Моделювання теплових процесів у квазідиференціальному калориметрі

Запропоновано модель квазідиференціальної калориметричної системи, побудовану за методом електротеплової аналогії. За допомогою моделі досліджено динаміку зміни середніх температур і теплових потоків в елементах системи, вплив температурних збурень і розкиду технологічних параметрів на похибку вимір...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2017
Hauptverfasser:	Воробйов, Л.Й., Сергієнко, Р.В., Бурова, З.А., Назаренко, О.О.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2017
Schriftenreihe:	Промышленная теплотехника
Schlagworte:	Возобновляемая энергетика
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142381
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Моделювання теплових процесів у квазідиференціальному калориметрі / Л.Й. Воробйов, Р.В. Сергієнко, З.А. Бурова, О.О. Назаренко // Промышленная теплотехника. — 2017. — Т. 39, № 4. — С. 81-87. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-142381
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1423812018-10-07T01:23:27Z Моделювання теплових процесів у квазідиференціальному калориметрі Воробйов, Л.Й. Сергієнко, Р.В. Бурова, З.А. Назаренко, О.О. Возобновляемая энергетика Запропоновано модель квазідиференціальної калориметричної системи, побудовану за методом електротеплової аналогії. За допомогою моделі досліджено динаміку зміни середніх температур і теплових потоків в елементах системи, вплив температурних збурень і розкиду технологічних параметрів на похибку вимірювання. Предложена модель квазидифференциальной калориметрической системы, построенная по методу электротепловой аналогии. С помощью модели исследована динамика изменения средних температур и тепловых потоков в элементах системы, влияние температурных возмущений и разброса технологических параметров на погрешность измерения. The model of the quasi-differential calorimetric system based on the electrothermal analogy method is proposed. Using the model, the dynamics of average temperatures and heat flow changes in the system elements, the temperature perturbations and the technological parameters spread influences on the measurement error are researched. 2017 Article Моделювання теплових процесів у квазідиференціальному калориметрі / Л.Й. Воробйов, Р.В. Сергієнко, З.А. Бурова, О.О. Назаренко // Промышленная теплотехника. — 2017. — Т. 39, № 4. — С. 81-87. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 0204-3602 DOI: https://doi.org/10.31472/ihe.4.2017.12 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142381 536.62 uk Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Возобновляемая энергетика Возобновляемая энергетика
spellingShingle	Возобновляемая энергетика Возобновляемая энергетика Воробйов, Л.Й. Сергієнко, Р.В. Бурова, З.А. Назаренко, О.О. Моделювання теплових процесів у квазідиференціальному калориметрі Промышленная теплотехника
description	Запропоновано модель квазідиференціальної калориметричної системи, побудовану за методом електротеплової аналогії. За допомогою моделі досліджено динаміку зміни середніх температур і теплових потоків в елементах системи, вплив температурних збурень і розкиду технологічних параметрів на похибку вимірювання.
format	Article
author	Воробйов, Л.Й. Сергієнко, Р.В. Бурова, З.А. Назаренко, О.О.
author_facet	Воробйов, Л.Й. Сергієнко, Р.В. Бурова, З.А. Назаренко, О.О.
author_sort	Воробйов, Л.Й.
title	Моделювання теплових процесів у квазідиференціальному калориметрі
title_short	Моделювання теплових процесів у квазідиференціальному калориметрі
title_full	Моделювання теплових процесів у квазідиференціальному калориметрі
title_fullStr	Моделювання теплових процесів у квазідиференціальному калориметрі
title_full_unstemmed	Моделювання теплових процесів у квазідиференціальному калориметрі
title_sort	моделювання теплових процесів у квазідиференціальному калориметрі
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Возобновляемая энергетика
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142381
citation_txt	Моделювання теплових процесів у квазідиференціальному калориметрі / Л.Й. Воробйов, Р.В. Сергієнко, З.А. Бурова, О.О. Назаренко // Промышленная теплотехника. — 2017. — Т. 39, № 4. — С. 81-87. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT vorobjovlj modelûvannâteplovihprocesívukvazídiferencíalʹnomukalorimetrí AT sergíênkorv modelûvannâteplovihprocesívukvazídiferencíalʹnomukalorimetrí AT burovaza modelûvannâteplovihprocesívukvazídiferencíalʹnomukalorimetrí AT nazarenkooo modelûvannâteplovihprocesívukvazídiferencíalʹnomukalorimetrí
first_indexed	2025-07-10T14:53:30Z
last_indexed	2025-07-10T14:53:30Z
_version_	1837272099536764928
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №4 81 ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ УДК 536.62 МОДЕЛЮВАННЯ ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСІВ У КВАЗІДИФЕРЕНЦІАЛЬНОМУ КАЛОРИМЕТРІ Воробйов Л.Й.1, канд. техн. наук, Сергієнко Р.В.1, канд. техн. наук, Бурова З.А.2, канд. техн. наук, Назаренко О.О.1 1Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. Желябова, 2а, Київ, 03680, Україна 2Національний університет біоресурсів і природокористування України, вул. Героїв Оборони, 15, Київ, 03041, Україна Запропоновано модель квазідиференціальної калориметричної системи, побудовану за методом електротеплової аналогії. За допомо- гою моделі досліджено динаміку зміни середніх температур і теплових потоків в елементах системи, вплив темпера- турних збурень і розкиду технологічних параметрів на похибку вимірювання. Предложена модель квазидиффе- ренциальной калориметрической сис- темы, построенная по методу электро- тепловой аналогии. С помощью модели исследована динамика изменения сред- них температур и тепловых потоков в элементах системы, влияние темпера- турных возмущений и разброса техно- логических параметров на погрешность измерения. The model of the quasi-differential calorimetric system based on the electrothermal analogy method is proposed. Using the model, the dynamics of average temperatures and heat flow changes in the system elements, the temperature perturbations and the technological parameters spread influences on the measurement error are researched. Бібл. 11, рис. 3. Ключові слова: теплота згоряння, тепловий потік, квазідиференціальна калориметрична система, електротеплова аналогія, похибка вимірювання. C ‒ теплова ємність елементу; g – ваговий коефіцієнт; i, j – номери рядка та стовпця матриці; K – коефіцієнт підсилення; M – масштабний коефіцієнт; RT – тепловий опір; s – оператор перетворення Лапласа; T – температура, елемент матриці температур; W – теплова потужність, елемент матриці контурних потоків; Z – елемент матриці опорів; Δ – визначник матриці; Δ i, j – алгебраїчне доповнення елементів рядка i та стовпця j матриці. Вступ Ефективність роботи енергетичного обладнання значною мірою залежить від якості використаного па- лива. У свою чергу, якість палива визначають за його те- плотою згоряння (теплотворною здатністю). З розвитком біоенергетики та використанням в енергетичних цілях нових видів палива та продуктів діяльності промис- лових підприємств (відходи деревообробної, харчової промисловості тощо) надважливим стає оперативний контроль їх характеристик. Для визначення теплоти зго- рання палива і хімічних речовин традиційно використо- вують ентальпійні водяні бомбові калориметри, проте в останні роки для таких вимірювань набувають поши- рення калориметри теплового потоку або кондуктивні калориметри, які мають вагомі переваги порівняно з традиційними водяними, зокрема, не вимагають кондиціювання і точного зважування води, легко авто- матизуються та не потребують спеціальних приміщень для експлуатації [1, 2]. У той же час калориметри те- плового потоку за своїми метрологічними характери- стиками і швидкодією дещо поступаються традиційним ентальпійним калориметрам. Тому актуальною є задача поліпшення метрологічних та експлуатаційних характе- ристик калориметрів теплового потоку. Огляд літератури та постановка проблеми Провідні фірми світу виробляють широку гаму калориметрів теплоти згорання, для яких характерні висока точність вимірювань (відтворюваність на рівні 0,05...0,3 %) та високий рівень автоматизації підготовки проби і вимірювань [1, 3 ‒ 5]. В ІТТФ для потреб підприємств України вже 20 років розробляють, виго- товляють та обслуговують ізопериболічні калориметри серії КТС [1, 2], побудовані на базі термоелектричних перетворювачів теплового потоку. В кондуктивному калориметрі комірку з реакційною посудиною − калориметричною бомбою – оточено чут- ливою калориметричною оболонкою, вмонтованою в масивний термостатований блок. Оболонку з’єднано з вимірювально-обчислювальною системою, яка вимірює та опрацьовує сигнали первинних перетворювачів те- плового потоку і температури. Теплота, що виникає в результаті згоряння зразка, проходить крізь калори- метричну чутливу оболонку, в результаті чого оболон- ка генерує сигнал, що надходить до вимірювально- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №482 ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ обчислювальної системи, де здійснюється його вимірювання та інтегрування. Зменшення впливу зовнішніх збурень та інших факторів та, відповідно, похибок вимірювань можна досягти застосуванням диференціальної схеми кало- риметричних вимірювань [6], однак це гарантовано призводить до збільшення масогабаритних характе- ристик приладів. Для вирішення цього протиріччя за- пропоновано метод квазідиференціальної калориметрії та розглянуто його застосування при реалізації при- ладу вимірювання теплоти згорання [7 ‒ 10]. Такий прилад має дві комірки ‒ основну робочу необхідних розмірів для розміщення калориметричної бомби та компенсаційну комірку значно меншого розміру. Для вирівнювання динамічних характеристик комірок і чутливих елементів в калориметричний прилад вве- дено ланку корекції сигналу чутливого елемента компенсаційної комірки із заданою передавальною функцією, а також суматор сигналів. У загальному ви- падку ланка корекції може комплексно впливати на амплітудно-частотну характеристику ланцюга, про- те, в деяких випадках зручно роздільно регулювати амплітудні та частотно-часові характеристики. Напри- клад, застосування чутливого елемента компенсаційної комірки з такими ж питомими характеристиками, як і робочої, та розміщення в компенсаційній комірці спеціального імітатора реакційної посудини дозволяє зробити подібними частотно-часові характеристики сигналів чутливих елементів комірок. У цьому випадку в якості коригуючої ланки може бути застосований ши- рокосмуговий підсилювач з регульованим коефіцієнтом посилення. Відомо [6], що теплоту згоряння в кондуктивно- му калориметрі можна визначати двома способами: інтегральним і балістичним. У першому випадку те- плота згоряння пропорційна інтегральному значен- ню теплового потоку з калориметричної комірки за проміжок часу від підпалу проби палива до відновлення стаціонарного режиму, а в другому – є функцією макси- мального значення теплового потоку після підпалу. За базовий обрано інтегральний спосіб вимірювання те- плоти згоряння. До початку вимірювань в тепловому блоці кало- риметра має встановитися стаціонарний режим, тобто необхідно стабілізувати температури всіх внутрішніх елементів. Динаміка процесів зміни температур і тепло- вих потоків в тепловому блоці визначає найважливіші експлуатаційні та метрологічні характеристики калори- метру. При проектуванні квазідиференціального калори- метру необхідно визначити співвідношення параметрів робочої комірки та комірки порівняння, які забезпечать компенсацію зовнішніх збурень. Тому для дослідження теплових процесів необхідно розробити модель прила- ду, яка відображає істотну термічну неоднорідність ка- лориметричних комірок та дослідити вплив параметрів і особливостей конструкції калориметричної системи на її характеристики. Модель квазідиференціального калориметра Розглянемо спрощену модель теплового блоку квазідиференціального кондуктивного бомбового ка- лориметра та еквівалентну їй математичну модель, по- будовану за принципом електротеплової аналогії, де основні елементи конструкції представлено у вигляді тіл із зосередженими параметрами. Тепловий блок приладу (рис. 1) має циліндричну чутливу теплометричну оболонку 6, у внутрішньому просторі якої розміщено калориметричну комірку 5. Ззовні теплометричну оболонку оточено теплорозсіювальним корпусом 7. До комірки поміщено реакційну посудину – калориметричну бомбу, що містить стакан 3 з кришкою 1 і ущільненням 2. В нижній частині корпусу співвісно змонтовано компенсаційну комірку 10, оточену власною калориметричною обо- лонкою 9, яка має такий самий діаметр, конструкцію та щільність термоелементів, що й основна оболонка. Рис. 1. Спрощена модель теплового блоку квазідиференціального калориметра. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №4 83 ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ Компенсаційна комірка містить складений імітатор реакційної посудини з елементами 12, 13, 14 та має пи- тому теплоємність на одиницю площі поверхні оболонки ідентичну основній. Між стаканом бомби і робочою коміркою є повітряний зазор 4, а між імітатором і компенсаційною коміркою – зазор 11, а сам корпус захищено торцевою теплоізоляцією 8. Аналітичний розв’язок нестаціонарної задачі теплопровідності для описаної моделі отримати практично неможливо. У той же час, представлена модель складається переважно з двох типів конструктивних елементів, одні з яких мають малий термічний опір і високу теплоємність, а інші високий опір і незначну теплоємність. Така система до- сить добре моделюється як система з зосередженими пара- метрами. У схемі заміщення (рис. 2) кожен з циліндричних шарів представлений у вигляді пасивного чотириполюсни- ка (Т-подібного RC-фільтру), в якому електричні опори між входом і виходом є аналогами термічного опору відповідного шару, а електрична ємність – аналог повної теплоємності. Електричними аналогами теплового потоку і температу- ри є, відповідно, струм і напруга. Тому джерела теплової енергії в схемі заміщення представлені джерелами струму W або напруги T. Індекси в позначеннях опорів і ємностей в еквівалентній схемі заміщення теплового блоку калориме- тру відповідають номерам елементів моделі теплового блоку з рис. 1. Теплоємності ущільнення, повітряного прошарку і теплометричної оболонки порівняно з теплоємністю інших вузлів незначні, тому не показані на еквівалентній схемі. Джерело струму W1 є електричним аналогом потужності, що виділяється при спалюванні проби палива. Він представ- лений у вигляді двох частин з ваговими коефіцієнтами g1 і g3 (g1 + g3 = 1) для обліку розподілу енергії згоряння проби між кришкою 1 і стаканом бомби 3. Вагові коефіцієнти g1 і g3 пропорційні площам внутрішніх поверхонь кришки 1 і бом- би 3 і, відповідно, дорівнюють: g1 = 0,12; g3 = 0,88. Джерела W2 і ТСТ відповідають тепловому режи- му поверхні корпусу калориметра в режимах початкового розігріву і термостабілізації, відповідно. Джерело ТПОВ імітує температуру повітря, що обдуває корпус 7. Ключі К1 і К2 комутують джерела енергії відповідно до заданих режимів роботи калориметра. Для моделювання перетворен- ня та опрацювання сигналів до еквівалентної схеми додат- ково введені ланки А1 та А2, які моделюють перетворення різниці температури на поверхнях теплометричної оболонки 6 робочої комірки та теплометричної оболонки 9 комірки порівняння, підсилювач А3 та аналоговий суматор з прямим та інверсним входами А4. \|Z\| ‒ матриця зображень опорів схеми, в якій по діагоналі розташовані повні контурні опори, а інші еле- менти є взаємними опорами суміжних гілок контурів. Елементи Zij рядка i та стовпця j матриці зображень опорів визначають за формулами (інші елементи матриці \|Z\| дорівнюють 0.) Рис. 2. Еквівалентна схема заміщення методом електротеплової аналогії. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №484 ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ TWZ  1) де W і T ‒ матриці-стовпці зображень контурних теплових потоків і температур,                    sW sW sW sW sW sW sW sW sW sW W k k k k k k k k k 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1k                      sTT sT sT TT sTsT sTsT sTT sT sCgsWT sCgCgsWTT T CC C C CC ПОBCT CTC CC C C CC 710 10 12 1214 7 75 5 33 3131 s 31 311           Розв’язок системи рівнянь (1) відносно теплового потоку має вигляд: (2) де ∆ ‒ визначник матриці опорів; ∆ij ‒ алгебраїчне доповнення елементів рядка i та стовпця j цієї матриці.     213111 211 TT +RR+sC+sCZ    41853322 221 TTTT R+RR+R+sCZ     18533 1  T+RsCZ     6757544 2211 TTT +RR+RsC+sCZ    21 7755 TR+sCZ  ОХ66  TRZ     13141277 11 TRsC+sCZ    121128101288 21 TTTT RR+RR+sCZ     281099 1  T+RsCZ     971071010,10 2211 TTT +RR+RsC+sCZ   32112 1 sCZZ  183223  TRZZ  54334 1 sCZZ   75445 1 sCZZ   128778 1 sCZZ  289889  TRZZ  109,1010,9 1 sCZZ   774,1010,4 12 sC+RZZ T  75,1010,5 1 sCZZ  В окремому випадку, коли початкові температури всіх елементів дорівнюють заданій температурі термо-        ij j jjki sTW 10 1 , статування корпусу, розв’язок для теплового потоку Wk4(s), що протікає крізь теплометричну оболонку, має вигляд:                      42 3 41 31 4 3311 sC g sC g sC gsWsWk Для найкращої компенсації зовнішніх збурень динамічні характеристики компенсаційної комірки та імітатора реакційної посудини (бомби) повинні бути подібними, тобто стала часу контуру 7 повинна відповідати сталій контуру 1, контуру 8 – відповідно, контуру 2, контуру 10 – контуру 4. При проектуванні квазідиференціального калориметра встановлюється масштабний коефіцієнт M, який дорівнює відношенню висоти робочої комірки до висоти компенсаційної комірки. Оскільки діаметри комірок однакові, справед- ливим є співвідношення: ; ; ; 51051069 MCCRMRRMR TTTT  . (3) ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №4 85 ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ З умови подібності динамічних характеристик контурів витікають наступні співвідношення:  21 * 131 * 143 * 12 2 ; ; TTT RRMRMCCMCC  ;  41853 * 12112810 22 2 TTTTTTTT RRRRMRRRR   . (4) Для виконання цих співвідношень підбирають значення параметрів налагодження * 12TR ; * 13TR ; * 12C ; * 14C . Конструкція калориметра повинна передбачати можливість експериментального підбирання параметрів відповідних компонентів при реальному налаштуванні для компенсації можливого розкиду характеристик де- яких технологічно важковідтворюваних елементів, на- приклад зазорів 4 і 11. Результати моделювання Аналітичне дослідження рівнянь (1) та (2) є до- статньо складним, оскільки характеристичне рівняння системи, яке отримують з визначника матриці опорів ∆, має 10-й порядок. Для їх розв’язку ефективним є використання програмних пакетів для розрахунку процесів в електричних колах, наприклад, програми схемотехнічного моделювання «Micro-Cup». За допомогою даної програми проведено моде- лювання динаміки теплових процесів в калориметрі. Характеристики елементів робочої комірки та всієї калориметричної системи розраховано за наведени- ми вище формулами, характеристики компенсаційної комірки та імітатора калориметричної бомби розраховані за формулами (3) та (4) із застосуванням масштабного коефіцієнта M = 10. За допомогою моделі досліджено вплив конструктивних параметрів та низки режим- них факторів на динамічні характеристики приладу та складові похибки вимірювання. Процес моделювання проводився за наступних умов: 1) температура корпусу не стабільна, а змінюється за гармонійним законом з періодом 200 с, що при- близно відповідає періоду власних коливань системи термостабілізації, водночас амплітуда коливань складає 0,5 К, що приблизно у 100 разів перевищує реальний рівень коливань температури корпусу; 2) у певний момент часу імітується згоряння про- би палива у бомбі – прямокутний імпульс від джерела W1 – тривалістю 20 с, потужністю 5000 Вт, тобто із за- гальною енергією 10 кДж, що близька до нижньої межі діапазону вимірювань приладу. Збільшену амплітуду коливань температури корпу- су встановлено для можливості візуальної демонстрації у масштабі графіків впливу нестабільності темпера- тури корпусу на спотворення форми сигналів і по- хибку вимірювання. Коефіцієнт підсилення чисельно дорівнює масштабному коефіцієнту КП = М = 10. Порівняння графіків рис. 3 демонструє ефективність застосування квазідиференціальної схеми калориме- тричних вимірювань – у випадку коректного вибору параметрів компенсаційної комірки та імітатора вплив збурень температури корпусу практично компенсується. На практиці у реальній калориметричній системі повної компенсації досягнути дуже складно. a) б) Рис. 3. Графіки теплового потоку: 1 – крізь основну калориметричну оболонку (контурний струм Wk4); 2 – крізь компенсаційну оболонку (контурний струм Wk10×KП ); 3 – скоригований тепловий потік. Також проведено моделювання системи при відмінності параметрів компенсаційної комірки та імітатора на ± 10 % від номінальних та досліджено вели- чину похибки визначення енергії, що виникає внаслідок коливань температури корпусу. Значення похибки за- лежить як від параметрів конструкції калориметричної системи, так і від амплітуди, періоду і фази коли- вань. За сталої амплітуди коливань найменші похибки спостерігаються у випадку, коли час інтегрування є крат- ним цілому числу періодів коливань, а найбільша по- хибка спостерігаються, якщо час інтегрування складає чверть періоду коливань. За результатами моделювання отримано важливі кількісні оцінки режимних параметрів та характеристик. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №486 ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ Зокрема за номінальних значень параметрів конструкції калориметру максимальний тепловий потік крізь пере- творювач сягає 50 Вт при енергії згоряння проби 8 кДж та 220 Вт при енергії згоряння проби 35 кДж, а макси- мально можлива різниця температури між калориме- тричною коміркою та корпусом (на перетворювачі те- плового потоку) під час вимірювань не перевищує 12 К. Суттєвий вплив на максимальне значення теплово- го потоку при спалюванні проби має величина зазору між калориметричною бомбою та коміркою, яка у свою чергу залежить від технологічного розкиду діаметрів бомби і комірки. Максимальне значення теплового по- току при зазорі у 0,3 мм приблизно на 25 % менше, ніж при номінальному значенні зазору 0,1 мм. Як вказано вище, похибка вимірювань, що виникає внаслідок нестабільності температури корпусу, зале- жить від характерного закону зміни цієї температури, але може бути практично повністю компенсована за умови ідеального вибору параметрів компенсаційної комірки та імітатора. Оскільки запропонована модель не абсо- лютно адекватна реальній калориметричній системі, та ідеальний вибір параметрів неможливий, досліджено випадок відмінності параметрів компенсаційної комірки та імітатора на ± 10 % від розрахункових (ідеалізованих). У разі одночасної зміни всіх параметрів в один бік (збільшення або зменшення) максимальне значен- ня складової похибки вимірювання при застосуванні квазідиференціальної схеми по відношенню до складової похибки однокоміркової структури зменшується у 6…8 разів при лінійному зростанні температури корпусу і у 3…5 разів при гармонічних коливаннях температури з періодом 200…280 с. Висновки 1. Запропоновано модель квазідиференціальної калориметричної системи, яка побудована за методом електротеплової аналогії, причому основні елементи конструкції системи представлені у вигляді тіл із зосе- редженими параметрами. 2. Досліджено динаміку зміни середніх темпера- тур і теплових потоків в елементах калориметричної системи, вплив температурних збурень і розкиду технологічних параметрів на похибку вимірювання, зокрема максимальний тепловий потік крізь пере- творювач сягає 220 Вт при енергії згоряння проби 35 кДж, а максимальне значення складової похибки вимірювання при застосуванні квазідиференціальної схеми зменшується у 3…8 разів порівняно зі складовою похибки однокоміркової системи. ЛІТЕРАТУРА 1. Л.И. Воробьёв, Т.Г. Грищенко, Л.В. Декуша. Бом- бовые калориметры для определения теплоты сгорания топлива // Инженерно-физический журнал. – 1997. – Т. 70, № 5. – С. 828–839. 2. Л.И. Воробьев, Л.Н. Грабов, Л.В. Декуша, О.А. Назаренко, А.И. Шматок. Определение теплотворной способности биотопливных смесей // Промышленная теплотехника. – 2011. – Т. 33, № 4. – С. 87–93. 3. Корчагина Е.Н. Современное состояние и тен- денции развития калориметрии сжигания // Измери- тельная техника – 1998. – №11. – С.49-54. 4. Е.Н. Корчагина, Е.В. Ермакова, В.И. Беляков. Сравнительный анализ технических и метрологических характеристик бомбовых калориметров, применяемых в России // Измерительная техника. – 2011. – № 2. – С. 51–57. 5. Максимук Ю.В., Фесько В.В., Васаренко И.В., Дубовик В.Г. Метрологическое обеспечение измерений теплоты сгорания твердых и жидких топлив // Приборы и методы измерений. – № 2 (9), 2014. – С. 67–74. 6. Кальве Э., Прат А. Микрокалориметрия. При- менение в физической химии и биологии. – М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. – 478 с. 7. Л.И. Воробьев, Л.В. Декуша, О.А. Назаренко, Т.Г. Грищенко. Применение метода квазидиференциаль- ной калориметрии при реализации прибора для измере- ния теплоты сгорания // Промышленная теплотехника. – 2017. – №1. – С. 71–75. 8. Грищенко Т.Г., Декуша Л.В., Бурова З.А., Назаренко О.О., Воробйов Л.Й. Патент України на винахід № 101716. Калориметр теплового потоку / за- явник і власник патенту ІТТФ НАНУ; опубліковано: 25.04.2013. 9. Декуша Л., Воробйов Л., Грищенко Т., Бурова З., Назаренко О., Мазуренко О. Квазідиференційний ка- лориметр теплового потоку для визначення теплоти згоряння // Метрологія та прилади. – 2011. – № 5. – С. 27–31. 10. Бурова З.А., Воробйов Л.Й., Назаренко О.О. Підвищення точності вимірювань теплоти згоряння па- лива // Научные труды SWorld. – 2016. – Т. 1. № 3 (44). – С. 93–97. 11. Бессонов Л.А. Теоретические основы электро- техники. – М.: Высшая школа, 1973. – 750 с. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №4 87 ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ THERMAL PROCESSES MODELING IN QUASI-DIFFERENTIAL CALORIMETER Vorobiov L.I.1, Serhiienko R.V.1, Burova Z.A.2, Nazarenko O.A.1 1Institute of Engineering Thermophysics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Zhelyabova str., 2a, Kyiv, 03680, Ukraine 2National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, Heroyiv Oborony str., 15, Kyiv, 03041, Ukraine A model of the quasi-differential calorimetric system based on the electrothermal analogy method is proposed, where the construction system basic elements are presented as objects with the lumped parameters. The dynamics of average temperatures and heat flow changes in the calorimetric system elements, the temperature perturbations and the technological parameters spread influences on the measurement error are researched. With the quasi- differential system application the combustion heat measurement error component value is reduced by 3...8 times in comparison with the one-cell calorimetric system error. References 11, figures 3. Key words: combustion heat, heat flow, quasi-differential calorimetric system, electrothermal analogy, measurement error. 1. L.I. Vorobiov, T.G. Grischenko, L.V. Dekusha. Bomb calorimetry for determine the combustion heat of fuel // Journal of Engineering Physics. 1997. V. 70, № 5. P. 828–839. (Rus.) 2. L.I. Vorobev, L.N. Grabov, L.V. Dekusha, O.A. Nazarenko, A.I. Shmatok. Determination of the thermal capacity of biofuel mixtures. Promyishlennaya teplotehnika. 2011. T. 33, № 4. P. 87–93. (Rus.) 3. Korchagina E.N. Current state and development trends of combustion calorimetry. Izmeritelnaya tehnika. 1998. №11. P.49–54. (Rus.) 4. E.N. Korchagina, E.V. Ermakova, V.I. Belyakov. Comparative analysis of the technical and metrological characteristics of the bomb calorimeters used in Russia. Izmeritelnaya tehnika. 2011. №2, Р. 51–57. (Rus.) 5. Maksimuk Yu.V., Fesko V.V., Vasarenko I.V., Dubovik V.G. Metrological assurance of solid and liquid fuels combustion heat measurements. Priboryi i metodyi izmereniy. 2014. № 2 (9). Р.67–74. (Rus.) 6. E. Calvet, H. Prat Microcalorimetrie: Applications Physico-Chimiques et Biologiques. Paris: Masson, 1956 – 395 p. (Fr.) 7. L.I. Vorobev, L.V. Dekusha, O.A. Nazarenko, T.G. Grischenko. Application of the method of quasi-differential calorimetry in the implementation of a device for measuring the heat of combustion // Promyishlennaya teplotehnika. 2017. №1. P. 71–75. (Rus.) 8. Grischenko T.G., Dekusha L.V., Burova Z.A., Nazarenko O.O., Vorobiov L.Y. Patent of Ukraine № 101716. Heat flow calorimeter, 25.04.2013. (Ukr.) 9. Dekusha L., Vorobiov L., Grischenko T., Burova Z., Nazarenko O., Mazurenko O. Quasi-differential heat flow calorimeter to determine the heat of combustion // Metrologiya ta priladi. 2011. № 5. Р. 27–31. (Ukr.) 10. Burova Z.A., Vorobiov L.I., Nazarenko O.O. Combustion heat fuel measurements accuracy increasing // SWorldjournal. 2016. V. 1. № 3 (44). P. 93–97. (Ukr.) 11. Bessonov L.A. Theoretical foundations of electrical engineering. M.: Visshaia shkola. 1973. 750 p. (Rus.) Получено 28.09.2017 Received 28.09.2017

Моделювання теплових процесів у квазідиференціальному калориметрі

Institution

Ähnliche Einträge