MODELOWANIE PRZEPŁYWU POWIETRZA W KANAŁACH WENTYLACYJNYCH PIECZARKARNI

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "MODELOWANIE PRZEPŁYWU POWIETRZA W KANAŁACH WENTYLACYJNYCH PIECZARKARNI"

Kazimiera Stasiak
7 lat temu
Przeglądów:

1 Inżynera Rolncza 10(108)/2008 MODELOWANIE PRZEPŁYWU POWIETRZA W KANAŁACH WENTYLACYJNYCH PIECZARKARNI Leonard Vorontsov, Ewa Wachowcz Katedra Automatyk, Poltechnka Koszalńska Streszczene: W pracy przedstawono model matematyczny komputerowy procesu przepływu powetrza w kanałach wentylacyjnych peczarkarn. Równomerny rozpływ powetrza w peczarkarn uzyskano dzęk zastosowanu metod optymalzacyjnych do oblczeń pól powerzchn otworów nawewowych w kanale wentylacyjnym. Słowa kluczowe: peczarkarna, kanał wentylacyjny, przepływ powetrza, modelowane Wykaz oznaczeń D średnca kanału nawewowego [m], c p współczynnk oporu przepływu powetrza na wejścu do kanału nawewowego [-], E 1 odwrotność kapacytancj dla perwszego segmentu kanału [s m 2 ], E odwrotność kapacytancj dla -tego segmentu kanału [s m 2 ], K cśnenowa sztywność kanału [Pa m -3 ], l 1 długość perwszego segmentu kanału [m], l długość -tego segmentu kanału [m], m 1 masowe natężene powetrza, wpływającego do perwszego segmentu kanału [kg s -1 ], m 2 masowe natężene powetrza, wpływającego do drugego segmentu kanału [kg s -1 ], m masowe natężene powetrza, wpływającego do -tego segmentu kanału [kg s -1 ], m +1 masowe natężene powetrza, wypływającego z kanału [kg s -1 ], m s masowe natężene powetrza nawewanego z kanału do hal peczarkarn [kg s -1 ], mg 1 strumeń powetrza w perwszym segmence kanału [kg s -1 ], mg strumeń powetrza w -tym segmence kanału [kg s -1 ], n wykładnk poltropowy [-], p w cśnene powetrza wytwarzane przez wentylator [Pa], p 1 cśnene powetrza w perwszym segmence kanału [Pa], p cśnene powetrza w -tym segmence kanału [Pa], p -1 cśnene powetrza w -1 segmence kanału [Pa], cśnene powetrza w hal peczarkarn [Pa], p H 269

2 Leonard Vorontsov, Ewa Wachowcz Δp R spadek cśnena w segmence [Pa], Re lczba Reynoldsa [-], S pole powerzchn przekroju kanału nawewowego [m 2 ], SDN pole powerzchn otworu nawewowego kanału wentylacyjnego [m 2 ], t czas [s], α współczynnk oporu przepływu powetrza z kanału do hal przez otwory [-], ρ gęstość powetrza [kg m -3 ], θ temperatura powetrza [ºK], ν współczynnk lepkośc knematycznej [m 2 s -1 ], η współczynnk lepkośc dynamcznej [N s m -2 ], λ współczynnk oporu lnowego [-], c p Re 1 współczynnk oporu mejscowego na wejścu do kanału [-], ω prędkość obrotowa wentylatora [obr mn -1 ], ω rob zadana prędkość obrotowa wentylatora [obr mn -1 ], ω max maksymalna prędkość obrotowa wentylatora [obr mn -1 ]. Wprowadzene Podczas realzacj procesu hodowl grzybów koneczne jest zagwarantowane wymaganych przez technologów warunków mkroklmatycznych oraz składu atmosfery wewnątrz hal peczarkarn. Wymagany mkroklmat zapewnają nstalacje do zmany mkroklmatu oraz systemy sterowana, w które wyposaża sę peczarkarne [Sakson 2005]. Obektem badań w nnejszej pracy jest system przepływu powetrza w kanale wentylacyjnym (rys. 1), wyposażonym w wentylator. Rozpatrywany obekt jest ntegralną częścą nstalacj do zmany mkroklmatu w budynku peczarkarn. Celem pracy jest: sformułowane dla peczarkarn matematycznego oraz komputerowego modelu przepływu powetrza w kanale wentylacyjnym z wentylatorem, optymalzacja doboru wartośc pól powerzchn otworów nawewowych kanału wentylacyjnego, gwarantujących równomerny rozpływ powetrza w peczarkarn, przeprowadzene badań symulacyjnych procesów z wykorzystanem opracowanych model. Matematyczny model przepływu powetrza w kanale wentylacyjnym peczarkarn Rozpatrywany kanał wentylacyjny pokazano na rysunku 1. Kanał został podzelony na 11 segmentów. Wzdłuż kanału umeszczonych jest 27 otworów o średncy SDN, którym nawewane jest powetrze z kanału do hal w peczarkarn. W kanale umeszczony jest wentylator, którego prędkość robocza wynos 2800 obr. mn

3 Modelowane przepływu powetrza... Źródło: opracowane własne Rys. 1. Fg. 1. Kanał wentylacyjny z wentylatorem Ventlaton duct wth fan Podczas formułowana matematycznego modelu przepływu powetrza w kanale wentylacyjnym przyjęto następujące założena upraszczające: proces jest zotermczny, w danym segmence chwlowe wartośc parametrów gazu są: średne, jednakowe zależą tylko od czasu, przepływ jest zentropowy, o znanym stałym wykładnku przemany n, moduł odkształcalnośc przewodu K jest stały, cśnene w hal jest stałe, ścank kanału są dealne sprężyste, powetrze ne płyne z hal do kanału, współczynnk oporu wejśca do ln c p jest stały. Model uwzględna następujące zjawska fzyczne: przepływ powetrza burzlwy lub lamnarny, zmany cśnena, zmany prędkośc obrotowej wentylatora, rozpędzane sę slnka wentylatora. Matematyczny model kanału wentylacyjnego ma postać [Tarnowsk, Bartkewcz 2003]: Segment 1 dm1 S p w p 1 p R 1 dt l1 = ( ( Δ ) ) (1) l m ( ΔPR) = λ + (Re ) 1 D 2 ρ S cp 1 2 (2) dp1 mg1 = (3) dt E 1 271

4 Leonard Vorontsov, Ewa Wachowcz mg1 = m1 m (4) 2 ρ S l1 E1 = + K n R θ (5) Segment -ty dm S = ( p ( ) ) 1 p Δ p (6) R dt l dp dt mg E = (7) 2 8 l m ( ΔpR) = λ ρ π D 2 5 Dla przepływu lamnarnego, gdy Re < 2100 współczynnk oporu lnowego wynos 64 λ =, zaś dla przepływu burzlwego, gdy R > λ = Re Re (8) ρ S l E = + (9) K n R θ mg = m m m (10) s ms = α SDN 2 ρ ( p ph) (11) D m Re =, Re [ 1; ] S η (12) Wentylator Podczas badań symulacyjnych przyjęto, że w kanale wentylacyjnym zanstalowany jest wentylator frmy Deltafan model 450/KAN/8-8/30/400/H. Jego charakterystyka została użyta do defncj funkcj f w równanu (13). Wentylator rozpędza sę do zadanej prędkośc obrotowej według wzoru [Wahwahow 1975] ( 1, ) ω pw = f m ω. (13) ω Komputerowy model przepływu powetrza w kanale wentylacyjnym peczarkarn Na podstawe znajomośc matematycznego modelu przepływu powetrza w kanale wentylacyjnym peczarkarn opracowano model komputerowy, wykorzystując w tym celu toolbox Smulnk w środowsku programowym Matlab. Na rysunku 2 pokazano przykładowo komputerowy model perwszego segmentu kanału. rob 272

5 Modelowane przepływu powetrza... Rys. 2. Fg. 2. Komputerowy model perwszego segmentu kanału wentylacyjnego [Źródło: opracowane własne] Computer model of the frst ventlaton duct segment Wynk badań symulacyjnych przepływu powetrza w kanale wentylacyjnym Ponżej pokazano przykładowe wynk badań symulacyjnych przepływu powetrza w kanale wentylacyjnym w peczarkarn: zmany w czase strumen powetrza m (rys. 3) oraz zmany w czase strumen powetrza, wypływających z kolejnych segmentów kanału wentylacyjnego do hal peczarkarn (rys. 4) m m Strumen m [m3/h] Czas [mn] Źródło: opracowane własne Rys. 3. Fg. 3. Zmany w czase strumen powetrza w kolejnych segmentach kanału wentylacyjnego Changes n tme of ar streams n successve ventlaton duct segments 273

6 Leonard Vorontsov, Ewa Wachowcz m2 Strumen msdn [m3/h] m Czas [mn] Źródło: opracowane własne Rys. 4. Fg. 4. Zmany w czase strumen powetrza, wypływających z kanału wentylacyjnego do hal peczarkarn Changes n tme of ar streams flowng out from ventlaton duct nto mushroom-growng cellar Na rysunkach 3 4 wdzmy, że m jest wyższy numer segmentu kanału, tym mnejszy strumeń powetrza wpływa do segmentu. Na skutek mnejszego cśnena w każdym kolejnym segmence, strumeń powetrza nawewanego z kanału wentylacyjnego do hal peczarkarn maleje wraz ze wzrostem numeru segmentu kanału. Poneważ w hal peczarkarn wymagany jest równomerny rozpływ powetrza, koneczne było dobrane (z wykorzystanem metod optymalzacj) takego pola powerzchn otworów w każdym z segmentów od 2-go do 11-go kanału wentylacyjnego, aby strumene powetrza nawewanego do hal peczarkarn z każdego z segmentów posadały taką samą wartość. Jako narzędze optymalzacyjne został użyty toolbox Smulnk programu Matlab. Do poszukwana rozwązana zastosowano algorytm genetyczny. Zaproponowana funkcja celu ma postać F _ celu = ( ms2 ms3 + ms3 ms4 + ms4 ms5 + ms5 ms6 + ms6 ms7 + ms7 ms8 + + m m + m m + m m ) mn. (14) s8 s9 s9 s10 s10 s11 Dokładność oblczeń przyjęto na pozome 0,001, zaś maksymalną lczbę teracj ustawono na Wprowadzono następujące ogranczena wartośc zmennych decyzyjnych: SDN jest wększe lub równe 0,02 m 2 oraz jest mnejsze lub równe 0,07 m 2. Jako wartośc początkowe zostały przyjęte wartośc maksymalne zmennych decyzyjnych. Przykładowe wynk badań symulacyjnych, uwzględnających wynk oblczeń optymalzacyjnych, pokazano na rysunku

7 Modelowane przepływu powetrza... Źródło: opracowane własne Rys. 5. Fg. 5. Zależność uzyskanych w wynku optymalzacj strumen powetrza msdn, wpływających do hal peczarkarn z kolejnych segmentów kanału wentylacyjnego Dependence of ar streams msdn, obtaned usng optmsaton, whch flow nto mushroom-growng cellar room from successve ventlaton duct segments Podsumowane Analza logczna otrzymanych wynków badań symulacyjnych oraz weryfkacja logczna modelu pozwala stwerdzć, że model przepływu powetrza w kanale wentylacyjnym z wentylatorem został wykonany poprawne. Uzyskano równomerny wypływ powetrza z otworów nawewowych kanału wentylacyjnego do hal peczarkarn. Proponowany w pracy model kanału wentylacyjnego z wentylatorem będze wykorzystany podczas modelowana nstalacj do zmany mkroklmatu oraz systemu sterowana w budynku peczarkarn. Bblografa Tarnowsk W. Bartkewcz S Modelowane matematyczne symulacja komputerowa dynamcznych procesów cągłych. Wydawnctwo Uczelnane Poltechnk Koszalńskej, Koszaln. s Sakson N Peczarka: uprawa ntensywna. PWRL. Poznań. ISBN Wahwahow G.G Rabota wentlatorow w set. Strojzdat. Moskwa. UDK

8 Leonard Vorontsov, Ewa Wachowcz MODELLING OF AIR FLOW IN VENTILATION DUCTS OF MUSHROOM-GROWING CELLAR Abstract. The paper presents mathematcal and computer model of the ar flow process n ventlaton ducts of mushroom-growng cellar. Even spreadng of ar n mushroom-growng cellar was obtaned owng to the use of optmsaton methods for computng ar supply holes n a ventlaton duct. Key words: mushroom-growng cellar, ventlaton duct, ar flow, modellng Adres do korespondencj: Ewa Wachowcz; e-mal: ewa.wachowcz@tu.koszaln.pl Katedra Automatyk Poltechnka Koszalńska ul. Racławcka 15/ Koszaln 276

Podobne dokumenty

BADANIA CHARAKTERYSTYK HYDRAULICZNYCH KSZTAŁTEK WENTYLACYJNYCH

INSTYTUT KLIMATYZACJI I OGRZEWNICTWA ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z WENTYLACJI I KLIMATYZACJI: BADANIA CHARAKTERYSTYK HYDRAULICZNYCH KSZTAŁTEK WENTYLACYJNYCH 1. WSTĘP Stanowsko laboratoryjne pośwęcone badanu