Контрольна робота
Динаміка елементів систем криогенного забезпечення
Зміст
1. Основні рівняння динаміки елементів кріогенної системи
. Моделювання динамічних режимів в теплообмінних і парогенеруючих елементах КГС
. Динамічні характеристики нижньому ступені охолодження КГУ
Література
. Основні рівняння динаміки елементів кріогенної системи
Системи криогенного забезпечення енергетичних машин і пристроїв укомплектовані агрегатами, виконаними у відповідності з сучасним рівнем розвитку кріогенної техніки і технології. Кріогенні цикли, машини та апарати систем розраховують за оптимальними параметрами; вони здатні забезпечити високу ефективність процесу криостатирования об'єктів. Системи криостатирования створюють на основі базових кріогенних гелієвих установок, які оптимізовані на розрахункові параметри роботи і забезпечують необхідний температурний рівень і необхідну холодильну потужність.
Особливість кріогенної гелієвої системи (КГС) полягає в специфіці об'єкта криостатирования, який перш за все і визначає умови роботи системи.
Об'єктами криостатирования часто є надпровідні магнітні системи, в яких відбуваються непостійні в часі тепловиділення, різні за інтенсивністю та тривалістю дії. Додаткові тепловиділення об'єкта призводять до збільшення теплового навантаження на систему, до перерозподілу потоків робочих речовин, зміні їх параметрів, т. Е. До виникнення в системі криогенного забезпечення перехідних процесів.
Ступінь впливу динамічних тепловиділень на параметри системи багато в чому залежить від теплоаккумулирующей здатності елементів об'єкта криостатирования і ступенів остаточного охолодження і використання охолодження кріогенної установки.
Перехідні процеси в елементах КГС протікають в деякому інтервалі часу, і кожен нестаціонарний режим системи характеризується цілком певним законом зміни її параметрів у часі.
Розглянемо систему рівнянь динаміки для елементарного об'єму одновимірного теплообмінного апарату, що складається з двох підсистем - робочої речовини і оболонки каналу:
рівняння суцільності
;
рівняння енергії
;
рівняння теплового балансу
;
рівняння стану
;
рівняння руху
,
де F - площа прохідного перетину каналу; mi - маса матеріалу стінки; cмi - теплоємність матеріалу; ? i - локальний коефіцієнт тепловіддачі (передбачається, що він підпорядковується тим самим закономірностям, що і в статиці).
Величини, що входять до вищенаведені рівняння, як правило, змінюються в часі і вздовж ординати.
Система рівнянь, що описує фізичні моделі елементів КМБ, характеризує їх як лінійні об'єкти, динамічні властивості яких не залежать від виду і величини обурює впливу. Відомо досить обмежене число стандартних функцій впливу на вхідні параметри динамічної системи. Вплив може бути одиничним стрибкоподібним, імпульсним, лінійним, експоненціальним; може мати періодичний характер (синусоїдальна, прямокутна і трикутна хвилі).
При моделюванні динамічних процесів найбільш часто застосовують одиничне стрибкоподібне обурення, яке описується таким чином:
Реакція об'єкта характеризується розгінної характеристикою, яка дає найбільш повне уявлення про інерційність аналізованої системи.
Сучасні системи криогенного забезпечення об'єктів термостатирования являють собою складну розгалужену структуру, що містить елементи, пов'язані один з одним матеріальними та енергетичними потоками. Тому при аналізі динамічних процесів доцільно застосовувати комбіновані моделі окремих структурних вузлів, що складаються з розподілених і зосереджених математичних моделей окремих елементів. Даний підхід знаходить широке застосування при вирішенні динамічних і статичних завдань і, як випливає з робіт [10, 11, 18, 26], забезпечує досить високу точність рішення.
. Моделювання динамічних режимів в теплообмінних і парогенеруючих елементах КГС
При визначенні динамічних характеристик елементів теплоенергетичних систем використовують два підходи. В одному випадку застосовують аналітичні методи розв'язання вихідної системи рівнянь [26], а в іншому - чисельні методи з використанням ЕОМ [10, 16-18].
При вирішенні линеаризованной системи рівнянь динаміки теплопередающей поверхні за методом перетворення Лапласа іноді приймають допущення про сталість щіль...
