Математическому описанию устройств формирования теплового воздействия посвящено большое количество работ, однако математическое описание устройств формирования теплового воздействия в этих работах сводится к статическим моделям. Несмотря на большое количество работ, практически отсутствуют исследования по изучению динамики системы охлаждения испаритель-термовентиль (ТРВ), входящей в теплообменник охлаждения в нестационарных условиях работы.
Группой ученых ведется работа над созданием экспериментальной системы, предназначенной для исследования свойств материалов и изделий. В качестве испытательной среды используется калибровочный жидкостной термостат, в который помещаются образцы исследуемых биоматериалов. В жидкостном термостате объединены циркуляционные и напорные насосы в одном устройстве. В качестве системы охлаждения используется хладагрегат, который включает одноступенчатую парокомпрессионную машину (для получения сравнительно низких температур до –30 С°)
Принципиальная схема термостата и хладагрегата представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Принципиальная схема установки.
Для регулирования заполнения испарителей малой мощности применяют ТРВ с внутренним выравниванием, так как падение давления по длине испарителя незначительно. Выбор ТРВ связан с заданной холодопроизводительностью системы охлаждения.
Холодопроизводительность ТРВ определяется по формуле:
( 1)
Расход жидкого хладагента через дроссельное отверстие ТРВ определяется формулой:
(2)
где rа – плотность жидкости перед отверстием; pа и p0 – давление до и после отверстия; f – площадь проходного сечения; a – коэффициент расхода.
В технической характеристике прибора указывают две точки: минимальный перегрев, который вызывает начало открывания клапана («закрытый» перегрев ); номинальный рабочий перегрев и соответствующее ему значение Qном. Здесь Qп = t0 – tп, где tп — температура патрона.
Производительность при номинальном режиме Qном составляет 50 – 90 % Qмах, которая соответствует полному открытию клапана.
Производительность при номинальном режиме Qном составляет 50 – 90 % Qмах, которая соответствует полному открытию клапана.
В первом приближении статическую характеристику ТРВ можно считать линейной. Тогда по указанным двум точкам (Qз,Q = 0 и Qном, Qном) можно получить основную статическую характеристику (при полностью ослабленной пружине).
Значение закрытого перегрева регулируется натяжением пружины и у разных моделей может лежать в пределах от 1÷3°С до 5÷10°С. При увеличении закрытого перегрева (и соответственно общего) статическая характеристика эквидистантно сдвигается вправо.
Для исследования динамики системы «испаритель — ТРВ» воспользуемся методом линейной модели [1], приняв некоторые дополнительные упрощения:
- сила трения в механизме перемещения мембраны мала;
- массой клапана можно также пренебречь;
- влиянием небольших изменений tа, t0 на значение расхода пренебрежем.
Qз0, Q0н, Q0м – «закрытый», номинальный и максимальный перегрев; DQ – диапазон пропорциональности; Мтрв.н, Мм – номинальная и максимальная подача ТРВ.
Рисунок 2. Статическая характеристика ТРВ:
В соответствии с выше сказанным, массовая подача хладагента через ТРВ
(3)
где q = qп — qз – перегрев измерительного патрона относительно начала открывания клапана;
qп – перегрев патрона относительно температуры кипения хладагента;
qз – настраиваемый «закрытый» перегрев (смещение характеристики);
— коэффициент режима работы;
— коэффициент пропорциональности, вычисляемый для специфицированного режима работы.
Разложив значение подачи в окрестности некоторой рабочей точки в ряд Тейлора и ограничившись линейными членами, для изменения подачи DM запишем:
(4)
где. , .
Температуру патрона и температуру пара на выходе из испарителя можно связать уравнением
или, (5)
где — постоянная времени термопатрона, Qи.в, Qп — величина перегрева пара на выходе из испарителя и термопатрона относительно некоторой установившейся температуры кипения t00 хладагента в испарителе.
Найденная температура патрона ТРВ и пара хладагента на выходе из испарителя позволит рассчитать оптимальный процесс работы системы охлаждения термостата.
Список литературы
- Володин, Ю. Г. Конструирование систем терморегулирования подвижных радиоэлектронных комплексов. [Текст] / Ю.Г. Володин, Г. В. Милюков— М.: Советское радио, 1977.
- Волохов, В. А. Системы охлаждения теплонагруженных радиоэлектронных приборов. [Текст] / В. А. Волохов, Э.Е. Хрычиков, В.И. Киселев— М.: Советское радио, 1975
- Грабой, Л. П. Расчет времени выхода в режим и статической ошибки регулирования в системах термостабилизации тепловыделяющих объектов. — Вопросы радиоэлектроники. [Текст] / Л. П. Грабой, С. М.Горохов, Л.П. Ленская Сер. ТРТО* 1976, вып. 1.
- Демина, Ю.А. Экспериментальная автоматизированная система контроля манометрических терморегуляторов. [Текст] / Ю.А. Демина, Е.Г. Демина, В.Ю. Преснецова, Т.Г.Денисова // Автоматизация процессов управления., Ульяновск: ФНПЦ ОАО «НПО «Марс», 2011., С. 92-98.
- Демина, Е.Г. Моделирование системы управления жидкостного термо-стата многофункцинальной экспериментальной автоматизиро-ванной системы, предназначенной для исследования свойств материаллов – Режим доступа: type=»book» name=»СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ИСПАРИТЕЛЬ-ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИЙ ВЕНТИЛЬ АКТИВНОГО ТЕРМОСТАТА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЙ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ.» description=»В статье рассматривается моделирование терморегулирующего вентиля, управляющего подачу хладагента в испаритель канала системы охлаждения экспериментальной системы, предназначенной для исследования свойств материалов и изделий.» author=»Демина Елена Григорьевна, Демина Юлия Александровна» publisher=»Басаранович Екатерина» pubdate=»2016-12-06″ edition=»euroasia-science_30_22.09.2016″ ebook=»yes» ]