Kierteisen kelan lämmönsiirtimen mallinnus ja parametrien optimointi
No Thumbnail Available
Files
Jeskanen_Julius_2024.pdf (2.33 MB) (opens in new window)
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemiantekniikan korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-05-05
Department
Major/Subject
Kemian tekniikka ja prosessit
Mcode
CHEM3050
Degree programme
Kemiantekniikan kandidaattiohjelma
Language
fi
Pages
27+5
Series
Abstract
Kandidaatintyössä tutkittiin lämmönsiirtoa mallintamisen näkökulmasta. Tämä työ sisältää kokeellisen osuuden, jossa mallinnettiin pilottilämmönsiirrin Python ohjelmointikielellä. Lämmönsiirrin koostuu kierteisestä putkipuolesta ja sylinterimäisestä vaippapuolesta. Lämmönsiirtolaitteistoon on kytketty ABB system 800xA-ohjausjärjestelmä, joka mahdollistaa syötteiden säädön ja datan keräämisen. Työ on jaettu viiteen osaan, jotka ovat johdanto, kirjallisuuskatsaus lämmönsiirtoon ja mallintamiseen, lämmönsiirtimen mallinnus, parametrien optimointi ja tulosten validointi. Tässä työssä lämmönsiirrin mallinnettiin fysikaaliskemikaalisen mallin avulla, joka vähentää laskennallisia vaatimuksia huomattavasti. Toteutettu malli perustui lämmönsiirtimen jakamiseen useaksi tasealueeksi, joille kullekin voidaan laskea energiatase. Tämä tase muodostuu virtauksen mukana tulevan nesteen lämpömäärään, sekä lämmönsiirtimen putki- ja vaippapuolen väliseen konvektiiviseen lämmönsiirtoon. Konvektiivisessa lämmönsiirrossa merkittävä termi on lämmönsiirtokerroin 𝑈, joka voidaan esittää lämmönsiirtimeen sidottujen parametrien 𝐶 ja 𝑛 avulla. Työn teoriaosassa käsitellään kirjallisuudessa käytettyjä malleja, joiden lämmönsiirtokertoimen estimointi perustuu samoihin menetelmiin kuin tässä työssä. Kokeellisessa osassa validoitiin mallin syötteinä käytetyt nesteiden tilavuusvirtaa mittaavat virtausmittarit, jotta mallin virhe ei johtuisi syötteiden virheistä. Mallin syötteinä käytettiin syötettyjen nesteiden tilavuusvirtoja ja lämpötiloja. Lämmönsiirtokertoimen 𝑈 parametrit optimoitiin jakamalla lämmönsiirtimestä kerätty, 1079:stä datapisteestä koostuva syötedata jaettiin neljään osaan, joista kahta käytettiin parametrien koulutusdatana ja kahta mallin validointidatana. Koulutusdatan perusteella voitiin lämmönsiirtokertoimelle optimoida parametrit 𝐶 ja 𝑛, joiden arvoiksi saatiin 0,01 ja 0,60. Mallin tavoitefunktiona käytettiin absoluuttista keskivirhettä. Käyttämällä optimoituja parametreja malliin syötettiin validointidatasarjat, joita verrattiin mallin tuottamiin tuloksiin. Validointidatasarja 1 tuotti keskivirheen 1,23 ◦C ja validointidatasarja 2 tuotti keskivirheen 0,403 ◦C. Mallin tyydyttävään suorituskykyyn vaikutti eniten parametriavaruuden laajuus ja sen karkea resoluutio. Mallin suorituskykyyn vaikuttaneita tekijöitä on arvioitu laajemmin luvussa 4.2. Mallin hyödyntämistä vähemmän tarkkuutta vaativissa sovelluksissa voidaan saatujen tulosten nojalla pitää varteenotettavana vaihtoehtona.Description
Supervisor
Aromaa, JariThesis advisor
Kortela, JukkaKeywords
mallinnus, lämmönsiirto, parametrien optimointi