绝热反应量热仪功率补偿技术研究

发布时间：2023-04-21 00:41

　　绝热反应量热仪是一种应用于反应热安全评估的重要科学仪器,通过模拟样品绝热状态下的热失控过程,记录温度压力数据,以求解反应热力学及动力学参数,推算表征化工过程热危险性的重要指标,为化工生产的安全开展提供保障。本文综合分析绝热反应量热方法和仪器的现状,针对反应体系热库效应导致反应路径偏离理想绝热过程的问题,提出了功率补偿型绝热反应量热方法,通过二级绝热式结构及其控温策略、控制算法对反应体系进行实时功率补偿,并综合系统软、硬件设计实现了量热仪整机的研制。首先,进行了功率补偿技术总体方案设计。结构上,一级绝热炉体与二级功率补偿单元相结合;针对仪器性能指标设计了温度压力测控硬件及其程序框架,作为控温逻辑和算法的载体;并编写了功率补偿型绝热反应量热仪上位机监控系统,提高了仪器研发调试效率。为实现一级绝热炉体温度场均匀性,利用有限元法进行了炉体均温场仿真与设计;为通过二级功率补偿单元进一步消除反应体系热库效应,从传热角度分析其产生机理,利用反应过程动态传热模型研究了功率补偿的控制策略。基于PID控制运用前馈补偿与模糊控制算法,实现了“加热-等待-搜寻”与反应过程动态温度追踪的控温逻辑;提出了追踪控温...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题的背景及意义
    1.2 国内外发展现状
    1.3 主要内容
2 仪器系统总体设计
    2.1 设计方案概述
    2.2 功能技术指标
    2.3 二级控温系统结构设计
        2.3.1 一级绝热炉体
        2.3.2 样品容器
        2.3.3 二级功率补偿单元
    2.4 测控系统硬件方案
        2.4.1 主控模块
        2.4.2 电源模块
        2.4.3 温度压力测量模块
        2.4.4 电机控制模块
        2.4.5 温控模块
        2.4.6 通讯模块
    2.5 固件程序逻辑架构
        2.5.1 框架概述
        2.5.2 温度、压力采集及转换任务
        2.5.3 控制计算及PWM输出任务
        2.5.4 通讯任务
        2.5.5 电机控制任务
        2.5.6 安全警报任务
    2.6 监控系统
    2.7 本章小结
3 基于传热仿真分析的功率补偿策略设计
    3.1 炉体温度场均匀性仿真
        3.1.1 模型简化
        3.1.2 网格划分
        3.1.3 边界条件
        3.1.4 炉体壁厚影响
        3.1.5 炉体加热器及热电偶分布
    3.2 匀热块功率补偿策略仿真研究
        3.2.1 模型假设
        3.2.2 n级反应
        3.2.3 反应浓度与接触面积
        3.2.4 能量方程与补偿策略
        3.2.5 仿真结果
        3.2.6 仿真分析
    3.3 本章小结
4 温度控制算法设计
    4.1 检测与控制逻辑
    4.2 基于前馈补偿的恒温控制算法
        4.2.1 PID控制
        4.2.2 PID前馈补偿
    4.3 基于模糊控制的绝热追踪控制算法
        4.3.1 模糊控制原理
        4.3.2 模糊PID控制设计
    4.4 温差基线修正
        4.4.1 温差存在合理性
        4.4.2 温差基线量化
        4.4.3 动态温差追踪方法
    4.5 本章小结
5 实验与分析
    5.1 实验平台及条件
    5.2 恒温性能测试
    5.3 动态性能测试
    5.4 功率补偿策略对比实验
    5.5 重复性验证实验
    5.6 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者简介



本文编号：3795485