vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2014-1-51-55vguit-478Research ArticleИнформационные технологии, моделирование и управлениеInformation technologies, modeling and managementМАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОХЛАЖДЕНИЯ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ В ГРАДИРНЕ С МЕХАНИЧЕСКОЙ ТЯГОЙTHE MATHEMATICAL MODEL OF COOLING RECYCLED WATER IN A COOLING TOWER WITH MECHANICAL TRACTIONБитюковВ. К.BitiukovV. K.

профессор кафедра инф. и управ. систем тел. (473) 255-38-75

professor Department of information and control systems phone (473) 255-38-75

ТихомировС. Г.TikhomirovS. G.

профессор кафедра инф. и управ. систем тел. (473) 255-38-75

professor Department of information and control systems phone (473) 255-38-75

СаввинС. С.SavvinS. S.

аспирант кафедра инф. и управ. систем тел. (473) 255-38-75

graduate Department of information and control systems phone (473) 255-38-75

АраповД. В.ArapovD. V.

доцент кафедра инф. технол., мод. и упр. тел. (473) 255-25-50

associate Professor Department of information technologies, modeling and control phone (473) 255-25-50

SavvinSS@yandex.ruВоронеж. гос. ун-т. инж. технол.РоссияVoronezh state university of engineering technologyRussian Federation201405122015015155Copyright © Битюков В.К., Тихомиров С.Г., Саввин С.С., Арапов Д.В., 20142014Битюков В.К., Тихомиров С.Г., Саввин С.С., Арапов Д.В.Bitiukov V.K., Tikhomirov S.G., Savvin S.S., Arapov D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/478

Реферат. Проведен анализ процесса охлаждения оборотной воды в блоке градирен с принудительной тягой как объекта управления. Установлено, что для заданной конструкции башенного охладителя его работа определяется отношением массовых потоков воды и воздуха. Управляющими воздействиями в водоблоке являются расходы в башне горячей воды на охлаждение и скорость вращения валов вентиляторов. Контролируемые возмущения – температура, влажность, барометрическое давление атмосферного воздуха, температура и давление горячей воды. Неконтролируемые возмущения - изменение суммарных коэффициентов теплоотдачи в градирнях, скорость и направление ветра, образование льда на входных окнах. Математическая модель процесса охлаждения описывает совместный тепломассообмен в градирне, течение водяной плёнки (для насадочных и плёночных градирен), осаждение водяных капель (для распылительных градирен), потребление вентиляторным блоком электрической энергии и позволяет оптимизировать процесс охлаждения путём минимизации суммарного значения активной электрической мощности, потребляемой электроприводами всех градирен водоблока. Она основывается на модифицированном уравнении Меркеля, уравнениях Клаузира- Клапейрона, Навье-Стокса. Модель справедлива при допущении того, что температура воды на границе раздела фаз равна среднемассовой температуре воды, при этом воздух на поверхности раздела является насыщенным. Принимается, что тепловой поток от воды к воздуху по нормали к поверхности раздела зависит от разности энтальпий этих сред у кромки раздела и среднемассовой энтальпии, вода и воздух распределяются равномерно по площади сечения оросителя. Разработка учитывает особенности движения жидкости в оросителе и позволяет определять температуру адиабатического насыщения воздуха методом «мокрого» термометра без ее непосредственного измерения. Модель применима для управления процессом охлаждения в реальном времени.

Summary. Analyzed the process of cooling recycled water in the block of cooling towers with forced draft as a control object. Established that for a given construction of the cooling tower its work determined by the ratio of mass flows of water and air. Spending hot water in tower on cooling and rotation speed of shafts of fans are control actions in the waterblock. Controlled perturbation - temperature, humidity, barometric pressure, air temperature and pressure hot water. Uncontrolled disturbance - change of total heat transfer coefficients in the cooling towers, wind speed and direction, formation of ice on the input windows. Mathematical model of cooling process describes the joint heat-and-mass transfer in cooling tower, current water film, the deposition of water droplets, the consumption of electric energy by fan unit allows to optimize the process of cooling through minimizing the total value of active electric power consumed by all cooling towers. It is based on the modified equation of Merkel, equations of Klauzir-Clapeyron, Navier-Stokes. Model is valid under the assumption that the temperature of the water at the interface is equal to the weight average temperature of water, with the air at the interface is saturated. Accepted that the heat flow from the water to the air along the normal to the boundary surface depends on the difference of enthalpy of these environments at the edge of the boundary surfacesection and the weight average enthalpy, water and air are distributed evenly over the crosssectional area of the sprinkler. Development takes into account peculiarities of fluid motion in the sprinkler and allows to determine the adiabatic saturation temperature of the air by the method of "wet" thermometer without its direct measurement. The model is applicable to control the cooling process in real-time.

математическая модельградирняоросительтепломассообментечение водяной плёнкиуравнение Меркеляmathematical modelcooling towerdistributorheat and mass transfercurrent water filmequation MerkeReferencesАрапов Д.В. и др. Оптимальный режим водоблока ТЭЦ // Сахар. 2009. № 6. С. 50-56. Arapov D.V. et al. Optimum mode of waterblock of heat electropower station. Sakhar. [Sugar], 2009, no. 6, pp. 50-56. (In Russ.).Арапов Д.В. и др. Оптимальный режим водоблока ТЭЦ // Сахар. 2009. № 6. С. 50-56. Arapov D.V. et al. Optimum mode of waterblock of heat electropower station. Sakhar. [Sugar], 2009, no. 6, pp. 50-56. (In Russ.).Пат. №2316165, RU, C2 7 F28 C 1/00. Способ управления процессом охлаждения оборотной воды в блоке градирен / Курицын В.А. и др. №2007144470/ 06; Заявл. 29.11.2007; Опубл. 10.07.2009, Бюлл. № 19. Kuritsyn V.A. et al. Sposob upravleniia protsessom okhlazhdenia oborotnoi vody v bloke gradiren [Control method of process of cooling recycled water in the block of cooling towers]. Patent RF, no 2316165, 2009. (In Russ.).Пат. №2316165, RU, C2 7 F28 C 1/00. Способ управления процессом охлаждения оборотной воды в блоке градирен / Курицын В.А. и др. №2007144470/ 06; Заявл. 29.11.2007; Опубл. 10.07.2009, Бюлл. № 19. Kuritsyn V.A. et al. Sposob upravleniia protsessom okhlazhdenia oborotnoi vody v bloke gradiren [Control method of process of cooling recycled water in the block of cooling towers]. Patent RF, no 2316165, 2009. (In Russ.).Пат. № 222850, RU, C2 7 F28 C 1/00. Способ охлаждения жидкости в градирне / Иванов В.Б. № 2002112838/06; Заявл. 16.05.2002; Опубл. 10.05.2004, Бюлл. № 13. Ivanov V.B. Sposob okhlazhdenia zhidkosti v gradirne [Method of cooling liquid in the cooling tower]. Patent RF, no 222850, 2004. (In Russ.).Пат. № 222850, RU, C2 7 F28 C 1/00. Способ охлаждения жидкости в градирне / Иванов В.Б. № 2002112838/06; Заявл. 16.05.2002; Опубл. 10.05.2004, Бюлл. № 13. Ivanov V.B. Sposob okhlazhdenia zhidkosti v gradirne [Method of cooling liquid in the cooling tower]. Patent RF, no 222850, 2004. (In Russ.).Пономаренко В.С., Арефьев Ю.И. Градирни промышленных и энергетических пред- приятий: справ. пособие. М: Энергоатомиздат, 1998. 376 с. Ponomarenko V.S., Aref’ev Iu.I. Gradirni promyshlennykh i energeticheskikh predptiiatii [Cooling towers of industrial and energy enterprises], Moscow, Energoatomizdat, 1998. 376 p. (In Russ.).Пономаренко В.С., Арефьев Ю.И. Градирни промышленных и энергетических пред- приятий: справ. пособие. М: Энергоатомиздат, 1998. 376 с. Ponomarenko V.S., Aref’ev Iu.I. Gradirni promyshlennykh i energeticheskikh predptiiatii [Cooling towers of industrial and energy enterprises], Moscow, Energoatomizdat, 1998. 376 p. (In Russ.).Гельфанд Р.Е. Уравнения тепломассообмена и соотношение между коэффициентами отдачи в теории и практике технологических расчетов градирен // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 2006. Т. 245. С. 196-204. Gel’fand R.E. The equations of heat and mass transfer and relationship between the recovery factor in the theory and practice of technological calculations. Izvestiia VNIIG. im. B.E. Vedeneyeva. [Bulletin of All-Russian Research Institute of Hydraulic Engineering], 2006, vol. 245, pp. 196-204. (In Russ.).Гельфанд Р.Е. Уравнения тепломассообмена и соотношение между коэффициентами отдачи в теории и практике технологических расчетов градирен // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 2006. Т. 245. С. 196-204. Gel’fand R.E. The equations of heat and mass transfer and relationship between the recovery factor in the theory and practice of technological calculations. Izvestiia VNIIG. im. B.E. Vedeneyeva. [Bulletin of All-Russian Research Institute of Hydraulic Engineering], 2006, vol. 245, pp. 196-204. (In Russ.).Дячек П.И. Холодильные машины и установки: учеб. пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2007. 424 с. Diachek P.I. Kholodil’nye mashiny I ustanovki. [Refrigerating machines and installations], Rostov, Feniks, 2007. 424 p. (In Russ.).Дячек П.И. Холодильные машины и установки: учеб. пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2007. 424 с. Diachek P.I. Kholodil’nye mashiny I ustanovki. [Refrigerating machines and installations], Rostov, Feniks, 2007. 424 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.