Тестирование барабанного блока 200 МВт.
5.4 Непрерывное интегрирование температур и давлений
Этот тест посвящен критике подхода к моделированию некоторых разработчиков в России, при котором динамическая задача отделена от статической. Идея подхода состоит в том, что после очередного действия оператора, тренажер вычисляет статическое состояние, к которому придет моделируемый объект, если на нем больше ничего не менять. Подсчитав это состояние, тренажер начинает "переводить" текущее состояние моделируемого объекта в только что подсчитанное финальное состояние. Указанный "перевод" обычно осуществляется по экспоненциальным функциям с некоторым образом оцененными постоянными времени. Если в процессе этого "перевода" оператор совершает какое-либо новое действие, то немедленно вычисляется новое финальное состояние, к которому начинается новый "перевод" от текущего состояния. Для целого спектра нестационарных процессов (пусков, остываний) такой подход заведомо неприемлем. Однако определить, что в модель заложен этот принцип, не всегда и легко.
Следующий гипотетический опыт служит для того, чтобы показать, что тестируемый тренажер непрерывно осуществляет прямое интегрирование во времени давлений и температур, а не осуществляет перевод из одного статического состояния в другое.
Опыт заключался в следующем. Блок стабильно работал в номинальном состоянии. В момент времени 45 минут у паропровода острого пара с котла была нарушена изоляция. В результате увеличились потери этого участка паропровода в окружающую среду. Нарушение изоляции паропровода продолжалось в течение 100 секунд. В момент времени 46 минут 40 секунд изоляция паропровода была восстановлена в полном объеме.
Для демонстрации данного опыта были выбраны следующие переменные:
NT12TM – температура металла выбранного участка паропровода острого пара (°С)
NT12QM – тепло передаваемое в выбранном участке паропровода от металла к пару (ккал/сек); все время опыта это тепло было отрицательно, что означает что реально пар передавал тепло металлу, а не наоборот
GCN14 – потери тепла в окружающую среду в выбранном участке паропровода (ккал/сек); отрицательный знак значений этой переменной означает отвод тепла от металла.
Перед тем как описывать поведение выбранных для опыта переменных, необходимо сказать следующее. Полная теплоемкость рассматриваемого участка паропровода при температуре 500°С, которая была подсчитана при разработке тренажера на основе массы участка паропровода и используемого типа стали, равна 2045 ккал/°С. Как известно, при повышении температуры металла его теплоемкость повышается. Это означает, что один и тот же кусок металла легче нагреть от 100 до 101°С, чем от 500 до 501°С. При температуре 540°С, которую имел металл паропровода в момент времени 45 минут, его общая теплоемкость равнялась 2105 ккал/°С. Это означает, что для того чтобы нагреть этот кусок металла на 1°С, ему необходимо было передать 2105 ккал тепла.
Как развивался опыт? В момент времени 45 минут значение GCN14 и NT12QM было равно – 15.2 ккал/сек. Как следствие того, что подвод тепла к металлу был равен отводу тепла от металла, температура металла (NT12TM) практически не менялась – рисунок 7.
В момент нарушения изоляции потери тепла сразу же возросли до 30.6 ккак/сек. В результате этого температура металла паропровода стала падать. Как следствие стало возрастать тепло, которое пар передает металлу (NT12QM) – рисунок 7. Судя по рисунку 7, за 100 секунд до момента времени 46 минут 40 секунд переменная NT12QM изменилась с 15.2 до 22.4
В течение этих 100 секунд у металла было превышение отводимого тепла над подводимым. Попробуем, используя знания геометрии, подсчитать по рисунку 7, сколько тепла потерял за это время металл.
Это тепло численно равно площади фигуры ABCD на рисунке 7, ограниченной зеленой и красной кривыми.
S=(30.6-22.4)×100+(22.4-15.2)×0.5×100=1180 ккал
Как было сказано выше, в этот момент полная теплоемкость рассматриваемого участка паропровода равнялась 2105 ккал. Тогда отдав 1180 ккал, метал должен был остыть на 1180/2105=0.56 °С. По рисунку 7 мы видим, что за это время температура металла (NT12TM) упала с 540.091°С до 539.531 °С. То есть она упала именно на 0.56 °С.
Посмотрим, что происходило в течение 100 секунд сразу же после восстановления изоляции в момент времени 46 минут 40 секунд.
В момент восстановления изоляции потери тепла от металла паропровода в окружающую среду (GCN14) вернулись к прежнему значению 15.2. В результате уменьшения потерь тепла, температура металла (NT12TM) стала расти. Как следствие, стало уменьшаться тепло (NT12QM), передаваемое металлу от пара. Однако, в течение первых 100 секунд после восстановления изоляции с момента времени 46 минут 40 секунд до момента времени 48 минут 20 секунд, это тепло было больше потерь (GCN14).
Попробуем, используя знания геометрии, подсчитать по рисунку 7, сколько тепла получил за это время металл. Это тепло численно равно площади фигуры DEFG.
S=(18.9-15.2)×100+(22.4-18.9)×0.5×100=545 ккал
Как было сказано выше, в этот момент полная теплоемкость рассматриваемого участка паропровода равнялась 2105 ккал. Тогда получив 545 ккал, метал должен был нагреться на 545/2105=0.259°С. По рисунку 8 мы видим, что за это время температура металла (NT12TM) увеличилась с 539.531°С до 539.79°С. То есть она увеличилась именно на 0.259°С.
Рисунок 7
Наши выводы из этого опыта.
Тестируемый тренажер во всех режимах работы блока:
- с высокой точностью вычисляет температуры и давления методом прямого численного интегрирования
- учитывает зависимость теплоемкости металла от его температуры
Опыт 5.1 >>>
Опыт 5.2 >>>
Опыт 5.3 >>>
Опыт 5.5 >>>
Заключение >>>