Об эффективности активного управления тепловой конвекцией в термосифоне при запаздывающем контроллере

Авторы

  • Иван Васильевич Красняков (Ivan Krasnyakov) Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Дмитрий Анатольевич Брацун (Dmitry Bratsun) Пермский национальный исследовательский политехнический университет

DOI:

https://doi.org/10.17072/1994-3598-2017-2-59-68

Аннотация

В работе рассматривается задача об автоматическом управлении движением неоднородно нагретой жидкости в длинных вертикальных каналах, соединенных на концах. Такая прямоугольная петля (неодносвязный термосифон) позволяет достаточно просто поддерживать механическое равновесие жидкости при вертикальном градиенте температуры. Управление поведением жидкости осуществляется посредством малых дискретных изменений ориентации каналов относительно статической компоненты инерционного поля, например, силы тяжести. Изменения вносятся компьютером по закону пропорциональной отрицательной обратной связи. Изучается влияние запаздывания, которое естественным образом возникает в работе контроллера. Для изучения эффекта в работу контроллера также вносилась еще и искусственная задержка по времени. Разработана математическая модель явления. Численно изучены динамические режимы работы управляемой конвективной петли. Обнаружено, что чрезмерное усиление обратной связи может возбуждать в системе нестационарные режимы конвекции. Обсуждаются способы ослабления негативного эффекта запаздывания.

Библиографические ссылки

Gershuni G. Z, Zhukhovitskii E. M. Convective stability of incompressible fluids. Jerusalem. Keterpress, 1976. 330 p.

Gershuni G. Z., Lyubimov D. V. Thermal vibrational convection. New York: Wiley, 1998. 358 p.

Mialdun A., Ryzhkov I. I., Melnikov D. E., Shevtsova V. Experimental evidence of thermal vibrational convection in a nonuniformly heated fluid in a reduced gravity environment. Physical Review Letters, 2008, vol. 101, 084501.

Putin G. F., Zavarykin M. P., Zyuzgin A. V. Parametric resonance convection in a modulated gravity field. ASME proceedings, Heat Transfer, Part B, 2005, pp. 579–588.

Babushkin I. A., Demin V. A. Vibrational convection in the Hele-Shaw cell. Theory and experiment. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2006, vol. 47, no. 2, pp. 183–189.

Bratsun D. A., Teplov V. S. Parametric excitation of a secondary flow in a vertical layer of a fluid in the presence of small solid particles. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2001, vol. 42, no. 1, pp. 42–48.

Bratsun D. A., Teplov V. S. On the stability of the pulsed convective flow with small heavy particles. European Physical Journal Applied Physics, 2000, vol. 10, pp. 219–230.

Bratsun D. A., Stepkina O. S., Kostarev K. G., Mizev A. I., Mosheva E. A. Development of concentration-dependent diffusion instability in reactive miscible fluids under influence of constant or variable inertia. Microgravity Science and Technology, 2016, vol. 28, no. 3, pp. 575–585.

Lyubimov D. V., Lyubimova T. P., Cherepanov A. A. Dinamika poverkhnostei razdela v vibratsionnykh poliakh (Dynamics of interfaces in vibrational fields). Moscow: Fizmatlit, 2003. 216 p. (In Russian).

Singer J., Bau H. Active control of convection. Physics of Fluids A, 1991, vol. 3, pp. 2859–2865.

Wang Y., Singer J., Bau H. Controlling chaos in a thermal convection loop. Journal of Fluid Mechanics, 1992, vol. 237, pp. 479–498.

Ott E., Grebogi C., Yorke J. A. Controlling chaos. Physical Review Letters, 1990, vol. 64, pp. 1196–1199.

Erhard P., Muller U. Dynamical behavior of natural convection in a single-phase loop. Journal of Fluid Mechanics, 1990, vol. 217, pp. 487–518.

Drozdov S. M. Experimental investigation of fluid convection in a closed toroidal channel. Fluid Dynamics, 1995, vol. 30, no. 4, pp. 503–509.

Getling A. V. Convective motion concentration at the boundaries of a horizontal fluid layer with inhomogeneous unstable temperature gradient along the height. Fluid Dynamics, 1975, vol. 10, no. 5, pp. 745–750.

Bratsun D. A., Zyuzgin A. V. Polovnikov K. V., Putin G. F. Active control of fluid equilibrium in a thermosyphon. Technical Physics Letters, 2008, vol. 34, no. 8, pp. 650–652.

Bratsun D. A., Zyuzgin A. V. Effect of subcritical excitation of oscillations in stochastic systems with time-delay. Part II. Control of fluid equilibrium. Computer Research and Modeling, 2012, vol. 4, no. 2, pp. 375–396 (In Russian).

Bratsun D. A., Krasnyakov I. V. Mathematical model of active control of convection in thermosyphon with time delay. Vestnik PSPU. Series 2: Fiziko-matematicheskie i estestvennye nauki (Bulletin of PSPU. Series 2: Physical, mathematical and natural science), 2014. no. 2, pp. 28–53.

Bratsun D. A., Zyuzgin A. V., Putin G. F. On the selection of parameter of the convective system intellectual control. Bulletin of Perm University. Physics, 2012, no. 2 (20), pp. 31–36.

Bratsun D. A., Krasnyakov I. V., Zyuzgin A. V. Delay-induced oscillations in a thermal convection feedback control with noise. Communications in Nonlinear Science. Numerical Simulation, 2017, vol. 47, pp. 109–126.

Bratsun D. A. Effect of excitation of subcritical oscillations in stochastic systems with delay. Part I. Regulation of gene expression. Computer Research and Modeling, 2011, vol. 3, no. 4, pp. 421–438.

Remillieux M., Zhao H., Bau H. Suppression of Rayleigh-Benard convection with proportional-derivative controller. Physics of Fluids, 2007, vol. 19, pp. 017102–017111.

Pyragas K. Continuous control of chaos by self-controlling feedback. Physics Letters A, 1992, vol. 170, no. 6, pp. 421–428.

Загрузки

Опубликован

2017-10-23

Как цитировать

Красняков (Ivan Krasnyakov) И. В., & Брацун (Dmitry Bratsun) Д. А. (2017). Об эффективности активного управления тепловой конвекцией в термосифоне при запаздывающем контроллере. Вестник Пермского университета. Физика, (2(36). https://doi.org/10.17072/1994-3598-2017-2-59-68

Выпуск

Раздел

Статьи (Regular articles)

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)