基于一阶滞后特性的换热网络动态模型及其求解.pdfVIP

石 油 化 工 2008年第37卷增刊 PEIROC髓^皿CALTeCHNOLOGY ·591· 基于一阶滞后特性的换热网络动态模型及求解 姜 涛，崔国民，倪 锦 (上海理工大学热工程研究所，上海200093) [摘要]把单体换热器处理为一个带纯滞后的一阶惯性环节。通过联立所有环节。建立了无分流分级超结构换热网络的动态数学 模型，片利用数值厅法迭代求解，得到r当流体入口参数发生扰动时，各流体出u参数的动态响应。该方法为换热网络的动态建 模提供了一种新的思路，其求解结果表明所建它的动态数学模趔符合实际情况，且其具有一阶滞后特性的传递函数能够运用于换 热网络的控制中。 [关键词]换热网络；动态模型；纯滞后；～阶惯性环节 [中图分类号]TQ051．5[文献标识码]A 在现代化工生产过程中，由于种种因素的干 1 换热器的动态数学模型 扰和破坏，换热网络的运行工况经常偏离正常情 在工业出匿中，大部分被控对象都为具有纯滞后特 况，必须通过自动控制保证正常运行，而换热设备 征的一阶或二阶惯性环节。根据换热器的特点，其动态 的动态特性是分析、设计和改进换热设备及其控 数学模型可以用具有纯滞后的一阶惯性环节表示为： 制系统的重要依据。特别是近几年来，随着国内 外开始鼋视换热网络系统的优化设计及化工过程 Jq-P1 (1) G㈤=矗1I 仿真系统的开发，对换热网络过程动态行为的研 式中，G(s)为出口参数变化与人口参数变化的比 究显得尤为重要¨“J。目前一些学者建立了换热 值；T，K，7为3个决定换热器动态响应过程的时 网络动态特性的分析表达式。李政等”1在国产 间型参数，r是时间常数，反映流体参数变化的快 200 t／h循环流化床锅炉建模与仿真工作中开发了 慢，K是静态放大系数，丁是滞后时间，由容积滞后 一种复杂换热器系统动态特性的计算方法。杨德 时间和纯滞后时间两部分组成。考虑换热器管道 明旧1以能量守恒为基础，建立了换热网络的机理 中流体流速的分布，在实际应用中，对r进行修正， 动态数学模型。但这些表达式的通用性及实用性 修正系数孝根据实际情况取值。通过理论分析能够 较差，因此进行换热网络的动态特性研究具有十 建立不同换热器的动态特性参数，从而获得换热器 分重要的意义。 的出口动态响应，研究其动态特性。 本工作基于换热器的一阶滞后特性，把单体换 例如，对一个逆流两股流板翅式换热器，研究 热器处理为一个带纯滞后的一阶惯性环节，建立了 当热流体温度发生阶跃变化时，冷、热流体出口温 换热网络的动态数学模型，为换热网络的动态建模 度的动态响应，得到逆流情况下其动态特性参数的 与求解提供了一种新的思路。 表达式分别为： …： 疋=鲁；K2瓦Atco (3) 2筝碡1葑…砖 尝热霸葩仁#： 瓦=鲁；瓯=会等=鬻；r。=亭n喜÷ (4) 换热器及流体参数如表l所示。 当换热器热流体入口温度发生阶跃量为R= 表1换热器及流体参数 m／ A／ 口／ L／ ,pGC,