Dynamické vlastnosti a návrh řízení výměníku tepla s promícháváním a spirálovým chlazením.

Abstract

Úkolem předložené diplomové práce bylo sestavit model průtočného míchaného tepelného výměníku chlazeného spirálou, kterou protéká chladicí kapalina. Jedná se o kombinaci systému se soustředěnými parametry (míchaný prostor výměníku) a systému se spojitě rozloženými parametry (chladicí spirála). Je uvažováno se změnou průtoků jak chlazeného tak chladicího média, v důsledku toho se jedná o systém nelineární. Model dynamiky míchané části je popsán obyčejnou diferenciální rovnicí, model spirály parciální diferenciální rovnicí. Tomu pak odpovídá model ustáleného stavu vyjádřený rovnicí algebraickou a obyčejnou diferenciální. K řešení ustáleného stavu je využita diferenční metoda, k řešení dynamiky pak diferenční metoda spolu se standardní metodou Runge-Kutta. Dynamické charakteristiky získané z matematického modelu jsou porovnány s charakteristikami naměřenými na reálném laboratorním výměníku, který součástí výbavy učebny reálných procesů. V poslední části práce je navrženo a simulováno řízení výměníku. Při návrhu regulátorů je použita polynomiální metoda spolu s metodou přiřazení pólů a je uvažováno řízení v 1DOF i 2DOF struktuře systému řízení. Všechny simulace jsou prováděny v prostředí programu MATLAB.