板翅式換熱器是熱力系統(tǒng)的核心設(shè)備之一,具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效果好、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)換熱器相比,板翅式換熱器的傳熱效率提高20%~30%,同時(shí)成本降低了50%,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于空氣分離、石油化工、汽車航空、原子能和機(jī)械等領(lǐng)域。研究板翅式換熱器的氣阻特性,對(duì)提高換熱器的換熱效率和能源利用率具有重要意義。為了能夠精確地測(cè)量板翅式換熱器的氣阻值,設(shè)計(jì)了一套精確度高、測(cè)量范圍廣、穩(wěn)定性好、自動(dòng)化程度高的氣阻測(cè)試系統(tǒng)。板翅式換熱器氣阻特性測(cè)試系統(tǒng)利用數(shù)字顯示和自動(dòng)化采集技術(shù),大大提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度和穩(wěn)定性,改良了氣阻測(cè)定方法。本文首先總結(jié)了板翅式換熱器和測(cè)試系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì);接著提出了測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案,本系統(tǒng)分為三層:中央控制層、數(shù)據(jù)采集層和基礎(chǔ)設(shè)施層。此三層又可分為兩部分,硬件部分和軟件部分。硬件系統(tǒng)主要包括風(fēng)量控制系統(tǒng)和安捷倫數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。軟件部分基于.NET平臺(tái)開發(fā),主要模塊包括:實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊、風(fēng)量控制模塊、歷史數(shù)據(jù)查詢模塊、傳感器標(biāo)定模塊等。軟件部分實(shí)現(xiàn)了換熱器初始化信息的輸入、精確控制風(fēng)量、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、故障報(bào)警、數(shù)據(jù)分析計(jì)算等功能,具有界面友好、穩(wěn)定性高、可擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。為了驗(yàn)證風(fēng)量測(cè)量箱的設(shè)計(jì)合理性與測(cè)量的準(zhǔn)確性,對(duì)其進(jìn)行了CFD分析。主要利用動(dòng)量守恒方程、質(zhì)量守恒方程、k-ε方程建立風(fēng)量測(cè)量箱氣體流動(dòng)模型。氣道主要分為直流段、上升段、平頂段和下降段四大部分,采用不同的網(wǎng)格劃分算法進(jìn)行網(wǎng)格切分。在設(shè)定多種入口流量條件下,進(jìn)行模擬仿真,測(cè)量噴嘴前后壓差,驗(yàn)證風(fēng)量測(cè)量的準(zhǔn)確性與風(fēng)量測(cè)量箱設(shè)計(jì)的合理性。同時(shí)分析了在開放環(huán)境下,溫度、濕度和組分變化對(duì)流量測(cè)量結(jié)果的影響,結(jié)果表明:組分對(duì)結(jié)果影響較小,溫、濕度對(duì)結(jié)果影響較大,需要進(jìn)行相關(guān)修正。針對(duì)本系統(tǒng)中風(fēng)量控制模型的復(fù)雜程度高、風(fēng)量測(cè)試范圍大、開式環(huán)境影響因素多等特點(diǎn),本系統(tǒng)采用了模糊PID控制方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)風(fēng)量的快速、精確、高效的控制。仿真結(jié)果表明,較傳統(tǒng)PID控制而言,模糊PID控制在高階、滯后、變風(fēng)量控制系統(tǒng)中具有響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性高、適應(yīng)能力好等優(yōu)勢(shì)。對(duì)研制完成的板翅式換熱器氣阻特性測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了硬件、軟件調(diào)試和風(fēng)量精度驗(yàn)證。結(jié)果表明本系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、測(cè)量精度高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。
【學(xué)位單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK172
【部分圖文】：

目背景及意義翅式換熱器是熱力系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，主要作用是對(duì)空氣進(jìn)行換熱降溫達(dá)到時(shí)又對(duì)熱量進(jìn)行回收利用。板翅式換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效率高、質(zhì)量輕等特點(diǎn)[1]。與傳統(tǒng)換熱器相比，其傳熱效率提高了 20%~30%，同時(shí)成本約降低泛應(yīng)用于空氣分離、石油化工、制冷液化、汽車航空、原子能和機(jī)械制造等換熱器主要由翅片、封條、導(dǎo)流片和隔板組成，其傳熱過(guò)程主要依靠翅片和隔體流經(jīng)翅片和隔板時(shí)會(huì)有強(qiáng)大的紊流，使得熱阻的邊緣不斷被破壞，熱空氣溫完成傳熱過(guò)程[3]。能源是保證國(guó)家可持續(xù)發(fā)展和提高人民物質(zhì)生活水平的基礎(chǔ)國(guó)情是人口多，日常能源消耗巨大，能源的人均占有率低，而且我國(guó)的能源包等需要大量進(jìn)口，與西方國(guó)家存在巨大差距[4]。為了保證國(guó)家富強(qiáng)、穩(wěn)定、茁須提高對(duì)能源的利用率。如下圖 1.1 所示，是我國(guó) 2010 年~2016 年全國(guó)能源消。從圖中可以看出，近 7 年來(lái)，我國(guó)的能源消耗總量不斷增加，能源問(wèn)題也日題已成為我國(guó)現(xiàn)階段的關(guān)鍵性問(wèn)題之一。故針對(duì)板翅式換熱器氣阻特性的研究器換熱性能，節(jié)約能源，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展具有重大意義。

變性的控制對(duì)象。（4） 模擬人類思維，智能控制，適應(yīng)能力強(qiáng)。但模糊控制也不是萬(wàn)能的，也具有局限性，存在如下缺點(diǎn)：（1） 系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)震蕩和超調(diào)；（2） 只能模糊規(guī)則內(nèi)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，超出規(guī)則就無(wú)法控制；（3） 對(duì)控制對(duì)象的控制精度不是很高；（4） 模糊規(guī)則主要依靠經(jīng)驗(yàn)制定，沒用統(tǒng)一的制定規(guī)則，存在一定的局限性。正因模糊控制的缺點(diǎn)，模糊規(guī)則的發(fā)展趨勢(shì)是與其他優(yōu)秀的智能控制算法相結(jié)合，形成更加智能的控制算法，比如模糊 PID 控制、自適應(yīng)模糊控制、多變量模糊控制、遺傳模糊控制、神經(jīng)模糊控制等。（1）傳統(tǒng)模糊控制傳統(tǒng)模糊控制器主要由模糊器、模糊推理機(jī)和解模糊器組成的一種智能控制算法[38]。將輸出量 Y 的偏差 e 和偏差變化率 ec 作為控制器的輸入量，按照知識(shí)庫(kù)將輸入量進(jìn)行模糊化與反模糊化。傳統(tǒng)模糊控制器主要包括模糊控制器、控制對(duì)象、輸入輸出、測(cè)量裝置和反饋裝置等，其中核心部分是模糊控制器，如下圖 1.2 所示，是傳統(tǒng)模糊控制器結(jié)構(gòu)圖。

圖 1.3 模糊 PID 控制器結(jié)構(gòu)圖（3）自適應(yīng)模糊控制傳統(tǒng)模糊控制器對(duì)比例、隸屬度函數(shù)、模糊規(guī)則等數(shù)據(jù)的確定都是主觀的，對(duì)于復(fù)雜、多變的系統(tǒng)一般很難達(dá)到工業(yè)控制要求[40]。自適應(yīng)模糊控制能夠突破傳統(tǒng)模糊控制器的限制隨著系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)的改變而做出相應(yīng)的調(diào)整，極大提高了系統(tǒng)的魯棒性。（4）多變量模糊控制當(dāng)控制系統(tǒng)中的輸出量 Y 同時(shí)受到幾個(gè)控制量的影響，那么輸出量與幾個(gè)控制量建立的模糊關(guān)系矩陣被稱作多變量模糊控制器[41]。多變量模糊控制器包含多個(gè)規(guī)則庫(kù)，使用分層、分級(jí)、分解的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。如下圖 1.4 所示，是多變量模糊控制器結(jié)構(gòu)圖。圖 1.4 多變量模糊控制器的結(jié)構(gòu)圖（5）遺傳模糊控制遺傳算法是一種模擬動(dòng)物進(jìn)化機(jī)制對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的算法[42]。它依據(jù)“物競(jìng)天擇、
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2857265