Comparative study of temperature control in a heat exchanger process

Other Title(s)

دراسة مقارنة للسيطرة على درجة الحرارة في المبادل الحراري

Joint Authors

al-Tae, Afra Hilal Kamil
al-Nuaymi, Safa al-Din Abd Allah

Source

Engineering and Technology Journal

Issue

Vol. 30, Issue 10 (31 Dec. 2012), pp.1707-1731, 25 p.

Publisher

University of Technology

Publication Date

2012-12-31

Country of Publication

Iraq

No. of Pages

25

Main Subjects

Mechanical Engineering

Topics

Abstract AR

تم في هذا البحث دراسة السلوك الديناميكي لمبادل حراري صفائحي (ممر واحد ذي اتجاه متعاكس مؤلف من 24 صفيحة) عمليا و نظريا و تم تنفيذ السيطرة على المنظومة.

تم استخدام استراتيجيات سيطرة مختلفة ; المسيطر التقليدي و المسيطر الضبابي المنطقي التقليدي و مسيطر الشبكة العصبية الاصطناعية (NARMA-L2) و مسيطر PID fuzzy للسيطرة على درجة حرارة الماء البارد الخارج.

و قد تم اعتماد التغير الخطوي لمعدل جريان الماء الحار كمتغير معالجة.

تبين القياسات العملية لانتقال الحرارة في المنظومة PHE أن معامل انتقال الحرارة الكلي (U) يتناسب مع معدل جريان الماء الحار (mh) حسب شكل العلاقة : U = 11045 mh0.7158 تم في هذا العمل تمثيل المنظومة ديناميكيا كنموذج من مرتبة أولى من جهة التقدم الزمني (lead) و كنموذج ذو مرتبة ثانية مفرط المضائلة (overdamped) من جهة التأخير الزمني (lag) بينما وجد عمليا أن المنظومة يعبر عنها ديناميكيا كنموذج من مرتبة أولى مع إهمال قيمة الوقت الضائع (dead time).

تمت المقارنة بين النموذج العملي و النظري و تم الحصول على توافق جيد.

استعملت معايير الأداء لأنواع السيطرة المختلفة و هو معيار تكامل الخطأ المربع (ISE) و معيار التكامل الزمني للخطأ المطلق (ITAE) حيث أن المعيار (ITAE) أعطى أداء أفضل.

كذلك تم استعمال معاملات الأداء الخطوي للنظام مثل قيمة التطرف (overshoot) و زمن الاستقرار (settling time) و زمن الصعود (rise time) لتقييم الأداء لاستراتيجيات السيطرة المختلفة.

أعطى المسيطر PID fuzzy أفضل نتائج سيطرة على درجة الحرارة من بقية المسيطرات PI و PID و الضبابي المنطقي التقليدي و الشبكة العصبية الاصطناعية و ذلك بسبب أنه يجمع محاسن كلا المسيطرين PID و الضبابي المنطقي.

و تم استخدام لغة البرمجة MATLAB إصدار 7.10 كأداة لمحاكاة كل الدراسات المذكورة في هذا العمل.

Abstract EN

In the present work the dy namic behavior of a plate heat exchanger (PHE) (single pass counter current consists of 24 plate s) studie d e xperimentally and theoretically to control the sy stem.

Different control strategies; conventional feedback control, classical fuzzy logic control, artificial neural network (NARMAL2) control and PID fuzzy logic control were implemented to control the outlet cold water tempe rature.

A step change was carried in the hot water flow rate whic h was considered as a manipulate d variable.

The experimental he at transfer measurements of the PHE showed that the overall heat transfe r coefficient(U) is related to the hot water flow rate(mh) by a correlation having the form: m U h 7158 .

0 11045 = In this work the PHE model was found theoretically as a first order lead and second order ove rdampe d lag while the e xperimental PHE represente d dy namically (by PRC method) as a first order with negligible dead time value.

A c omparison between the experimental and the theoretical mode l is carried out and good agreement is obtained.

The performance c riteria used for different control modes are the integral square error (ISE) and integral time-weighted absolute error (ITAE) where the ITAE gave better pe rformance.

As well as the parameters of the ste p performance of the sy stem suc h as overshoot value, settling time and rise time are used to evaluate the performance of different c ontrol strategies.

The PID fuzzy controller gave better c ontrol results of temperature rather than PI, PID and artificial neural network controller since PID fuzzy controlle r c ombine s the advantage s of a fuzzy logic controller and a PID controller.

MATLAB program version 7.10 was used as a tool of simulation for all the studie s mentioned in this work.

American Psychological Association (APA)

al-Tae, Afra Hilal Kamil& al-Nuaymi, Safa al-Din Abd Allah. 2012. Comparative study of temperature control in a heat exchanger process. Engineering and Technology Journal،Vol. 30, no. 10, pp.1707-1731.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-320544

Modern Language Association (MLA)

al-Tae, Afra Hilal Kamil& al-Nuaymi, Safa al-Din Abd Allah. Comparative study of temperature control in a heat exchanger process. Engineering and Technology Journal Vol. 30, no. 10 (2012), pp.1707-1731.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-320544

American Medical Association (AMA)

al-Tae, Afra Hilal Kamil& al-Nuaymi, Safa al-Din Abd Allah. Comparative study of temperature control in a heat exchanger process. Engineering and Technology Journal. 2012. Vol. 30, no. 10, pp.1707-1731.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-320544

Data Type

Journal Articles

Language

English

Notes

Includes appendices : p.1721-1731

Record ID

BIM-320544