Dynamics and optimal control of flexible heat-exchanger networks
Esnek ısı değiştirici ağların dinamiği ve eniyi denetimi
- Tez No: 47439
- Danışmanlar: DOÇ. DR. Ş. UĞUR AKMAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1995
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 196
Özet
Bu çalışmada ısı değiştirici ağlannın (IDA) dinamiği, denetienebilirliği ve dinamik esnekliği incelenmiştir. İncelenecek IDA'ları oluşturan ters akımlı, kabuklu borulu tipik ısı değiştiricilerin (çok borulu) (dağıtmılı-parametre) modeli geliştirilmiştir. Bu model, her bir ısı değiştiricisi için, bileşkeli dört kısmi diferansiyel denklemden oluşmuş olup, kabuk (soğuk akım) ile boru (sıcak akım) akışkanlarının ve kabuk ile boru metal kısımlarının enerji dengelerini kapsamaktadır. Literatürde sıkça karşılaşılan yatışkın durum uyumsuzluğu, ileri bir sayısal çözüm algoritması kullanılarak aşılmıştır. Isı değiştirici modelleri, ağ yapısına uygun olacak şekilde, sınır değerleri vasıtasryla birbirine bağlanarak EDA'ların dinamik modeli elde edilmiştir. Isı değiştiricilerin etrafındaki yangeçit akımlarının debileri IDA'lann tek karar değişkeni, hedef akım sıcaklıkları ise kontrol değişkenleri olarak ele alınmıştır. İki farklı merkezi eniyi denetim algoritmaları geliştirilmiş ve bu algoritmalar çeşitli IDA'larda, kaynak akım sıcaklıklarında farklı bozucu etki değerleri ve hedef akım sıcaklıklarında farklı denetim sınırları kısıtları için denenmiştir. Her iki modelde de önce, IDA modelini göz önünde bulundurarak hedef akımı sıcaklıklarının denetim sınırı kısıtlarını sağlayan yangeçit oranları eniyileme yöntemiyle bulunmuştur. Bu eniyileme ile bozucu etki öncesi çalışılan nokta (yatışkın durum) etrafında uygun ve eniyi yeni bir bozucu etki sonrası çalışma noktası bulunmuştur. Bazı durumlarda, IDA yapısının elverdiği ölçüde, bozucu etki sonrası uygun çalışma noktası, nominal (bozucu etki öncesi) çalışma noktası ile çakışabilir.vn Merkezi açık döngü (geri beslemeli olmayan) denetim algoritmasında, yangeçitler nominal değerlerinden (bu nominal değerler sıfır olabilir) eniyi değerlerine kadar zamanın bir fonksiyonu olarak açılmışlardır. Yangeçitlerin zamanla doğrusal olarak açılması, IDA'lann dinamik tepkilerinin çok tatmin edici olmasıyla sonuçlanmıştır. Denetim sınır kısıtlarının geçici olarak aşılmaları ise yangeçitlerin zaman içinde eniyi açılma oranlarının ayarlanmasryla engeflenmiştir. Merkezil kapalı döngü (geri beslemeli) denetim algoritmasında, yangeçitler nominal değerlerinden eniyi değerlerine görünürde denetlenen hedef alam sıcaklıklarına bağlı olarak açılmışlardır. Bu geri beslemeli uygulama sonucunda aynı IDA örneğinin dinamik tepkisinin açık döngü algoritmasına göre daha düzgün olduğu gözlenmiştir. Ancak bu kapalı çevrim denetim algoritması burada açıklandığı şekliyle denetim sınır kısıtlannı her zaman sağlayamaz. Genel olarak merkezil modeli temel alan her iki eniyi denetim algoritması da, IDA' ların denetimi için umut vericidir.
Özet (Çeviri)
In this work, the dynamics, controllability and resiliency of Heat-Exchanger Networks (HENs) are investigated. A rigorous distributed-parameter model of typical countercurrent shell-and-tube (multi-tube) heat exchangers constituting the HENs to be studied was developed. The model consists of four coupled partial-differential equations (PDEs) for each exchanger and includes energy balances for the shell (cold) and tube (hot) fluids, and for the shell and tube walls. The advanced numerical-solution algorithm eliminated the steady-state offset problem mentioned in encountered literature. Dynamic models of the HENs were constructed by connecting the exchanger models through boundary conditions in accordance with the network structure. Flow rates of bypass streams around exchangers were considered as the only manipulated variables, and the target streams of the HEN, were considered as the controlled variables. Two centralized optimal-control algorithms were developed and tested for various HENs, for different sets of disturbances in source-stream temperatures, and for different control-range constraints on target-stream-temperatures. In both of the algorithms, first, the values of the optimal bypass openings are determined by an optimizer which satisfies the control-precision constraints (hard or soft) imposed on the target streams by referring to the algebraic model of the HEN. The optimizer, thus, finds a feasible and optimal post- disturbance steady-state operating point around the pre-disturbance operating point. In cases where the HEN structure allows, the post-disturbance feasible operating point may as well be the nominal (pre-disturbance) operating point.In the centralized open-loop (without state feed back) control algorithm, the bypasses were opened from their nominal values (which may be zero) up to their optimal values as a function of time. The use of ramp functions resulted in very satisfactory dynamic response of the HENs, and temporal violation of the control-range constraints were prevented by optimal tuning of the rate with which the bypasses were opened. In the centralized closed-loop (with state feedback) control algorithm, bypasses were opened from their nominal values up to their optimal values as dependent on the pseudo-controlled target-stream temperatures. The use of state feedback resulted in smoother dynamic response for a sample HEN. However, the closed-loop algorithm, in its presented form, cannot always prevent temporal violation of the control-range constraints. Overall, both of the proposed centralized (hierarchical) model-based optimal- control dgorithms proved to be promising in control of HENs.
Benzer Tezler
- Learning of interval Type-2 fuzzy logic systems using big bang – big crunch optimization
Aralık değerli Tip-2 bulanık sistemlerin büyük patlama – büyük çöküş optimizasyonuyla eğitilmesi
CİHAN ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ENGİN YEŞİL
- Dynamic optimization of batch and semi-batch chemical processes
Kesikli ve yarı kesikli kimyasal proseslerin dinamik optimizasyonu
RANA GÜLİZAR ÖZVERİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Kimya MühendisliğiMarmara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KURTUL KÜÇÜKADA
- Deprem etkisindeki yapıların aktif kontrolü
Active control of structures under seismic excitation
BEKİR BORA GÖZÜKIZIL
