Dva plášťové výmenníky tepla zapojené za sebou



  1. Nakreslite schému 2 plášťových výmenníkov tepla zapojených za sebou podľa zadania.

  2. Uveďte DMM výmenníkov opisujúci vzťah medzi teplotami vstupných prúdov ohrievanej kvapaliny, teplotou ohrevnej pary a teplotou výstupných prúdov ohrievanej kvapaliny. Odvoďte ho až do tvaru s časovými konštantami a zosilneniami.

  3. Uveďte vzťahy pre výpočet časových konštánt a zosilnení v modeli a uveďte aj ich číslené hodnoty s jednotkami.

  4. Uveďte matice lineárneho stavového opisu všeobecne a aj s vyčíslenými prvkami.

  5. Uveďte uveďte model rovnovážneho stavu výmenníkov.

  6. Vypočítajte teploty vo výmenníkoch v rovnovážnom stave. Vzťahy pre výpočet teplôt vo výmenníkoch v rovnovážnom stave odvoďte z modelu výmenníkov v rovnovážnom stave. Na definovanie konštánt a výpočet výšok teplôt vytvorte m-file. Parametre zásobníkov sú v tabuľke na konci zadania. V protokole uveďte vzťahy pre výpočet teplôt vo výmenníkoch v rovnovážnom stave a vypočítané teploty.

  7. Vytvorte simulačnú schému pre simuláciu dynamických vlastností výmenníkov pomocou bloku "lineárny stavový opis" s nenulovými začiatočnými podmienkmi. Za začiatočné podmienky považujte teploty vo výmenníkoch v rovnovážnom stave.

  8. Overte výpočet rovnovážneho stavu výmenníkov simulačne.

  9. Simuláciami pomocou lineárneho stavového opisu zistite, na akých hodnotách sa ustália teploty výstupných prúdov z výmenníkov pri rôznych hodnotách teploty vstupného prúdu Jv1s. Teplota druhého vstupného prúdu a teplota pary sú konštantné. Výsledky spracujte podľa nasledovnej tabuľky a vykreslite prevodové charakteristiky (do jedného obrázku).

    Jv1s [K] 288293298303308
    J1s [K]
    J2s [K]

  10. Simuláciami pomocou lineárneho stavového opisu zistite, na akých hodnotách sa ustália teploty výstupných prúdov z výmenníkov pri rôznych hodnotách teploty ohrevnej pary Jps. Teploty vstupných prúdov sú konštantné. Výsledky spracujte podľa nasledovnej tabuľky a vykreslite prevodové charakteristiky (do jedného obrázku).

    Jps [K] 373383393403413
    J1s [K]
    J2s [K]

  11. Pre zadané výmenníky tepla definujte odchýlkové veličiny.

  12. Uveďte odchýlkový model výmenníkov (t.j. model s nulovými začiatočnými podmienkami) opisujúci vzťah medzi zmenami teplôt vstupných prúdov ohrievanej kvapaliny, zmenou teploty ohrevnej pary a zmenou teploty výstupného prúdu ohrievanej kvapaliny.

  13. Uveďte matice lineárneho stavového opisu odchýlkového modelu všeobecne a aj s vyčíslenými prvkami.

  14. Posúďte stabilitu sústavy výmenníkov.

  15. Vytvorte simulačnú schému pre simuláciu dynamických vlastností výmenníkov pomocou odchýlkového modelu. Simulačnú schému vytvorte tak, aby ste mohli porovnať simulácie získané pomocou neochýlkového a odchýlkového modelu.

  16. Predpokladajte, že výmenníky sú na začiatku v pôvodnom rovnovážnom stave. Simulujte odozvu výmenníkov pomocou oboch modelov na skokovú zmenu meniacej sa teploty 1. vstupného prúdu Jv1(t), keď sa táto zmení v čase 5min z pôvodnej hodnoty na hodnotu o 20K väčšiu. Teplota 2. vstupného prúdu a teplota pary sú konštantné.

  17. Predpokladajte, že výmenníky sú na začiatku v pôvodnom rovnovážnom stave. Simulujte odozvu výmenníkov pomocou oboch modelov na skokovú zmenu meniacej sa teploty 2. vstupného prúdu Jv1(t), keď sa táto zmení v čase 5min z pôvodnej hodnoty na hodnotu o 20K väčšiu. Teplota 1. vstupného prúdu a teplota pary sú konštantné.

  18. Predpokladajte, že výmenníky sú na začiatku v pôvodnom rovnovážnom stave. Simulujte odozvu výmenníkov pomocou oboch modelov na skokovú zmenu meniacej sa teploty pary Jv1(t), keď sa táto zmení v čase 5min z pôvodnej hodnoty na hodnotu o 20K väčšiu. Teplota oboch vstupných prúdov je konštantná.

  19. Výsledky predošlých 3 úloh spracujte do nasledovnej tabuľky, kde tRS je čas, kedy sú výmenníky opäť v rovnovážnom stave.

    t [min] 05102050100tRS
    odozva na zmenu Jv1(t) [K] J1(t) [K]
    J2(t) [K]
    odozva na zmenu Jv2(t) [K] J1(t) [K]
    J2(t) [K]
    odozva na zmenu Jp(t) [K] J1(t) [K]
    J2(t) [K]

  20. Výsledky spracujte vo forme protokolu.

  21. V závere protokolu zhodnoťte všetky získané výsledky.




Parametre:

Teploty vstupných prúdov na začiatku, keď sú výmenníky v rovnovážnom stave:

Jv1s=288 [K]

Jv2s=298 [K]

Jps=373 [K]

Číslo študenta

zapojenie

q1 [m3min-1]

q2 [m3min-1]

V1 [m3]

V2 [m3]

A1 [m2]

A2 [m2]

a1=a2 [kJ.min-1m-2K-1]

r [kg m-3]

cp [kJ.kg-1K-1]
1
1
0,5
0,5
5
6
15
17
72
900
3,84
2
2
0,5
0,5
4
4
14
14
72
900
3,84
3
1
0,4
0,6
4
6
14
17
72
900
3,84
4
2
0,4
0,6
5
5
15
15
72
900
3,84
5
1
0,6
0,4
7
7
20
20
72
900
3,84
6
2
0,6
0,4
5
6
15
17
72
900
3,84
7
1
0,7
0,3
7
6
20
17
72
900
3,84
8
2
0,7
0,3
7
7
20
20
72
900
3,84
9
1
0,3
0,7
6
5
17
15
72
900
3,84
10
2
0,3
0,7
5
4
15
14
72
900
3,84
11
1
0,8
0,2
6
6
17
17
72
900
3,84
12
2
0,8
0,2
7
4
20
14
72
900
3,84