15、分布式参数热交换器的建模、动态特性与控制

分布式参数热交换器的建模、动态特性与控制

1. 引言

热交换器在几乎所有工业过程中都有广泛应用，如发电厂、内燃机、燃气轮机、空调系统、炼油厂和众多化工厂。随着许多过程的发展，对热交换器在启动、关闭、紧急情况和负载变化时的精确快速操作提出了要求。基于稳态数据的传统设计已显不足，因此对热交换器动态行为的理解和评估受到关注。自1943年P.Profos建立了第一个简单热交换器的动态模型，以及1951年Y.Takahashi给出常见热交换器的第一个传递函数以来，相关研究不断涌现。

2. 热交换器建模与动态特性研究历史

2.1 一维流动热交换器动态特性

• 1943年，Profos在其论文中对渗流型热交换器的动态行为进行了首次建模。
• 20世纪50年代，建模和动态特性研究迎来热潮。Takahashi在1951年给出常见热交换器的传递函数，并通过稳定性极限研究可控性。
• 1954年，Dusinberre提出获取热交换器瞬态响应的数值方法；Rizika考虑了平行流和逆流热交换器中较厚中间壁主导动态特性的特殊情况。
• 1956年，Cohen和Johnson研究了双管热交换器的动态特性，发现了频率响应中的共振现象。
• 1958 - 1960年，Masubuchi为各种类型的多程热交换器建立数学模型并给出传递函数，发现单壳多程热交换器的特征方程本质上是三阶的。
• 20世纪60年代，研究重点逐渐从入口温度变化的动态响应或一维流动热交换器转向更实际、更困难的流动强迫动态特性或错流热交换器的动态特性。
• 1967年，Noldus分析了平行