heat exchanger, temperature control, inverse heat transfer problem, numerical model, digital PID control
Abstrakt
Przedmiot rozprawy jest związany z transportem ciepła w rurowych wymiennikach krzyżowoprądowych. Strumień ciepła przekazywany od czynnika gorącego do zimnego przy zadanych temperaturach wlotowych czynników można zmieniać między innymi poprzez zmianę strumieni masy czynników. Po uwzględnieniu, że wewnątrz rur wymiennika płynie woda a poprzecznie do osi rur powietrze, większy wpływ na temperaturę wody na wylocie z wymiennika i tym samym strumień przekazywanego ciepła, ma zmiana strumienia masy przepływającego powietrza realizowana poprzez zmianę prędkości obrotowej wentylatora. Odwrotne zagadnienie analizowane w pracy polega na wyznaczaniu liczby obrotów wentylatora n, przy której temperatura wody na wylocie z wymiennika ma z góry zadaną wartość. Bazując na metodzie objętości skończonej przedstawiono metodę budowy nieliniowego modelu numerycznego wymiennika rurowego o krzyżowym przepływie czynników, który jest odpowiedni do modelowania wymienników o złożonych układach przepływowych. Opracowano nowy model numeryczny dwurzędowego wymiennika krzyżowo-prądowego o dwóch biegach, który został zastosowany w zbudowanym układzie automatycznej regulacji temperatury wody na wylocie z wymiennika. Opracowano również cyfrowy regulator PID, który zastosowano do regulacji temperatury wody na wylocie z wymiennika za pomocą zmiany prędkości obrotowej wentylatora powietrza.
The aim of the dissertation is a steady-state inverse heat transfer problem for plate-fin and tube heat exchangers. The objective of the process control is to adjust the number of fan revolutions per minute so that the water temperature at the heat exchanger outlet is equal to a preset value. Two control techniques were developed. The first is based on the presented mathematical model of the heat exchanger while the second is a digital PID control. The first procedure is very stable. The digital PID controller becomes unstable if the water volumetric flow rate changes significantly. The developed techniques were implemented in digital control system of the water exit temperature in a plate fin and tube heat exchanger. The measured exit temperature of the water was very close to the set value of the temperature if the first method was used. The experiments showed that the PID controller works also well but becomes frequently unstable.
