Phần mềm được viết trên nền ứng dụng C# mô tả về các đặc tính tĩnh và động của các bề mặt truyền nhiệt trong nhà máy Nhiệt điện. Phần mềm cung cấp khả năng sử dụng các mô hình toán học với tham số phân phối hoặc tập trung để mô phỏng các hình thức truyền nhiệt trong chu trình nhiệt của nhà máy - Tán xạ nhiệt, đối lưu nhiệt với môi trường bên ngoài nằm trên đường bão hòa, bức xạ nhiệt.
PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 143 PHẦN MỀM TÍNH TỐN ĐẶC TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT (GAP) ThS Nguyễn Tiến Sáng1, GS TSKH Pikina G A2, Nguyễn Tiến Khang3 Tổng công ty Phát điện 1, 2Đại học Năng lượng Mát-xcơ-va, 3Viện Đo lường Việt Nam Tóm tắt: Phần mềm viết ứng dụng C# mô tả đặc tính tĩnh động bề mặt truyền nhiệt nhà máy Nhiệt điện Phần mềm cung cấp khả sử dụng mơ hình tốn học với tham số phân phối tập trung để mô hình thức truyền nhiệt chu trình nhiệt nhà máy — Tán xạ nhiệt, đối lưu nhiệt với mơi trường bên ngồi nằm đường bão hịa, xạ nhiệt Phần mềm sử dụng hiệu phục vụ công tác giảng dạy nghiên cứu học viên cao học môn Tự động hóa q trình nhiệt, Đại học Năng lượng Mát-xcơ-va Phần mềm giúp nhà nghiên cứu lập mô hình mơ đối tượng cần điểu khiển chu trình nhiệt, từ xây dựng tham số điều khiển tối ưu, giúp tối ưu hóa tổ máy, đảm bảo nguồn điện ổn định Từ khoá: Phần mềm, C#, model, bề mặt truyền nhiệt, mơ hình tốn học, phân phối, tập trung, đặc tính tĩnh, đặc tính động, tán xạ, đối lưu, xạ Abstract: The description of Visual C#-program of the calculation of static and dynamic characteristics of heat transfer surfaces The program provides the possibility of using models with distributed or lumped parameters with respect to various real surfaces TPP and NPP - convective phase heat transfer, convection with external coolant on the saturation line and radiation The program is focused on the performance of laboratory and course work of the educational process, but can be used by engineers and researchers Keywords: Visual C# program, surface heat transfer, mathematical models, distributed and lumped parameters, static and dynamic characteristics, scattering, convective, radiation I GIỚI THIỆU Các trình nhiệt cơng nghiệp mơ liên kết với nhiều mơ hình tốn học với độ phức tạp độ xác riêng chúng Độ xác mơ hình tốn học (model) phụ thuộc nhiều vào giả định chấp nhận Sự hoàn chỉnh model phản ánh trình vật lý thực tế diễn thiết bị nhiệt, model phân tích đặc tính: tĩnh động; tuyến tính phi tuyến tính; tham số phân tán hay tập trung Thực tế cho thấy mơ hình phi tuyến tính với tham số phân tán mơ hình đạt độ tin cậy cao nhất, mơ hình khó xây dựng [1] 144 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Các giả định thừa nhận lỗi model đối tượng phát sinh phụ thuộc vào đặc điểm cụ thể điều kiện làm việc thực tế cơng nghiệp Với mục tiêu nhận dạng mơ hình đối tượng cần điều khiển nhanh chóng đơn giản, có độ xác đạt u cầu, nhà phát triển thực phân tích so sánh mơ hình khác Quy trình so sánh thực cách dễ dàng tự động qua model tính tốn mơ đặc tính truyền nhiệt Từ nhu cầu cấp thiết đây, phần mềm ứng dụng Visual C# đặc tính tĩnh động bề mặt truyền nhiệt nhà máy nhiệt điện xây dựng thành công Ứng dụng C# cung cấp khả kết nối trực tiếp với điều khiển PLC, kết quan trọng bước đầu quy trình xây dựng tham số điều khiển tối ưu tổ máy nhiệt điện II MÔ TẢ PHẦN MỀM C# - GAP Mục đích phần mềm tính tốn đặc tính bề mặt truyền nhiệt hỗ trợ cho phịng thí nghiệm giáo trình mơn học “Mơ hình hóa đối tượng điều khiển nhiệt” mơn Tự động hóa trình nhiệt (АСУТП), Đại học Năng lượng Mát-xcơ-va [5] Cơ sở liệu nguồn phần mềm gồm 40 biến thể (phương án) giá trị thông số cơng nghệ, xây dựng lị loại cận tới hạn có bình sinh (BKZ-320) lị siêu tới hạn (TGMP-314) Đồng thời phần mềm cho phép tính tốn dựa liệu nhập từ bên người dùng Dữ liệu lưu tự động q trình tính tốn đặc tính Các liệu nguồn khởi tạo lại lần khởi động phục vụ để biểu diễn cách đa dạng khác bề mặt truyền nhiệt Dưới tính thực chương trình: Tính tốn trao đổi nhiệt dạng: truyền nhiệt tán xạ thuận dòng chảy (hoặc ngược dòng); truyền nhiệt đối lưu mơi trường bên ngồi nằm đường bão hồ; xạ nhiệt Tính tốn đặc tính tĩnh sử dụng mơ hình phi tuyến tính với tham số vật lý phần tán ứng với hai chất trao đổi nhiệt tường đường ống truyền nhiệt trao đổi nhiệt tán xạ, (Distributed parameter DP-DP-DP) mơ hình tham số phân tán chất trao đổi nhiệt tường ống dạng tập trung (Concentrated parameter DP-CP-DP) [1] Ở bước q trình tính tốn, phân bổ nhiệt độ dọc theo chiều dài ống dẫn nhiệt mơi trường làm thay đổi tính chất động lực học chất trao đổi nhiệt bên trong, dẫn tới thay đổi đại lượng nhiệt dung riêng khối lượng nước theo tọa độ đường ống Khi tính tốn trao đổi nhiệt tán xạ ngược dòng, phần mềm cung cấp khả thực thao tác lặp lặp để đến giá trị gần thực tế Tính đặc tính PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 145 động (tần số phức tạp) trình truyền nhiệt tất kênh đầu vào đầu Trong trường hợp này, mơ hình tuyến tính áp dụng tương ứng chất dẫn nhiệt ống – thành ống – ống – CP-CP-CP; CP-CP-DP; DP-CPDP mô hình xếp chồng nhiều ống MCP (Multi point model) [1] Kết mơ q trình bề mặt truyền nhiệt đưa cửa sổ phần mềm trực tiếp lên hình máy tính Ghi lại kết mơ dạng tệp ảnh theo địa người dùng chọn Biểu diễn liệu điều khiển phần mềm Thông thường, chạy chương trình kiểm sốt cơng việc ứng dụng thực chuột vi tính ứng dụng phổ biến Tuy nhiên, tải kiểm soát chương trình thực mà khơng sử dụng chuột cách nhấn phím thích hợp bàn phím Khi người dùng nhấp vào nút chuột phải xuất hình bảng dẫn phím tắt tương ứng với chức Trong cửa sổ "CHỌN CHẾ ĐỘ", thể Hình 1, tính cài đặt sau: Đăng ký người dùng; Lựa chọn loại nhà máy điện (nhà máy nhiệt điện TPP nhà máy điện hạt nhân NPP); Lựa chọn bề mặt truyền nhiệt tính tốn; Lựa chọn kiểu tính tốn (các đặc tính tần số tĩnh động bề mặt); Chọn loại mơ hình (với thơng số DP - phân tán CP - tập trung) Các nút điều khiển đặt phía cửa sổ Hình 1: Cửa sổ khởi tạo “Operation mode selection” 146 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Sau chọn phương án mô nhấn nút "Next" cửa sổ liệu xuất cho phương án bề mặt truyền nhiệt chọn Hình Các giá trị khối lượng riêng nhiệt dung riêng c p dòng nước bên ống thiết lập tương đối (màu đỏ), chúng phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, thay đổi dòng chảy xác hóa sau phần tính đặc tính tĩnh Hình 2: Cửa sổ “Your Data” Tại sổ này, người dùng thay thơng số người dùng cho phù hợp với thực tế, thay đơn vị tham số chèn vào; hệ thống tự chuyển đổi hệ đơn vị SI Tính tốn đặc tính tĩnh Tại Hình (Preliminary calculations) thông số tổng quan bề mặt truyền nhiệt tính tốn hiển thị Trong trường hợp bề mặt truyền nhiệt dạng nghịch, cần phải đưa giá trị gần thể tích V1 chiều dài dịng chảy ngồi ống L1 Ngồi ra, cần thiết lập nhiệt độ bắt đầu dòng chảy ống (đầu 1out 1b ) cho sau q trình tính tốn, nhiệt độ kết thúc (đầu vào, 1end 1in ) dịng chảy ngồi ống với thiết lập ban đầu cửa sổ Hình Hình 3: Cửa sổ “Estimation” PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 147 Sau kết tính tốn tổng thể cửa sổ Hình 3, có đồ thị kết tính tốn đặc tính tĩnh bề mặt truyền nhiệt sau đây: phân bố nhiệt độ dọc theo ống cho dòng chảy bên trong, dòng chảy bên ngoài, bề mặt bên bên tường (Hình 4); phân bố nhiệt dung riêng khối lượng riêng dịng chảy bên Hình 4: Phân bố nhiệt độ bề mặt ống dịng chảy bên trong, ngồi ống theo mơ hình DP Trên Hình 4, nút “Model”, bạn thay đổi kiểu tường nhiệt truyền từ mơ hình phân tán sang mơ hình tập trung ngược lại Và giá trị "Current position", bạn xác định tọa độ điểm đồ thị cách di chuyển mũi tên chuột đó, cách người dùng dễ dàng xác định giá trị nhiệt độ điểm dọc theo chiều dài ống truyền nhiệt Khi tính tốn mơ đặc tính tĩnh, phần mềm bước đưa phân bổ khối lượng riêng nhiệt dung riêng dòng chảy ống theo trục chiều dài ống Những kết cho phép xác định khối lượng riêng nhiệt dung riêng dòng chảy ống dễ dàng, từ tìm giá trị trung bình đại lượng cập nhật lên bảng Hình Tính tốn tần số đáp ứng q độ Tại cửa sổ tiếp theo, Hình tham số truyền nhiệt tổng quát dòng chảy đưa Ở người dùng chọn dạng kênh cần mô trao đổi nhiệt Sau nhấn nút "Next", cửa sổ hiển thị mô đồ thị Nyquist (CFC) cho kênh chọn (Hình 6) Trong cửa sổ này, người sử dụng đặt tần số cắt thơng số trục tọa độ Sử dụng hai nút "Zoom In" "Zoom Out" giúp dễ dàng thay đổi tỷ lệ hiển thị đường Nyquist Nút "Zoom In" cho phép xem đặc tính đối tượng vùng cao tần Khi 148 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 nhấn lần nữa, tăng tần số nhiều nhấn “Zoom Out” đường Nyquist dạng ban đầu Tại vùng tần số cao, phần mềm đưa kết hoàn phù hợp với lý thuyết, theo đường Nyquist theo kênh nhiệt độ cho dịng chảy bên có xu hướng vịng trịn với bán kính e St z đường Nyquist kênh khác vịng trịn từ vùng tần số thấp Hình 5: Channels to calculate Hình 6: Cửa số “Dynamic peformance” Đồ thị Nyquist PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 149 Trong trường "Organization coordinate z", mơ hình phân tán, bạn nhập giá trị tương ứng tọa độ dọc chiều dài ống, đường Nyquist cập nhật ấn nút tính tốn "Update" Đối với giá trị khác độ dài phối hợp z, thay đổi dạng model mô khác, phần mềm cho phép biểu diễn tập hợp họ đường Nyquist giúp so sánh chúng với Với nút "Clear" tất tính tốn trước bị xóa cịn lại kết tính tốn chọn Ẩn bên trượt "Models", bạn thực chuyển đổi mơ hình DP-CP-DP; CP-CP-CP, CP-CP-DP, MCP-n Phần mềm có điểm bắt đầu hình hiển thị, đánh dấu "Current position", thiết lập phản ánh giá trị điểm chuột, giúp người dùng đánh giá đồ thị Nyquist Kết cuối quy trình mơ đối tượng điều khiển, người dùng chuyển sang trang bên cạnh - mở cửa sổ với đặc tính đáp ứng độ theo thời gian tính tốn kênh mơ hình chọn, thể hình Hình 7: Cửa sổ “Dynamic peformance” Đường độ Ở đây, khả thiết lập tham số hiển thị, có khả thiết lập thông số công thức đảo ngược Furie - biến đổi - end tần số (giới hạn hội nhập) số điểm tính tốn, giúp đánh giá phân tích tham số đối tượng cần điều khiển Trong q trình tính tốn đặc tính tần số, phím "F1", bạn gọi cửa sổ trợ giúp "Help" với lược đồ tín hiệu bảng công thức hàm truyền tất kênh, dùng để tính tốn mơ đồ thị đường Nyquist 150 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 III KẾT LUẬN Phần mềm “Tính tốn đặc tính bề mặt truyền nhiệt” thiết kế mơi trường lập trình tiên tiến Microsoft Visual 2016 C-# Phần mềm thực khả tính tốn đặc tính tĩnh động tất dạng thiết bị trao đổi nhiệt - loại truyền nhiệt lưu chuyển thuận dòng (hoặc ngược dòng); loại đối lưu với tác nhân truyền nhiệt bên nằm đường bão hịa; loại xạ Mơ tả q trình trao đổi nhiệt lấy làm mơ hình với thơng số phân tán mơ hình tập trung Tính tốn đặc tính tĩnh sử dụng mơ hình phi tuyến tính với tham số phân tán đại lượng vật lý (hai tác nhân truyền nhiệt tường ống truyền nhiệt trường hợp trao đổi nhiệt đối lưu, mơ hình DP-DP-DP) mơ hình thơng số phân tán truyền nhiệt đối lưu, mô hình điểm ống (mơ hình DP-CP-DP) Ở bước tính toán, phân bố nhiệt độ dọc theo chiều dài môi trường làm ảnh hưởng tới giá trị tuyệt đối tính chất nhiệt động lực nước nước, từ xác định giá trị nhiệt dung riêng khối lượng riêng thay đổi theo dọc chiều dài ống Khi tính tốn trao đổi nhiệt dòng ngược (ngược dòng) cung cấp cho việc thực thủ tục lặp lặp lại Tính động (tần số phức tạp) trình nhiệt thực tất kênh tương ứng với đầu vào đầu có Sử dụng hai loại mơ hình tuyến tính - với thông số phân phối cho chất lỏng bên ống (CP-CP-DP model) với thông số tập trung cho tất vật liệu (CP-CP-CP model) Mặc dù chương trình định hướng để hỗ trợ cho mơn học "Mơ hình hóa đối tượng điều khiển nhiệt", với khả thay đổi liệu đầu vào người sử dụng áp dụng mơ hình độ xác khác cho phép sử dụng chương trình hướng nghiên cứu đa dạng chun ngành tự động hóa q trình nhiệt LỜI CẢM ƠN Cơng trình hồn thành hỗ trợ Quỹ Nghiên cứu Liên Bang Nga theo dự án No 14-08-01165 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Pikina G.A Matematicheskie modeli tekhnologicheskikh ob’ektov [Mathematical models of technological objects: Text-book for high schools] Moscow MPEI Publishing House 2007 300 p (In Russ.) [2] Пикина Г.А., Нгуен Т.С Программа расчета статических поверхностей теплообмена //Государственная регистрация программы для ЭВМ № 2015612266 [3] Pikina G.A., Nguyen T.S Programma rascheta staticheskikh i dinamicheskikh kharakteristik teplovogo oborudovaniya teplovykh i atomnykh elektrostantsyi [The program of calculating the static and dynamic characteristics of heat transfer PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 151 equipment of thermal and nuclear power plants] Moscow Vestnik MPEI No 2015 Pp 46―50 (In Russ.) [4] Pashchenko F.F., Pikina G.A Osnovy modelirovaniya energeticheskikh ob’ektov [Modeling bases for the energy objects] Moscow: Fizmatlit Publ., 2011 464 p (In Russ.) [5] Пикина Г.А., Нгуен Т.С Теплогидравлические коды теплообменных устройств ТЭС и АЭС // Труды XXIV междунар науч.-техн конф «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации» Алушта, 14-20 сентября 2015 ... cách dễ dàng tự động qua model tính tốn mơ đặc tính truyền nhiệt Từ nhu cầu cấp thiết đây, phần mềm ứng dụng Visual C# đặc tính tĩnh động bề mặt truyền nhiệt nhà máy nhiệt điện xây dựng thành công... ưu tổ máy nhiệt điện II MÔ TẢ PHẦN MỀM C# - GAP Mục đích phần mềm tính tốn đặc tính bề mặt truyền nhiệt hỗ trợ cho phịng thí nghiệm giáo trình mơn học “Mơ hình hóa đối tượng điều khiển nhiệt? ?? mơn... đổi hệ đơn vị SI Tính tốn đặc tính tĩnh Tại Hình (Preliminary calculations) thơng số tổng quan bề mặt truyền nhiệt tính tốn hiển thị Trong trường hợp bề mặt truyền nhiệt dạng nghịch, cần phải