TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH NHIỆT - PHẦN I LÝ THUYẾT ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG CHƯƠNG 1 : MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU CHỈNH VÀ XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH Đ
Trang 11 2 2
2 1
1
2 f 1 f r
l l
r
r ln 2
1 r
2
1 r
2 1
) t t ( l
rl 2 t l
Q q
πλ
+ α π
+ α π
ư
= π λ
=
Nhiệt độ các mặt biên là:
1 2 2
2 1 1
1 1 2 f 1 f 1
f 1 1
w
r
r ln r
r
r ) t t ( t
) r
t
t
+ α
λ + α λ
α
λ
ư
ư
=
=
1 2 2
2 1 1
1 1 1
2 2 f 1 f 1 f 2 2
w
r
r ln r
r
) r r
r )(ln t t ( t ) r
t
t
+ α
λ + α λ
α
λ +
ư
ư
=
9.6 Dẫn nhiệt qua cánh
Khi muốn tăng cường truyền nhiệt, người ta thường gắn các cánh trên mặt toả nhiệt, chẳng hạn trên xilanh hoặc stato của các động cơ Theo kết câu, người ta
có thể gắn cánh thẳng, cánh tròn tiết diện không đổi, hình thang hoặc tam giác
Đặc đIểm của cánh là chiều dày δ của cánh rất bé so với các kích thước khác, do
đó nhiệt độ tại mỗi tiết diện f được coi là phân bố đều và chỉ thay đổi theo chiều cao x của cánh
9.6.1 Bài toán truyền nhiệt qua cánh phẳng có tiết diện không đổi
Tìm phân bố nhiệt độ và lượng nhiệt truyền qua 1 cánh thẳng có diện tích f
= δL và chu vi tiết diện u = 2(L + δ) không đổi, khi nó tiếp xúc chất lỏng nóng
có nhiệt độ tf1 với hệ số toả nhiệt α1 và tại đỉnh cánh là αl, biết chiều cao l và nhiệt
độ tại gốc là t0
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
λ
ư
=
ư α
λ
ư
=
ư α
= +
(3)
(2)
(1)
) r t t
) r t
) r t ) r t t
0 dr
dt r
1 dr
t d ) t (
2 r 2
f 2 2
1 r 1
1 f 1 2
9.6.2 Tìm phân bố nhiệt độ
Tại độ cao x xét phân tố dV = f.dx của cánh Phân tố này có biên loại 3 tại mặt udx nên nó không phải phân tố trong, không tuân theo phương trình
t
a
∇
=
τ
∂
∂
, Phương trình cân bằng nhiệt cho dV là:
δQα = Qx - Qx+dx
Giỏo trỡnh hướng dẫn cỏch phõn tớch một bài toỏn
nhiệt trong Vật lý
Trang 2, dx dx
d f f dx dx
d dx
d f dx
d
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛θ+ θ λ
+
θ λ
ư
=
0 m
"
f
u
" θ = θ ư ư 2θ = λ
α
ư θ
với m = ,
f
u
λ
α
(m-1)
Nghiệm tổng quát của phương trình trên có dạng: θ(x) = C1eml + C2e-ml Các hằng số C1 và C2 tìm theo ĐKB loại 1 tại x = 0 và loại 3 tại x = l:
⎪⎩
⎪
⎨
⎧
ư λ
α
ư
=
ư
+
=
θ
→
⎭
⎬
⎫ θ α
=
λθ
ư
θ
=
ư
=
θ
ư
ư
) e C e C ( e
mC e
mC
C C )
i ( )
l
(
'
t
t
)
0
(
ml 2 ml 1 1 ml
2 ml
1
2 1 0
2
0 f
0
Giải ra ta được:
) ml ( sh m ) ml ( ch
) x l ( m sh m ) x l ( m ch )
x (
1
1 0
λ
α +
ư λ
α +
ư θ
= θ
Trong tính toán kỹ thuật, có thể coi α1 = 0 (do f<< ul), khi đó phân bố nhiệt
) ml ( ch
) x l ( m ch )
x
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡ λ α
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
λ
α
ư
ư +
=
f
u ch
f
u ).
x 1 ( ch ) t t ( t ) x (
Với thanh trụ dài vô han có f = const, phân bố nhiệt độ sẽ là:
0 0
l
e )
ml ( ch
) x l ( m ch )
x
∞
→
θ
=
ư θ
= θ
9.6.3 Tính lượng nhiệt qua gốc cánh
) ml ( th m 1
) ml ( th m f m ) 0 ( ' f Q
1
1 0
λ
α +
+ λ
α θ λ
= θ λ
ư
Khi coi α1 = 0 thì Q = mλfθ0th(ml) Với thanh dài vô hạn thì Q = mλfθ0 Lượng nhiệt truyền qua các loại cánh khác thường được tính gần đúng theo công thức của cánh thẳng tương ứng rồi nhân với 1 hệ số hiệu chỉnh cho từng loại cánh
Trang 3TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH NHIỆT - PHẦN I
LÝ THUYẾT ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG
CHƯƠNG 1 : MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU CHỈNH VÀ XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA NÓ CHƯƠNG 3: TÍNH CHẤT CỦA CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH VÀ CÁCH
XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦ CHÚNG CHƯƠNG 4: CÁC KHÂU TIÊU BIỂU CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH
TỰ ĐỘNG VÀ CÁC ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA CHÚNG CHƯƠNG 5: CÁC ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CHƯƠNG 6: TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
Trang 4
CHƯƠNG 1 : MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN :
1.1 Sơ lược về quá trình phát triển của LTĐCTĐ và một số thuật ngữ của LTĐCTĐ:
Lý thuyết điều chỉnh tự động là Khoa học nghiên cứu những nguyên tắc thành lập hệ tự động về những quy luật của các quá trình xảy ra trong hệ thống Nhiệm vụ chính của ngành khoa học này là xây dựng những hệ tự động tối ưu và gần tối ưu bằng những biệt pháp kỹ thuật , đồng thời nghiên cứu các vấn đề thuộc về tĩnh học và động học của hệ thống đó Những phương pháp hiện đại của lý thuyết điều chỉnh tự động giúp chúng ta chọn được cấu trúc hợp lý của hệ thống, xác định trị số tối ưu của thông số, đánh giá tính ổn định và những chỉ tiêu chất lượng của quá trình điều chỉnh
Tiền thân của môn khoa học kỹ thuật điều chỉnh tự động ngày nay là kỹ thuật và lý thuyết điều chỉnh máy hơi nước bắt đầu vào thời kỳ Cách mạng công nghiệp của CNTBản
Năm 1765 xuất hiện một cơ cấu điều chỉnh công nghiệp đầu tiên đó là bộ điều chỉnh tự động mức nước trong nồi hơi của Nhà cơ học Nga U - U - ΠΟΛΖΥΗΟΒ (Pôlzunốp ) Hệ thống điều chỉnh mức nước này đượcthể hiện sơ lược trên hình vẽ sau:
Gần 20 năm sau, năm 1784 Jame Watt nhà cơ học người Anh đã nhận bằng sáng chế về bộ điều tốc máy hơi nước kiểu con quay ly tâm Về nguyên lý điều chỉnh thì bộ điều tốc của Jame Watt không khác so với bộ điều chỉnh mức nước của Polzunốp, nhưng khác hoàn toàn về cấu tạo và mục đích ứng dụng
Hơi nước
Nước cấp
Q
y
µ
Hình 1.1: Bộ điều chỉnh mức nước trong nồi hơi
Trang 5TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH NHIỆT - PHẦN I
Nguyên lý hoạt động :
Chuyển động quay của trục máy hơi nước được chuyển một cách tỷ lệ thành chuyển động của con quay ly tâm Hai quả trọng khi chuyển động quay quanh trục đứng tạo ra lực ly tâm và nhờ hệ thống thanh truyền lực, kéo theo sự chuyển dịch của con trượt M lên phía trên cho đến khi cân bằng với lực lò
xo L Như thế độ dịch chuyển của con trượt M liên hệ chặt chẽ với tốc độ quay y của máy hơi nước, cánh tay đòn l1, l2 làm chuyển dịch trục van điều chỉnh theo hướng chống lại chiều thay đổi tốc độ quay của máy hơi nước Như vậy tốc độ quay của máy hơi nước được giữ ở một giá trị cân bằng nào đó phụ thuộc vị trí cơ cấu định trị Z
Các bộ điều chỉnh của Pôlzunốp và của Jame Watt đều tạo ra sự chuyển động van điều chỉnh chỉ nhờ vào năng lượng trực tiếp của cơ cấu đo nên có tên gọi là các bộ điều chỉnh trực tiếp
Theo yêu cầu phát triển công suất của thiết bị, các bộ phận của van điều chỉnh có kích thước và trọng lượng ngày càng tăng Do vậy lực cản đối với các bộ phận chuyển động cũng tăng theo tới mức các bộ điều chỉnh trực tiếp không đủ công suất để hoạt động Mặt khác chúng không có khả năng duy trì chính xác giá trị đại lượng điều chỉnh khi thay đổi phụ tải ( thay đổi công suất) Hiện tượng đó gọi là độ không đồng đều của qúa trình điều chỉnh hay điều chỉnh có độ sai lệch dư ( có sai số tĩnh học ) thực vậy khi đối tượng mang phụ tải mới, cánh mở của cơ quan điều chỉnh phải có vị trí mới tương ứng ( phụ tải càng lớn, cần lưu lượng hơi, nước càng lớn Muốn vậy cửa thoát của van điều chỉnh phải mở càng rộng) Để giảm độ không đồng đều người ta đã cố gắng tăng tỷ số của cánh tay đòn l1/l2 Song tăng tỷ số đó đến một giá trị nào đó thì gặp
Hơi nước
y
µ
l2
M
Z L l1
TUỐC BIN HƠI NƯỚC
Hình 1.2: Bộ điều chỉnh tốc độ quay của Tuốc bin
