Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
Основой для численного решения уравнения (4.324) являются конечно-раз-ностные схемы, при которых теплофизический объект (рабочее пространство печей, камеры сгорания, топки котельных установок) разбивается на сравнительно крупные элементы — зоны. Поэтому метод получил название метода крупной сетки, или зонального метода. Размер зон определяется в основном количеством выделенных зон, при этом разумное (с позиции точности и быстродействия) количество зон составляет около 200-300, что приводит к появ-
306
лению зон сравнительно больших размеров. Основные особенности зонального метода расчета были рассмотрены выше.
Однако наиболее полно требования к имитационно-оптимизирующей модели процессов сложного теплообмена и массообмена удовлетворяет на современном этапе динамических зонально-узловой метод расчета, позволяющий в дополнение к зональной методике более детально рассчитывать в динамике поля температур в органическом сочетании с расчетами гидродинамических процессов.
Для обеспечения процедур оптимизации тепломассообменные модели дополняются моделями оптимизации, например, типа метода линейного программирования и др.
2.1.11. Динамический зонально-узловой метод (ДЗУ-метод)
На современном этапе решение задач теплообмена (в приложении к задачам проектирования, проверочных расчетов, АСУ ТП и т.д.) требует учета как динамики нагрева (для кладки и нагреваемого материала), так и учета газодинамики и процессов кондуктивного переноса в газообразной теплопередающей и в тепловоспринимающей среде. Таким образом, с учетом наличия радиационного переноса возникает задача сложного теплообмена, в котором системы уравнений типа (4.267), (4.312) должны применяться к трем основном обменным компонентам — движущимся средам: теплопередающей — газообразной; тепловоспринимающей — твердой или жидкой и обмуровке-кладке. При этом переносная модель, в общем виде представленная на рис. 4.119 применительно к процессам теплообмена в системе трех тел: “газ - кладка - материал”, принимает вид рис. 4.123.
До последнего времени применительно к реальным объектам управления эта комплексная задача не была решена: отдельно решались уравнения тепло-
Рис. 4.123. Геометрический абрис модели динамического зонально-узлового метода расчета (ДЗУ-метода) радиационного и сложного теплообмена (на примере противотока) в системе трех термически массивных движущихся сред: вязкой теплоотдающей (1), сплошной — тепловоспринимающеи обрабатываемой (2) и кладки-обмуровки (3): М — металл; К — кладка; П — поверхность; Qnpe] и Qnотк — результирующие тепловые потоки на поверхность обрабатываемой среды и кладки
307
обмена (пример многозональной модели приведен на рис. 4.120) и газодинамики, при этом учет динамики нагрева, как правило, не проводился.
К настоящему времени разработаны приемы, позволяющие стыковать решения уравнений теплопередачи и газодинамики конечно-разностным методом в рамках крупной сетки (в зональной постановке) для учета процессов радиационного переноса и в рамках мелкой сетки (узлов) для учета процессов кондуктивного переноса и газодинамики. При этом удается учитывать динамику нагрева. В целом этот метод, разработанный в УГТУ - УПИ под руководством В. Г. Лисиенко, определяется как динамический зонально-узловой метод (ДЗУ-метод) и может в настоящее время являться основой имитацион-но-оптимизирующих моделей верхнего уровня для проектирования и управления в энерготехнологических агрегатах. Этот метод органически объединил воедино преимущества зональных и потоковых методов, наложив на них дополнительные преимущества в виде синхронного моделирования гидродинамики процессов. Для решения конкретных задач могут использоваться отдельные элементы метода. В целом метод опирается на следующие основные положения (см. рис. 4.123).
1. В основу решения системы (4.325) положен многозональный подход (метод крупной сетки), связанный с разбиением системы из движущихся газов и нагреваемых материалов, а также кладки на т объемных и п поверхностных зон (см. рис. 4.123) и записью системы уравнений теплового баланса и теплопередачи (в записи радиационного члена через селективные коэффициенты радиационного обмена Ау и AJ) для зоны j (в многозональной постановке).
С учетом динамической составляющей в уравнении (4.325) система уравнений в конечно-разностной (дискретной) интерпретации для зоны j приобретает вид:
где тип — число объемных и поверхностных зон модели; Ау и AJ — селективные коэффициенты радиационного обмена; g и g. — коэффициенты конвективного обмена; О — источниковый член; V. — объем зоны /; Т.иТ —
’ *7 ] J ‘ J
температуры соответственно зон i и j; А Т. — приращение температуры в зоне j за шаг по времени Дт.
При этом динамика теплопереноса учитывается разбиением времени на конечные отрезки Дт с изменением температуры на этом шаге ДГ.
Важнейшей задачей численного решения систем уравнений математической модели на основе ДЗУ-метода является стыковка системы зональных уравнений (4.325) (крупно-зональная сетка) с уравнениями переноса энергии в нагреваемом материале и вязкой газообразной среде (см. уравнения (4.326) и
