电场强化传热模糊PID控制与水平管外流动沸腾传热数值模拟

摘要

由于工程实际对高效传热技术的迫切需要以及EHD强化传热技术具有很好的强化效果，近年来EHD强化传热技术在国内外已经得到广泛的研究和应用。但电场强化换热和众多因素有关，从以往的研究来看，热流密度、工质的电物性和外施电压等参数均会影响传热效果，它们之间准确的关系尚未建立。这就造成在对其进行控制时，该换热系统的数学模型难于建立。模糊控制是以模糊数学作为理论基础发展起来的智能自动控制技术，它不需要掌握被控对象的精确模型，而是利用被控过程的动态信息，依据经验积累的知识规则进行推理获得最佳控制量。模糊控制具有较强的适应性，系统的鲁棒性强，尤其适用于时变、非线性、时滞系统的控制。模糊控制可以与PID控制相结合构成智能控制体系，其各性能相对于PID控制均有很大的改善。 本文采用模糊PID算法对其进行控制。根据其动态参数，建立模糊PID规则，并应用MATLAB软件对模糊PID算法进行仿真，将其结果与PID模拟结果进行对比。发现模糊PID控制在响应速度、抗干扰能力和稳态性能方均好于常规PID控制。最后对模糊PID控制算法进行了实验研究，并获得了令人满意实验的结果。对今后电场强化换热控制方面的设计具有一定的参考价值。 横纹槽管因其在传热性能上明显优于光管，且具有结构紧凑和加工制作方便等优点，在动力、能源、化工、核反应堆等场合中的蒸汽发生器和换热设备中得到了广泛应用。制冷剂R134a．是目前国际公认的和被广泛推荐作为CFC-12替代物的物质。R134a的特点是对大气臭氧层的破坏能力系数(ODP)为零，地球温室效应(GWP)值为0.26，不易燃，无毒，无腐蚀作用：是最具实用性的替代制冷剂工质，并且己经投入商业应用。由此可见，研究制冷剂R134a在水平横纹槽管管外沸腾传热对新制冷系统的设计开发和可靠运行具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文应用FLUENT软件对制冷剂R134a在水平光管和横纹槽管外饱和泡状沸腾过程进行了三维数值模拟。得到了饱和泡状沸腾过程温度场、速度场和体积含汽率的分布规律，以及这些参数沿流动方向的变化情况。结果表明：数值模拟能够很好的模拟横纹管水平管外饱和泡状沸腾传热，横纹槽管能够很好的强化传热。同时，本文还分析了质量流量、热流密度的变化对横纹管管外饱和泡状沸腾换热系数的影响，并应用场协同理论，从局部换热的角度分析了其管外沸腾强化的机理，为今后该方面的研究应用提供参考。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第1章绪论

1.1电场强化换热系统中的控制

1.2模糊控制概况以及研究进展

1.3沸腾换热概述

1.4水平流动沸腾换热研究现状

1.5强化换热的场协同研究

1.6本文的研究目的和意义

1.7课题的来源及主要研究内容

第2章电场强化传热温度模糊PID算法与仿真

2.1电场强化传热机理

2.2电场强化换热系统分析

2.3电场强化换热的温度对象动态特性

2.3.1温度对象的动态特性

2.3.2动态特性参数的实验测定

2.4模糊控制理论

2.5温度—流量系统的模糊PID控制

2.5.1模糊PID控制的优点

2.5.2参数模糊自整定PID控制器设计

2.6模糊PID算法仿真分析

2.6.1 MATLAB简介

2.6.2使用FUZZY工具箱设计模糊控制器

2.6.3仿真实验结果对比

2.7本章小结

第3章电场强化换热的模糊控制实验

3.1实验系统及流程

3.2实验主要设备

3.2.1数据采集卡

3.2.2温度变送器

3.2.3热电阻

3.2.4单相变频器

3.3实验软件部分

3.3.1 PID算法

3.3.2模糊PID算法

3.3.3模糊PID控制界面及其功能

3.4实验结果

3.5本章小结

第4章水平流动流动沸腾换热特性与数值模拟

4.1水平流动沸腾换热特性

4.1.1流动沸腾分布特性

4.1.2流动沸腾传热特性

4.2水平管外沸腾强化换热数值模拟

4.2.1几何模型和网格生成

4.2.2模型的计算

4.2.3模拟结果分析

4.2.4管外沸腾强化换热的场协同原理分析

4.3本章小结

结论与建议

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢

评定意见