hlavními veličinami tohoto diagramu jsou entalpie a entropie Dílčími veličinami jsou tlak hustota, vlhkost a teplota Jednotlivé křivky procházející červenou oblastí (vlhkost) jsou v oblasti podkritických tlaků MODEL ZMĚNY FÁZE A SKUPENSTVÍ V PRŮTOČNÉM KOTLI

5 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Technický popis T- s diagram Jedná se o vícerozměrný diagram Hlavními veličinami tohoto diagramu jsou teplota a entropie Dílčími veličinami jsou tlak hustota, vlhkost a entalpie Jednotlivé křivky procházející červenou oblastí (vlhkost) jsou v oblasti podkritických tlaků MODEL ZMĚNY FÁZE A SKUPENSTVÍ V PRŮTOČNÉM KOTLI

6 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Popis fázových a skupenských změn Podkritické tlaky I – II : Ohřev kapalné vody II – IV : Var IV – V : Ohřev přehřáté páry Nadkritické tlaky Chybí oblast odpařování MODEL ZMĚNY FÁZE A SKUPENSTVÍ V PRŮTOČNÉM KOTLI

7 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Tvorba modelu s rozloženými parametry Popis pomocí globálních bilancí Zákon o zachování hmoty: Zákon zachování energie: Model je vytvořen pomocí m-file Matlab a elektronických tabulek X-Stem Počáteční podmínky Trubka je diskretizována na dílčí objemové elementy pouze podle délky trubky Na počátku je trubka celá zaplavená vodou o konstantní teplotě a tlaku MODEL ZMĚNY FÁZE A SKUPENSTVÍ V PRŮTOČNÉM KOTLI

8 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření MODEL ZMĚNY FÁZE A SKUPENSTVÍ V PRŮTOČNÉM KOTLI Protiproudý výměník při podkritických tlacích se změnou fázového skupenství Souproudý výměník při podkritických tlacích se změnou fázového skupenství Vyhodnocení výsledků:

9 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření MODEL ZMĚNY FÁZE A SKUPENSTVÍ V PRŮTOČNÉM KOTLI Protiproudý výměník při nadkritických tlacích se změnou fázového skupenství Souproudý výměník při nadkritických tlacích se změnou fázového skupenství Vyhodnocení výsledků:

10 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Tvorba modelu s koncentrovanými parametry bez tepelné kapacity stěny trubky: Popis pomocí tepelných toků: Výsledný akumulované teplo v prvém médiu: Výsledný akumulované teplo v druhém médiu: Upravená soustava diferenciálních rovnic Jednotlivé parametry reprezentují následující veličiny W – hmotnostní průtok, T – teplotu, S – obsah, V – objem, rho – hustotu, c – měrnou tepelnou kapacitu MODEL ZMĚNY FÁZE A SKUPENSTVÍ V PRŮTOČNÉM KOTLI Zjednodušené simulační schéma

11 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření MODEL ZMĚNY FÁZE A SKUPENSTVÍ V PRŮTOČNÉM KOTLI Souproudý výměník při nadkritických tlacích v oblasti přehřáté páry Vyhodnocení výsledků:

12 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Tvorba modelu s koncentrovanými parametry: Popis pomocí tepelných toků: Bariéra mezi oběma médii je rozdělena na dvě, kvůli lepší simulaci teplot stěn trubky. Akumulované teplo v prvém médiu: Akumulované teplo stěny trubky u prvního média: Akumulované teplo stěny trubky u druhého média: Akumulované teplo v druhém médiu: MODEL ZMĚNY FÁZE A SKUPENSTVÍ V PRŮTOČNÉM KOTLI

13 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Tvorba modelu s koncentrovanými parametry: Popis pomocí tepelných toků: Výsledná upravená soustava diferenciálních rovnic MODEL ZMĚNY FÁZE A SKUPENSTVÍ V PRŮTOČNÉM KOTLI Zjednodušené simulační schéma

14 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření MODEL ZMĚNY FÁZE A SKUPENSTVÍ V PRŮTOČNÉM KOTLI Souproudý výměník při nadkritických tlacích v oblasti přehřáté páry Vyhodnocení výsledků:

15 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření MODEL ZMĚNY FÁZE A SKUPENSTVÍ V PRŮTOČNÉM KOTLI Dlouhý, T., Výpočet kotlů a spalinových výměníků. ČVUT, Praha 2002 Čermák, J., Peterka, V., Zázvorka, J., Dynamika regulovaných soustav v tepelné energetice a chemii. Academia, Praha 1968. Colonna, P., van Puten, H., Dynamic modeling of steam power cycles. Part I – Modeling paradigm and validation. Applied Thermal Engineering 27, 2007, s. 467- 480. Šesták, J., Rieger, F., Přenos hybnosti, tepla a hmoty. ČVUT, Praha 2005 Noskievič, P., Modelování a identifikace systémů. Montanex a.s., Ostrava 1999 Jastržembskij, A., S., Technická thermodinamika I. Státní nakladatelství technické literatury, Praha 1954 Jastržembskij, A., S., Technická thermodinamika II. Státní nakladatelství technické literatury, Praha 1954 Šinták, J., Teoretické základy energetických zařízení I. Vysoká škola strojní a textilní v Liberci, Liberec 1987 Mayer, J., Teoretické základy energetických zařízení II. Vysoká škola strojní a textilní v Liberci, Liberec 1980 Použitá literatura: