Отримати рівняння динаміки двохємкістного ресивера, схематично зображеного на рис.1. Визначальним параметром даного об’єкта є тиск Р3. Необхідно знайти залежність:
, де ступінь відкриття клапану на вхідному потоці; - витрати газу з ресивера, кг/год.
Рис. 2. Розрахункова схема об’єкту моделювання
Основний статичний режим визначається такими значеннями параметрів
Н/см2; Н/см2; Н/см2; кг/год
Ємкості ресивера мають об’єм ;
На основі матеріальних балансів складаємо рівняння статики для кожної із єкостей
Витрати та потрібно виразити через залежності від відповідних значень тиску, та ступеню відкриття клапану на вхідному потоці:
,
де та - коефіцієнти витрати; та - це значення щільності газу відповідно перед вхідним клапоном та у першій ємкості.
Враховуючи акумулюючу здатність кожної з ємкостей, перетворимо рівняння статики на рівняння динаміки:
За умовою, що
та ,
Отримуємл наступну систему диференційних рівнянь:
|
|
Зробимо аналіз змінних, що входять у рівняння. Змінними є: . Якщо та будуть змінюватися, то навіть за сталим значенням будуть змінюватися та , а в зв’язку з тим, що - змінна, то змінною буду і . Таким чином, змінними в рівняннях будуть . Рівняння, з врахуванням визначенних змінних, будуть нелінійними. Лінеаризуємо рівняння розкладанням в ряд Тейлора.
В рівняннях є залежні між собою змінні. Це тиск та щільність , тиск та щільність . Іх однозначана залежність буде визначатися законом розширення газу. Якщо теплообмін з навколішнім середовищем близький до ідеального та не дуже великий перепад тиску, можна прийняти ізотермічний закон розширення газу PV=RT. Тоді можна записати:
,
Введемо умовне позначення .
Де
Виключивши з рівнянь змінни та розділивши всі складові рівняння на коефіцієнт при , отримаємо:
Де
; ; ;
; ; ;
Розмірність всіх додатків рівняння динамікт однакова, що є необхідною, хоч і не достатьньою умовою стверджувати, що рівняння динаміки отримано вірно.
Визначимо із статичних залежностей та з довідників значення величин . Спочатку визначимо . Тиск та щільність для незмінної температури знаходяться у такій залежності:
,
де - атмосферний тиск, Н/см2;
- абсолютне значення тиску відповідно перед ресивером, у першій та другій ємкості, ; ; .
Щільність повітря ддля атмосферного тиску за довідником кг/м3.
Враховуючи викладне вище, із залежності вирахуємо числові значення для основного статичного режиму:
, ,
Визначимо числові значення коефіцієнтів витрати .
|
|
.
Знайдемо числове значення виразу , .
Запишимо значення всіх констант та змінних в номінальному (початковому) режимі в табл.2. Користуючись значенням величин, записаних у табл. 2, знайдемо числові значення проміжних коефіцієнтів B, D, C та E.
; ; ; .
Таблиця 2