制冷装置自动化A2004级热能答案.doc

PAGE PAGE 5 2007/2008 学年 1学期 2007/2008 学年 1学期 制冷装置自动化（A） 试题标准答案 拟 题 人： 书写标准答案人： 拟题学院（系）： 机电工程学院 适用专业： 热能工程041-2 （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） 图1 库房温度自动调节系统 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 调节器 执行器 调节对象 发信器 给定值r 偏差e p q 干扰作用 被调参数 (温度θ) 测量值z 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） 2. 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） 图2 冷藏箱对象示意图 图2 冷藏箱对象示意图 θ θ2 θs Q入 Q出 冷剂 答：渗入冷藏箱的热量为 （1） 式中 ：箱壁当量传热系数；：箱壁传热面积。（3分） 制冷剂带走的热量为： （2） 式中：蒸发器壁当量传热系数；：蒸发器传热面积。（3分） 初始稳态时，有， 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： （3分） 冷藏箱热容量 式中 C：冷藏箱对象容量系数， ； mi：箱壁、货物及设备质量； ：箱壁、货物、设备的比热容； （3分） 因此： （3） （5分） 故： （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，其中箱外温度为干扰作用参数，为干扰作用项，为调节作用参数，为调节作用项。（1分） 3. 利用拉氏变化求解下列动态方程式 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。（20分） 答：按线性叠加原理，得： （2分） 故： （1分） 由初始条件，， 故上式可写为： 即： （2分） 当时，则输入量的拉氏变换为： （2分） 假设 ，， 则： （2分） 根据拉氏变换，上式各项的原函数为 （3分） 其中：C1，C2，C3分别为待定系数。 两边乘s，并令，可得 （2分） 两边乘，并令，可得 （2分） 两边乘，并令，可得 （2分） 将,,代入得： （2分） 4. 试写出积分环节的对数频率特性，并画出Bode图。（20分） （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分）,与之相对应的频率特性为（1分），其对数幅频特性和对数相频特性为： （2分） （2分） 当，得对数幅值为 （1分） 当，得对数幅值为 （1分） 当，得对数幅值为 （1分） 200-20-40 20 0 -20 -40 -90 0 -180 G= 0.1 0.2 0.6 0.4 2 6 4 20 60 40 10 100 幅值（dB） 相角（°） （rad/s） 1.0 积分环节对数频率特性 （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，蒸汽最小流量，调节阀阀前压力0.19MPa（表压），阀后压力稳定为0.10.002MPa（表压），阀前p1状态的饱和蒸汽密度。（20分） P蒸汽源0.45~0.25MPa0.19MPa0.10MPa进气 P 蒸汽源 0.45~0.25MPa 0.1