Блок-схема алгоритма расчета
Рис. 3.10. Блок-схема алгоритма поверочно-оценочного расчёта стационарного режима процесса в теплообменнике типа смешение–вытеснение
Программа расчета процесса
Обозначения переменных в тексте программы
T0cold и T1cold – соответственно, входная и предполагаемая выходная температуры жидкости в резервуаре; для поступающей в змеевик жидкости: T0hot – температура на входе; Vcold, Vhot – расходы, Chot, Ccold – теплоемкости; Ft –поверхность теплообмена; Kt – константа теплопередачи; L – длина змеевика, LocInt – локальная интенсивность.
Для построения графика необходимо выбрать исходную величину-аргумент (будет отображаться по горизонтальной оси), диапазон и шаг ее изменения, а также величину-функцию, зависящую от аргумента (вертикальная ось). Построенный график покажет, как будет изменяться зависимая величина при изменении аргумента (при этом значения всех остальных исходных величин, которые были введены в окна ввода исходных величин будут оставаться неизменными) – рис. 3.12.
Рис. 3.11. Ввод исходных данных и получение расчетных результатов, в том числе графика зависимости температуры в змеевике от продольной координаты
Рис.
3.12.
Построение графика: зависимость
температуры потока №1 на выходе из
теплообменника от расхода
Текст программы тексте программы с комментариями
function[T0cold,T1cold,Vcold,Ccold,Ft,Kt,T0hot,L, Vhot,Chot]=VvodIshodnDannih(hObject, eventdata, handles)
T0cold=str2double(get(handles.edit1,'String'));
T1cold=str2double(get(handles.edit2,'String'));
Vcold=str2double(get(handles.edit3,'String'));
Ccold=str2double(get(handles.edit4,'String'));
Ft=str2double(get(handles.edit5,'String'));
Kt=str2double(get(handles.edit6,'String'));
T0hot=str2double(get(handles.edit7,'String'));
L=str2double(get(handles.edit8,'String'));
Vhot=str2double(get(handles.edit9,'String'));
Chot=str2double(get(handles.edit10,'String'));
end
function[]=VivodArgumentovNaEkran(VectorArg,hObject, eventdata, handles)
T0cold=VectorArg(1); T1cold=VectorArg(2); T0hot=VectorArg(7); Vcold=VectorArg(3); Ccold=VectorArg(4); Ft=VectorArg(5);
Kt=VectorArg(6); L=VectorArg(8); Vhot=VectorArg(9); Chot=VectorArg(10);
%vivod argumentov na ekran
S=sprintf('%g',T0cold);
set(handles.edit1,'String',S);
S=sprintf('%g',T1cold);
set(handles.edit2,'String',S);
S=sprintf('%g',T0hot);
set(handles.edit7,'String',S);
S=sprintf('%g',Vcold);
set(handles.edit3,'String',S);
S=sprintf('%g',Ccold);
set(handles.edit4,'String',S);
S=sprintf('%g',Ft);
set(handles.edit5,'String',S);
S=sprintf('%g',Kt);
set(handles.edit6,'String',S);
S=sprintf('%g',L);
set(handles.edit8,'String',S);
S=sprintf('%g',Vhot);
set(handles.edit9,'String',S);
S=sprintf('%g',Chot);
set(handles.edit10,'String',S);
end
function [VectorRes,VectorArg,Lmas,Tmas,n] = ReshitZadachu (VectorArg)
T0cold=VectorArg(1); T1cold=VectorArg(2); Vcold=VectorArg(3); Ccold=VectorArg(4); Ft=VectorArg(5);
Kt=VectorArg(6); T0hot=VectorArg(7); L=VectorArg(8); Vhot=VectorArg(9); Chot=VectorArg(10);
function LocInt=funLocInt(T0hot)
LocInt=Kt*(T0hot-T1cold);
end
Функция difurThot содержит дифференциальное уравнение (43) в конечно-разностной форме
function dThot=difurThot(L,T0hot)
dThot=-(Ft*funLocInt(T0hot))/(Vhot*Chot*L);
end
Функция uravnenijeT1hot решает с помощью функции MATLAB ode45 методом Рунге–Кутта 4 или 5 порядка уравнение в функции difurThot, описанной выше при граничных условиях [0.1, L] по длине L змеевика, и получает массивы данных по L и температуре T, после чего выходная температура жидкости в змеевике T1hot приравнивается последнему элементу массива по Т.
function T1hot=uravnenijeT1hot(L,T0hot)
[Lmas,Tmas]=ode45(@difurThot,[0.1 L], T0hot);
n=length(Tmas);
T1hot=Tmas(n);
end
function equ=equiation(T0cold,T1cold,Vcold,Ccold,Ft,Kt, T0hot,L,Vhot,Chot)
equ=Vcold*Ccold*(T0cold-T1cold)-Vhot*Chot*(uravnenijeT1hot(L,T0hot)-T0hot);
end
%podgotovka k deleniju popolam (poisk T1cold)
%granici poiska
Tleft=T0hot;
Tright=T0cold;
%shag poiska
stepT=(Tright-Tleft)/49;
x(1)=Tleft;
T1cold=x(1);
y(1)=equiation(T0cold,T1cold,Vcold,Ccold,Ft,Kt,T0hot,L,Vhot,Chot);
%poisk intervala smeni znakov
for i=2:50
x(i)=x(i-1)+stepT;
T1cold=x(i);
y(i)=equiation(T0cold,T1cold,Vcold,Ccold,Ft,Kt,T0hot,L,Vhot,Chot);
if y(i)*y(i-1)<0
Tleft=x(i-1);
Tright=x(i);
break;
end
end
%delenije popolam -- naiti T1cold
count=0;
while abs(Tleft-Tright)>0.0001
count=count+1;
if count>100
break;
end
Tmid=(Tright+Tleft)/2;
T1cold=Tleft;
yleft=equiation(T0cold,T1cold,Vcold,Ccold,Ft,Kt,T0hot,L,Vhot,Chot);
T1cold=Tmid;
ymid=equiation(T0cold,T1cold,Vcold,Ccold,Ft,Kt,T0hot,L,Vhot,Chot);
T1cold=Tright;
yright=equiation(T0cold,T1cold,Vcold,Ccold,Ft,Kt,T0hot,L,Vhot,Chot);
if yleft==0
T1cold=Tleft;
break;
elseif ymid==0
T1cold=Tmid;
break;
elseif yright==0
T1cold=Tright;
break;
end
if yleft*ymid<0
Tright=Tmid;
elseif yright*ymid<0
Tleft=Tmid;
end
T1cold=Tmid;
end
Ниже приведена программа решения рассматриваемой задачи. Последовательно вызываются ранее описанные функции. Затем строится график.
Tout_cold=T1cold;
T1hot=uravnenijeT1hot(L,T0hot);
Tout_hot=T1hot;
LocInt=-Kt*(Tout_hot-Tout_cold);
[Lmas,Tmas]=ode45(@difurThot,[0.1 L], T0hot);
n=length(Tmas);
T1hot=Tmas(n);
plot(Lmas,Tmas,'-k');
grid;
xlabel(' Length(m) ');
ylabel(' T.out.#2(C) (Zmeevik) ');
VectorRes=[Tout_cold,Tout_hot, LocInt];
end
function[]=VivodResultNaEkran(VectorRes,hObject, eventdata, handles)
Tout_cold=VectorRes(1); Tout_hot=VectorRes(2); LocInt=VectorRes(3);
%vivod resultatov na ekran
S=sprintf('%g',Tout_cold);
set(handles.edit15,'String',S);
S=sprintf('%g',Tout_hot);
set(handles.edit16,'String',S);
S=sprintf('%g',LocInt);
set(handles.edit17,'String',S);
end
function[k1Array,v1Array,xLlabel,yLlabel,NumberSteps]=PostrGrafic(VectorRes, VectorArg,LeftNameVar,NumberSteps,StepGr,hObject, eventdata, handles,NameVar,NameArg)
if NameArg>1
NameArg=NameArg+1;
end
VectorArg(NameArg)=LeftNameVar;
k1Array(1)=LeftNameVar;
[VectorRes,VectorArg,Lmas,Tmas,n]=ReshitZadachu(VectorArg);
v1Array(1)=VectorRes(NameVar);
for i=2:NumberSteps+1
k1Array(i)=k1Array(i-1)+StepGr;
VectorArg(NameArg)=k1Array(i);
[VectorRes,VectorArg,Lmas,Tmas,n]=ReshitZadachu(VectorArg);
v1Array(i)=VectorRes(NameVar);
end
%stroim grafic
plot(k1Array,v1Array,'o-');
set(gca,'XGrid','on');
set(gca,'YGrid','on');
%podpisi k osyam
TextVectorArg=[' T.in.#1(C) ',' ','Stream#1(kg/s) ',' C.#1(G/kg*K) ',' Square(m2) ',' Koef.Transmit ',' T.in.#2(C) ',' Length(m) ','Stream#2(kg/s) ',' C.#2(G/kg*K) '];
TextVectorRes=[' T.out.#1(C) ',' T.out.#2(C) ', ' Local.Intens'];
xLlabel=' ';
for i=((NameArg-1)*15+1):(NameArg*15+1)
xLlabel=strcat(xLlabel,TextVectorArg(i));
end
yLlabel=' ';
for i=((NameVar-1)*13+1):(NameVar*13+1)
yLlabel=strcat(yLlabel,TextVectorRes(i));
end
xlabel(xLlabel);
ylabel(yLlabel);
end
% --- Executes on button press in pushbutton13.
function [k1Array,v1Array,xLlabel,yLlabel,NumberSteps] =pushbutton13_Callback(hObject, eventdata, handles)
NameVar=str2double(get(handles.edit31,'String'));
LeftNameVar=str2double(get(handles.edit29,'String'));
RightNameVar=str2double(get(handles.edit30,'String'));
NameArg=str2double(get(handles.edit28,'String'));
StepGr=str2double(get(handles.edit32,'String'));
[T0cold,T1cold,Vcold,Ccold,Ft,Kt,T0hot,L, Vhot,Chot]=VvodIshodnDannih(hObject, eventdata, handles);
NumberSteps=round((RightNameVar-LeftNameVar)/StepGr);
%objavlyajem peremennije
Tout_cold=0; Tout_hot=0; LocInt=0;
VectorRes=[Tout_cold,Tout_hot, LocInt];
VectorArg=[T0cold,T1cold,Vcold,Ccold,Ft,Kt,T0hot,L,Vhot,Chot];
[k1Array,v1Array,xLlabel,yLlabel,NumberSteps]=PostrGrafic(VectorRes, VectorArg,LeftNameVar,NumberSteps,StepGr,hObject, eventdata, handles,NameVar,NameArg);
end
% --- Executes on button press in pushbutton3.
function [VectorRes,VectorArg,Lmas,Tmas,n] = pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles)
[T0cold,T1cold,Vcold,Ccold,Ft,Kt,T0hot,L, Vhot,Chot]=VvodIshodnDannih(hObject, eventdata, handles);
VectorArg=[T0cold,T1cold,Vcold,Ccold,Ft,Kt,T0hot,L,Vhot,Chot];
Tout_cold=0; Tout_hot=0; LocInt=0;
VectorRes=[Tout_cold,Tout_hot, LocInt];
[VectorRes,VectorArg,Lmas,Tmas,n]=ReshitZadachu(VectorArg);
VivodResultNaEkran(VectorRes,hObject, eventdata, handles);
end
% --- Executes on button press in pushbutton2.
function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)
%Vichislit resultati
[VectorRes,VectorArg,Lmas,Tmas,n]=pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles);
%otkrit fail dlya zapisi
[f,p]=uiputfile('C:\MATLAB701\work\S292Res.txt','Окно выбора');
KudaZapisat=strcat(p,f);
f=fopen(KudaZapisat,'wt');
%gotovim dannije dlja avtomaticheskogo schitivanija
fprintf(f,'%d\n',n);
for i=1:n
fprintf(f,'%g\t',Tmas(i));
end
for i=1:n
fprintf(f,'%g\t',Lmas(i));
end
fprintf(f,'\n');
for i=1:3
fprintf(f,'%g\t',VectorRes(i));
end
for i=1:10
fprintf(f,'%g\t',VectorArg(i));
end
%sohranit v fail resultati vichislenij
fprintf(f,'\nS292_TEPLOOBM_SMESHENIYE_VITESNENIYE_02\n');
fprintf(f,'RESULTATI VICHISLENIY\n');
TextString=strcat('Tout#1(C)\t','Tout2(C)\t','LocInt\n');
fprintf(f,TextString);
fprintf(f,'%g\t\t',VectorRes(1));
fprintf(f,'%g\t\t',VectorRes(2));
fprintf(f,'%g\n',VectorRes(3));
%sohranit v fail ishodnije argumenti
fprintf(f,'ARGUMENTI VICHISLENIY\n');
TextString=strcat(' T.in.#1(C) ','Predpolag Tout#1','Stream#1(kg/s) ',' C.#1(G/kg*K) ',' Square(m2) ',' Koef.Transmit ',' T.in.#2(C) ',' Length(m) ','Stream#2(kg/s) ',' C.#2(G/kg*K) ');
fprintf(f,TextString);
for i=1:10
fprintf(f,'%g\t\t\t',VectorArg(i));
end
fclose(f);
end
% --- Executes on button press in pushbutton14.
function pushbutton14_Callback(hObject, eventdata, handles)
%Otkrit is faila
[f,p]=uigetfile('C:\MATLAB701\work\S292Res*.txt','Окно выбора');
OtkudaChitat=strcat(p,f);
f=fopen(OtkudaChitat,'rt');
%chitat is faila
%chitat matricu T(n,m)
n=fscanf(f,'%d',1);
for i=1:n
Tmas(i)=fscanf(f,'%g',1);
end
%chitat stolbec L(n)
for i=1:n
Lmas(i)=fscanf(f,'%g',1);
end
for i=1:3
VectorRes(i)=fscanf(f,'%g',1);
end
for i=1:10
VectorArg(i)=fscanf(f,'%g',1);
end
fclose(f);
%vivod na ekran
VivodResultNaEkran(VectorRes,hObject, eventdata, handles);
VivodArgumentovNaEkran(VectorArg,hObject, eventdata, handles);
%postroit grafic
plot(Lmas,Tmas,'-k');
grid;
xlabel('L (m)');
ylabel('T (C)');
end
% --- Executes on button press in pushbutton8.
function pushbutton8_Callback(hObject, eventdata, handles)
%postroit grafic
[k1Array,v1Array,xLlabel,yLlabel,NumberSteps]=pushbutton13_Callback(hObject, eventdata, handles);
%Sohranit grafic v fail
[f,p]=uiputfile('C:\MATLAB701\work\S292Graf.txt','Окно выбора');
KudaZapisat=strcat(p,f);
f=fopen(KudaZapisat,'wt');
%gotovim dannije dlja avtomaticheskogo chitivanija
fprintf(f,'%d\t',NumberSteps);
for i=1:(NumberSteps+1)
fprintf(f,'%g\t',k1Array(i));
end
fprintf(f,'\n');
for i=1:(NumberSteps+1)
fprintf(f,'%g\t',v1Array(i));
end
%zapisivajem argumenti
[T0cold,T1cold,Vcold,Ccold,Ft,Kt,T0hot,L,Vhot,Chot]=VvodIshodnDannih(hObject, eventdata, handles);
VectorArg=[T0cold,T1cold,Vcold,Ccold,Ft,Kt,T0hot,L,Vhot,Chot];
for i=1:10
fprintf(f,'%g\t',VectorArg(i));
end
%podpisi k osyam grafica
fprintf(f,'%s\t%s\n',xLlabel,yLlabel);
fclose(f);
end
% --- Executes on button press in pushbutton15.
function pushbutton15_Callback(hObject, eventdata, handles)
%otkrit grafic is faila
[f,p]=uigetfile('C:\MATLAB701\work\S292Graf*.txt','Окно выбора');
OtkudaChitat=strcat(p,f);
f=fopen(OtkudaChitat,'rt');
%chitat is faila
NumberSteps=fscanf(f,'%d',1);
for i=1:NumberSteps+1
k1Array(i)=fscanf(f,'%g',1);
end
for i=1:NumberSteps+1
v1Array(i)=fscanf(f,'%g',1);
end
for i=1:10
VectorArg(i)=fscanf(f,'%g',1);
end
xLlabel=fscanf(f,'%s',1);
yLlabel=fscanf(f,'%s',1);
fclose(f);
%stroim grafic
plot(k1Array,v1Array,'o-');
set(gca,'XGrid','on');
set(gca,'YGrid','on');
xlabel(xLlabel);
ylabel(yLlabel);
%vivod na ekran
VivodArgumentovNaEkran(VectorArg,hObject, eventdata, handles);
end