如何调节产品不传热问题

这类调节对象，通常是用来保持在一密闭空间内的产品温度恒定。这方面的例子有：烘干炉、热处理炉、冷冻装置、热水炉等。

作为范例，图2-23a示出热处理炉的温度自动调节系统；而在图2-23b中，示出不同物料传热的温度自动调节系统原理图。

通过调节阀传输给调节对象一个热载体；在冷却的情况下，通过调节阀输送冷载体。不论是加热还是冷却，调节对象一般是绝热的，因此外表热量变化是比较小的。

图2-23 产品不传热的温度自动调节系统

a）热处理炉 b）原理图

T_m—环境的平均温度 TC—温度调节器 T_i—温度的给定值 EA—调节对象

这类调节对象的主干扰是表面的热量损失；在冷却的情况下，热量自外部渗入调节对象。

在炉中燃烧的燃料流量为q_m，热量为ΔH。通过调节阀的热流量q_mΔH在燃烧室中变成热Q。这个热流既加热产品，又补偿向周围环境散热的损失。

1.在调节阀上的压力变化

调节阀上的压力随流量变化。这对于温度自动调节系统的调节阀特性是非常重要的。

图2-24b所示为对应图2-24a的沿管路系统的压力降。当q_V=0时，升压设备SP输出的压力是p₀。在升压设备中，管路和燃烧器的压力降是Δp_L。在燃烧室内的压力p_v接近于大气压力。

在图2-23a所示系统中，参数ψ=Δp_r100/Δp_so，对于调节阀特性有特别重要的意义。

2.调节对象的动态特性

假设：①调节对象是一个具有集中参数的系统；②热损失仅仅发生在与周围环境进行热交换时。

在时间Δt内热平衡方程为

q_mΔHΔt=AK（T-T_m）Δt+mc_pΔt （2-29）

式中，q_m为质量流量（kg/h）；A为调节对象的侧面积（m²）；K为传热系数[W/（m²·K）]；T为调节对象内部的平均温度（K）；m为调节对象内介质的质量（kg）；c_p为比定压热容[kJ/（kg·K）]。

图2-24 温度调节管路系统的压力变化

a）管路系统 b）压力变化

——q_V=0 ---q_V≠0 —·—q_V=qV₁₀₀

式（2-29）表示：燃料放出的热能，等于向周围环境传递的热量，加上加热介质积累的热量。用Δt除式（2-29），并取极限，得

式中，a为时间常数（s），a=mc_p/AK。当燃料流量有阶跃变化Δq_m时，微分方程（2-30）的解为

其中，（T-T_m）表示温度的变化。当T=T₀时，流量q_m=q_m0。

阀门的开度在工作点附近变化Δh时，流量变化Δq_m的近似表达式为(www.xing528.com)

将式（2-32）代入式（2-31），得

一般情况下，从动态特性的观点出发，温度变送器被包含在调节对象之中，并与其串联。因为温度变送器的动态特性是一阶的，因此，这样构成的调节对象可用一个二阶元件近似。

3.选择调节阀的最佳特性

对于不向产品传热的加热过程，在定值调节情况下，要解决的问题是保持被调温度为恒定值；而在一个跟踪温度自动调节情况下，按一定程序进行温度调节。

（1）具有常数给定和不可压缩调节介质的温度的自动调节系统 首先分析液体介质流过调节阀的情况；分析调节阀RR的开度与温度调节对象的关系。

对于线性调节阀，导数dq_m/dh的表达式为

将式（2-34）代入式（2-33），得

式（2-35）的时间常数和传递系数为

式（2-36）不依赖于阀门的开度h。这证明温度调节对象与线性的调节阀RR构成线性系统。

1）Δp_r变化情况。假设T_m和ΔH是常数，对于对数调节阀，导数dq_m/dh的公式为

将式（2-37）代入式（2-33），得

式（2-38）证明传递系数b=nq_mΔH/AK、时间常数a=mc_p/AK与压力损失Δp_r无关。

这个计算证明，采用对数调节阀时，压力损失Δp_r的变化，不改变传递系数b和时间常数a，系统的特性仍然不变。

2）ΔH的变化情况。假设T和Δp_r是常数，采用对数调节阀，可获得式（2-38）的结论。当热量变化为βΔH时，温度自动调节系统改变调节阀RR的开度，流量从q_m变化为q_m′，从而保证同样的热流，也就是q_mΔH=q_m′βΔH，这样就得出

q_m′=q_m/β

对于热量的新值βΔH和燃料流量的新值q_m/β，式（2-38）变为

这又一次证明，采用对数调节阀，不改变系统的线性特性。

（2）具有常数给定和可压缩调节介质的温度自动调节系统 如前面已指出的，用于不可压缩介质流量调节的调节阀的结论，对于可压缩介质有很好的近似程度。这一结论仅适用于正常流和亚临界流范围。因为在升压设备和温度自动调节系统的调节对象之间，气体和蒸汽管段较短，它们实际上不改变系统的惰性。

（3）跟踪温度自动调节系统 通常这个系统用于按特定程序来改变温度的场合。因为温度变化比较大，因此调节阀开度是在整个行程范围内变化的。在这种情况下，调节阀的压力损失Δp_r变化也大。这时在管线上压力损失Δp_L较小的条件下，应采用对数调节阀，以保持传递系数是个常数。由于这个原因，在一般情况下，跟踪温度自动调节系统采用对数调节阀。