Validering av värmeväxlaren; Dynamik och kontinuerlig statik

I ett första skede vid mätningar i T6 gjordes en konfirmation av de slutsatser som drogs av de tidigare analyserna om värmeväxlaren via en kontiuerlig statikmätning. Som tidigare nämnt har T6 reglering på temperaturen som passerar givare T01 (se

6.1 Mätningar vs modeller; Värmeanalys 49

Mätning Thot,sim− Thot,mät Tcold,sim− Tcold,mät Flöde (l/m) Tin (◦C)

M2 +0.2 +0.1 (450,480) (95, 40)

M3 +1.7 -1.4 (450,480) (120, 68)

M4 +2.0 -3.0 (800,480) (95, 52)

M5 +2.6 -4.2 (800,480) (120, 79)

M6 -2.5 +2.2 (360,480) (84, 28)

Tabell 6.1.Temperaturskillnader mellan simulering och mätdata för olika arbetspunkter där värmeväxlaren är kalibrerad mot arbetspunkt M2. Flödet och temperaturen beskrivs med varma sidan först, därefter kalla sidan.

figur 2.2 på sidan 11). Ett börvärde sattes på vattentemperaturen och effekten i retardern ökades succesivt för att få en svag ökning av intemperaturen med tiden. I figur 6.4 ser vi hur temperaturerna börjar avvika från de mätta temperaturerna när intemperaturerna ändras. Vid denna mätning var värmeväxlaren kalibrerad mot arbetspunkt M2. Vid en ny kalibrering mot denna mätning uppnåddes resultatet i figur 6.5, vilket har en mycket bättre överensstämmelse.

Efter analysen av de statiska och semistatiska prestanda som modellen hade gjordes en dynamikanalys med hjälp av steg i ineffekt i kylsystemet samtidigt som ett börvärde var satt, vilket kan ses i figur 6.6. Som vi ser så ligger den simulerade dynamiken något före den uppmätta dynamiken. Detta kan ha flera orsaker men de två starkaste är avsaknaden av givare i simuleringen och avstånd mellan givare och värmeväxlare i mätningen. Alla temperaturgivare har en viss tröghet som gör att mätningen har en liten fördröjning mot det verkliga förloppet eftersom givaren måste värmas upp/kylas ner innan den ger ut rätt temperatur. Vad gäller givarnas placering så är den också givetvis viktig, om inte viktigare, för att ge en rätt tidsangivelse på fenomen. I simuleringen ser vi uttemperaturen direkt ur värmeväxlarmodellen, medan mätdata kommer från en givare placerad en bit från utflödet på värmeväxlaren. På inflödessidan har vi även där ett avstånd mellan givaren och ingången på värmeväxlaren. Detta gör, när modellen matas med mätdata, att intemperaturändringarna kommer för tidigt till modellen och uttemperaturen syns för tidigt, vilket ger en additiv effekt på tidskillnaden mellan mätdata och simulering.

6.1.3

Validering mot T6

Eftersom värmeväxlaren är den enda modell som är både en specifik komponent och har värmepåverkan, jämfört med värmeelementet som har värmepåverkan men är ett allmänt effektpålägg eller rör som är en specifik komponent men inte har värmepåverkan, så har endast direkta jämförelser gjorts med värmeväxlaren. När värmeväxlaren visade upp en tillräckligt god noggrannhet mot de mätningar som gjorts med endast värmeväxlaren i fokus påbörjades mätningar och simuleringar med hela kylsystem, specifikt det som finns i T6 och beskrivs i avsnitt 2.4 på sidan 10. En komplett kylsystemsmodell byggdes (figur 6.11 som hittas sist i detta kapi- tel) med hjälp av de delmodeller som tagits fram. Denna totalmodell matades med mätdata på effekt hos retardern och kylvattentemperatur varefter temperaturdy-

0 20 40 60 80 100 120 45 46 47 48 49 50 51 52 53 Tid [s] Temperatur [C] Simulering, varm, ut Simulering, kall, ut Mätdata, kall, ut Mätdata, varm, ut

Figur 6.4. Figuren visar mätta data från T6 jämfört mot simulerade data för en värmeväxlare som är kalibrerad mot mätning M2.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 Tid [s] Temperatur [C] Mätdata, kall, ut Mätdata, varm, ut Simulering, varm, ut Simulering, kall, ut

Figur 6.5. Figuren visar mätta data från T6 jämfört mot simulerade data för en värmeväxlare som är kalibrerad mot denna mätning.

6.1 Mätningar vs modeller; Värmeanalys 51 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 40 45 50 55 Tid [s] Temperatur [C] Mätdata, kall, ut Mätdata, varm, ut Simulering, varm, ut Simulering, kall, ut

Figur 6.6.Figuren visar mätta data från T6 jämfört mot simulerade data vid ett steg i effekt hos retardern i T6.

namik och statik från simuleringen jämfördes med mätdata tagen på samma ställen i det riktiga systemet. Mätningen var av ett steg i effekt och kan ses i figur 6.7, och de givare som har använts är T05 och T08 (se referens i figur 2.2). Eftersom det är inte sker någon värmeöverföring i rören som transporterar vätskan så behövs bara en givare på varje sida om de värmeväxlare som sköter värmedynamiken i systemet. T05 och T08 valdes för att de sitter nära ena värmeväxlaren och i och med det har ett relativt känt avstånd från temperaturpåverkan vilket eliminerar mycket av det fel i tidsfördröjning som kan bero på felaktiga rördimensioner, felaktiga rörlängder och flödesskillnader mellan mätning och simulering.

Nästa steg i valideringen var att provocera modellen. Med provocera menas att försöka få den i självsvängning eller visa tecken på instabilitet. Med ett börvärde satt på 50◦C har flera väldigt aggressiva steg gjorts i effekten in från retardern och

resultatet av detta kan ses i figur 6.8. I figurn är den simulerade ut-temperaturen alltid något lägre än den verkliga men följer det dynamiska mönstret mycket bra. In-temperaturena i simuleringen svänger kraftigare än de verkliga, men har samma principutseende. Förklaringen på de kraftigare svängningarna hos in-temperaturen ligger dels hos värmeelementet avsaknad av tröghet men också i säkerheten hos komponenterna i sektion 1 (röd) i figur 2.2. Flödet i sektion 1 approximerat till ett statiskt flöde när det i verkligheten beror på retarderns driftsläge. Detta har självklart påverkan på simuleringsprestanda. En annan faktor som påverkar är värmeväxlarnas kalibrering. De två fel som uppstår, låg temperatur hos T08 och för kraftiga svängningar hos T05, kan tolkas som om värmeväxlarna är för effekti- va. Den låga ut-temperaturen som mäts i T08 beror på för effektiv kylning. Detta resulterar i för låga in- och ut-temperaturer vid retardervärmeväxlaren vid låg effekt, vilket förklarar de djupa dalar som mäts av T05. Vid effektpålägg så får vi höga toppar, vilka förklaras av att retardervärmeväxlaren är för effektiv. Den värmer glykolvattnet för bra! Om den kylande värmeväxlaren gjordes mindre effek-

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 55 60 65 70 75 80 85 90 Tid [s] Temperatur [C] Simulering, T05 Simulering, T08 Mätdata, T05 Mätdata, T08

Figur 6.7.Ett steg i effekt hos retardern från 25kW till 600kW och tillbaka igen. Figuren visar mätdata jämfört med simulering av T6 vid givare T05 och T08.

tiv borde temperaturen hos T08 bli högre, vilket resulterar i en höjning även hos T05. Om retardervärmeväxlaren görs mindre effektiv, efter tidigare nämd åtgärd, så kommer topparna hos T05 att sänkas eftersom den bara kan påstås arbeta när vi har ett effektpålägg i retardern, medan dalarna behåller sitt läge. Värmeväxlar- nas effektivitet sänktes med knappa 5% och resultatet syns i figur 6.9 där vi kan se att det är relativt nära det väntade resultatet.