ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ АКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ КОНВЕКЦИЕЙ В ТЕРМОСИФОНЕ ПРИ ЗАПАЗДЫВАЮЩЕМ КОНТРОЛЛЕРЕ

Ivan Krasnyakov,Dmitry Bratsun

doi:10.17072/1994-3598-2017-2-59-68

Abstract

The paper deals with the problem of automatic control of the motion of an inhomogeneously heated liquid in long vertical channels connected at the ends. Such a rectangular loop (a non-simply connected thermosyphon) makes it easy to maintain the mechanical equilibrium of a liquid with a vertical temperature gradient. The fluid flow is controlled by small discrete channel orientation changes with respect to the static component of the inertial field, for example, gravity. Such changes are made by the computer according to the law of proportional negative feedback. The effect of a time delay, which naturally arises in the controller's commands, is considered. To study the effect in detail, an artificial time delay has been also added. A mathematical model of the phenomenon is developed. Dynamic modes of the work of a controlled convective loop are numerically studied. It was found that the excessive feedback gain can cause non-stationary convection modes in the system. Methods for weakening the delay effect are discussed.

Highlights

В работе рассматривается задача об автоматическом управлении движением неоднородно нагретой жидкости в длинных вертикальных каналах, соединенных на концах
The paper deals with the problem of automatic control of the motion of an inhomogeneously heated liquid in long vertical channels connected at the ends
Such a rectangular loop makes it easy to maintain the mechanical equilibrium of a liquid with a vertical temperature gradient

Summary

Введение

Развитие технологий требует создания систем автоматического и адаптивного управления, которое проецируется на систему с помощью обратной связи и не требуют постоянного слежения человека. При активном управлении целью является изменение состояния конвективной системы через подавление или, наоборот, усиление естественно возникающих малых возмущений в реальном времени. В данных работах управление с обратной связью, организованное с помощью специального подогрева системы, поддерживало стационарное течение в конвективной петле тороидальной формы при значениях параметров, когда при отсутствии управления реализуется нестационарная конвекция. Подобная стратегия управления была выбрана и в работах [12,13,14]. К недостаткам такого метода управления стоит отнести тот факт, что при лабораторной реализации так и не удалось достичь равномерного изменения температуры из-за влияния конечной теплопроводности реальных жидкостей. Неудачно была выбрана и форма термосифона: дело в том, что привлекательная на первый взгляд тороидальная форма, которая не имеет углов и в большей степени отвечает требованию одномерности течения, приводит к необходимости специального нагрева для поддержания механического равновесия. В настоящей работе уточняются некоторые моменты, касающиеся работы контроллера с запаздыванием, и предлагается методика уменьшения влияния этого запаздывания

Математическая модель

Линейный анализ устойчивости

Нелинейная динамика

Методика ослабления паразитных колебаний

Заключение