制冷装置自动化A(2004级热能)答案

1拟题学院（系）：机电工程学院适用专业：热能工程041-22007/2008学年1学期制冷装置自动化（A）试题标准答案（答案要注明各个要点的评分标准）1.图1是一个简单的库房温度调节系统，请写出其自动调节的框图，并分别写出调节对象、发信器、调节器、执行器所指。（20分）答：(1)框图：（10分）(2)调节对象：库房（2分）调节器：温度控制器。（2分）发信器：温包。（2分）执行器：电磁阀。（2分）被调参数：库房温度θ。（2分）拟题人：书写标准答案人：图1库房温度自动调节系统1.冷库2.温包3.温度控制器4.电磁阀5.冷风机调节器执行器调节对象发信器给定值r偏差epq干扰作用被调参数(温度θ)测量值z22.如图2所示。假定箱内壁与箱内空气温度相同，均匀分布，可视为集中参数，箱壁不蓄热。箱内空气温度为θ，制冷剂蒸发温度为θ2，箱外空气温度为θs，渗入箱内热量为Q入，制冷剂带走热量为Q出。假设k1—箱壁当量传热系数；A1—箱壁传热面积；k2—蒸发器壁当量传热系数；A2—蒸发器传热面积。（其它参数可自行合理假定表示。）试建立冷藏箱内空气温度动态方程。（20分）答：渗入冷藏箱的热量为11s()QkA入（1）式中1k：箱壁当量传热系数；1A：箱壁传热面积。（3分）制冷剂带走的热量为：222()QkA出（2）式中2k：蒸发器壁当量传热系数；2A：蒸发器传热面积。（3分）初始稳态时，有0QQ入出，0当渗入热量与制冷剂带走热量不平衡时，热容量U发生变化：-dUQQdt入出（3分）冷藏箱热容量=1=niiiUmcC图2冷藏箱对象示意图θθ2θsQ入Q出冷剂3式中C：冷藏箱对象容量系数，ni1Ciimc；mi：箱壁、货物及设备质量；ic：箱壁、货物、设备的比热容；（3分）因此：-dUdCQQdtdt入出（3）11222112221122()()()ssdCkAkAdtkAkAkAkA（5分）故：112211222()sdCkAkAkAkAdt（2分）上式即为冷藏箱空气温度动态方程，方程左边被调参数，是对象的输出信号，方程右边两相为输入信号，其中s箱外温度为干扰作用参数，11skA为干扰作用项，2为调节作用参数，222kA为调节作用项。（1分）3.利用拉氏变化求解下列动态方程式21002()dydyaaybxtdtdt式中a1，b0，c0—不变的实数。并求在输入函数为以下形式时的解00()0txtAt当当。（20分）答：按线性叠加原理，得：21001()()()()(0)(0)sasaYsbXssayy（2分）故：01221010()(0)(0)()()bsayyYsXssasasasa（1分）由初始条件0t，(0)0y，(0)0y故上式可写为：0210()()()()bYsXsWsXssasa4即：0210()()()bYsWsXssasa（2分）当00()0txtAt当当时，则输入量()xt的拉氏变换为：As00221010()()bbAAYssasasssasa（2分）假设210()()sasass，1a，0a则：0312()()()bACCCYsssssss（2分）根据拉氏变换，上式各项的原函数为123()ttytCCeCe（3分）其中：C1，C2，C3分别为待定系数。两边乘s，并令0s，可得0010bAbAC（2分）两边乘()s，并令s，可得00020()()()bAbAbAC（2分）两边乘()s，并令s，可得00030()()()bAbAbAC（2分）将1C,2C,3C代入得：000000()()()ttbAbAbAytee（2分）4.试写出积分环节的对数频率特性，并画出Bode图。（20分）5（对数幅频特性图和对数相频特性图共10分，每图5分，要求标注完整，图形描述准确，否则，酌情减分。）积分环节的传递函数1()Gss（1分）,与之相对应的频率特性为1()Gjj（1分），其对数幅频特性和对数相频特性为：1()()20lg20lgdBdBLGj（2分）()90（2分）当10.1，得对数幅值为111()()20lg2020lg0.1dBdBLGj（1分）当1，得对数幅值为111()()20lg20lgdBdBLGj（1分）当110，得对数幅值为111()()20lg2020lg10dBdBLGj（1分）当1100，得对数幅值为200-20-40-900-180G=1()Gjj0.10.20.60.426420604010100幅值（dB）相角（°）（rad/s）1.0积分环节对数频率特性6111()()20lg4020lg100dBdBLGj（1分）当频率增高10倍时，对数幅值下降-20dB时，对数幅频特性曲线是一条倾斜率为-20dB/10倍频的直线。5.试选择计算蒸气压力稳定自动调节系统中调节阀口径（图3）。蒸汽最大流量max850/qkgh，蒸汽最小流量min210/qkgh，调节阀阀前压力0.19MPa（表压），阀后压力稳定为0.10.002MPa（表压），阀前p1状态的饱和蒸汽密度11.57。（20分）解：(1)调解阀的最大流量maxq为maxmax110%110%850/935/qqkghkgh（2分）(2)调节阀的最小流量minq，minmin210/qqkgh（2分）(3)调节阀阀前压力为10.190.10.29pMPaMPaMPa(绝对)（2分）(4)调节阀阀后压力为20.10.10.2pMPaMPaMPa(绝对)（2分）(5)调节阀前、后两端压力差为120.09pppMPa（1分）P蒸汽源0.45~0.25MPa0.19MPa0.10MPa进气变送器调节阀溴化锂制冷机凝水电动压力调节器图3稳定蒸汽压力调节系统原理图7(6)蒸汽的压缩系数为210.20.50.29pp（1分）(7)故调节阀的蒸汽流动为亚临界流动。10.0910.4610.460.9350.8020.29pp（2分）(8)按最大流量计算流通能力maxC为maxmax1935311001000.8020.091.57qCp（2分）(9)按最大流量计算流通能力minC为minmax12106.961001000.8020.091.57qCp（2分）可选直通单座调节阀，通径0.05gDm，口径0.05gdm，行程0.025Sm，阀的流通能力32C。（2分）(10)验算min6.9621.8%10%32CC（2分）