Q = kF × (t – t );

(1)

где	kF – так называемая теплопроходимость камеры БХП;
	Q – тепловая мощность, отводимая из камеры БХП в окружающую среду;
	t , t – среднее арифметическое значение температур, которые измерены возле стенок внутри и снаружи камеры соответственно.

Такой подход позволяет сложные процессы конвективного теплообмена между газовой средой и внутренней стенкой камеры, теплопроводности по толщине многослойной стенки камеры и конвективного теплообмена между внешней стенкой камеры и окружающим воздухом интегрировать с помощью понятия теплопроходимости камеры БХП kF.
В работе [1] предложен метод экспериментального определения теплопроходимости стенок шкафа холодильного прибора в стационарном тепловом режиме. Суть метода заключается в моделировании теплопередачи через стенки шкафа с заменой источника холода источником тепла (нагревателем). Для соблюдения условий подобия процесса теплопередачи, холодильный шкаф устанавливалась вверх дном.
В работе [2] предложен экспериментально-расчетный метод определения теплопроходимости шкафа БХП на примере одной камеры холодильного прибора. В работе [3] экспериментально-расчетный метод определения теплопроходимости шкафа БХП был распространен на двух – и многокамерные приборы с учетом влияния теплопередачи между камерами через внутренние стенки. Экспериментально-расчетный метод [3] позволил повысить точность полученных результатов и снизить продолжительность и трудоемкость экспериментов по определению качества изоляции холодильных шкафов.
Дальнейшее совершенствование экспериментально-расчетного метода возможно путем учета теплопритока в шкаф через уплотнители дверей камер, и определение корректного способа расчета теплопередающей поверхности F в случаях когда толщина изоляции может быть сравнима с размером камер холодильного прибора.
Теплопроходимость каждой камеры холодильного шкафа kF двухкамерного холодильника может быть определена из соотношений:

	Q хк = kF хк × (t хк – t хк);	(2)
	Q мк = kF мк × (t мк – t мк);	(3)

где	kF хк , kF мк – теплопроходимость холодильной и морозильной камеры соответственно;
	Q хк , Q мк – тепловая мощность, отводимая из холодильной и морозильной камер, соответственно;
	t хк , t мк – среднее интегральное значений температур измеряемых на внутренней поверхности стенок холодильной и морозильной камер соответственно;
	t хк , t мк – среднее интегральное значений температур измеряемых на наружной поверхности стенок холодильной и морозильной камер соответственно.

Перенос тепла между камерами холодильного прибора через перегородку может быть определен из соотношений:

	Q хк пер. = kF хк пер. × (t хк пер. – tхк пер.);	(4)
	Q мк пер. = kF мк пер. × (t мк пер. – tмк пер.);	(5)
	t хк пер.= t мк пер.;	(6)
	t мк пер.= t хк пер.;	(7)

Кроме того, в камеры холодильного прибора при его работе поступает, а в экспериментах методом теплового моделирования – отводится определенное количество тепла через уплотнители камер. Тепловая мощность, поступающая или отводящаяся в этом процессе, может быть определена с учетом реальной конструкции магнитного уплотнителя холодильного прибора.

На рисунке приведена схема одной из конструкций магнитного уплотнителя, которая зачастую используется в холодильных приборах. Конструктивно такой уплотнитель имеет три технологические камеры, в одной из которых установлена магнитная вставка, а две другие заполнены воздухом. Для этой конструкции магнитного уплотнителя тепловая мощность отводимая из холодильной камеры прибора через уплотнитель может быть определена из соотношения:

(8)

где	,  - площадь боковой поверхности технологических камер уплотнителя с магнитной вставкой и воздухом, соответственно;
	,  - коэффициенты теплоотдачи от боковой поверхности уплотнителя в окружающую среду и в камеру холодильного прибора, соответственно;
	a,  - ширина прилегания и высота магнитной вставки, соответственно;
	,  - теплопроводность магнитной вставки и материала уплотнителя (резины), соответственно;
	г - толщина стенок уплотнителя;
	,  - тепловое сопротивление воздуха в технологических камерах уплотнителя.

Величины  та  могут быть определены из соотношений:

		(9)
		(10)

где	,  - эффективные коэффициенты теплопроводности воздуха, которые учитывают перенос тепла в технологических камерах уплотнителя как собственно теплопроводностью в воздухе, так и конвекцией.

Эффективные коэффициенты теплопроводности воздуха  и  - в ограниченном пространстве технологических камер уплотнителя могут быть определены из закономерностей переноса тепла в узких щелях [4].

,

(11)

где	- коэффициент теплопроводности воздуха;
	,  - безразмерные коэффициенты, характеризующие влияние переноса тепла конвекцией в общий теплоперенос через технологические камеры уплотнителя [5].

		, ;	(12)
	, ;			(13)

где	- коэффициент, характеризующий зависимость плотности воздуха от температуры;
	- средняя температура в технологической камере магнитного уплотнителя;
	= 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;
	- кинематическая вязкость воздуха при средней температуре в технологической камере магнитного уплотнителя.

Аналогично может быть определена тепловая мощность отводимая из морозильной камеры прибора через уплотнитель. Таким образом, тепловые балансы холодильной и морозильной камеры двухкамерного холодильного прибора в установившемся режиме работы могут быть записаны в виде:

		(14)
		(15)
		(16)

Современные холодильные приборы имеют значительную толщину изоляции, которая сопоставима с размерами, например, морозильной камеры. Вследствие этого внутренняя поверхность камер холодильного прибора может значительно отличаться от внешней. В этих обстоятельствах важно корректно определить расчетную площадь поверхности камер, которая входит в формулы (14), (15). Для расчета теплопередачи в телах произвольной формы обычно рекомендуется применять среднегеометрическое значение этих площадей поверхностей [6]:

, ;

(17)

Уравнения (14) – (16) образуют систему из трех уравнений с тремя неизвестными, которая может быть решена с необходимой точностью методом итераций. Для этого сначала выполняют расчет переноса тепла через перегородку между камерами шкафа с учетом разницы температур возле перегородки в разных камерах шкафа [3]. Затем по формулам (14) – (16) рассчитывают теплопроходимость камер шкафа kF с учетом переноса тепла через перегородку между камерами. Расчеты повторяют до тех пор, пока будет достигнута нужная точность в определении тепловой мощности, отводимой в камерах холодильного прибора.
Этот алгоритм реализован стандартными средствами Microsoft Office. Использование полученных в экспериментах значений температур возле стенок камер шкафа холодильного прибора в расчетах с применением разработанного усовершенствованного метода определения теплопроходимости шкафа двухкамерного (многокамерного) БХП позволяет повысить точность определения эффективной теплопроводности пенополиуретановой изоляции шкафа, при которой расчетное значение kF шкафа с заданной точностью будет соответствовать значению этой же величины, полученной в результате экспериментальных исследований.
Выводы.
Полученное таким образом фактическое значение эффективной теплопроводности пенополиуретановой изоляции шкафа холодильного прибора отражает особенности технологии его изготовления, в определенной мере может быть количественным критерием качества изготовления при серийном производстве холодильных приборов, а также может быть использовано в прогнозирующих расчетах kF шкафа с другими геометрическими размерами при разработке новых моделей БХП.

Введение

Возможность проводить имитационное моделирование работы сложных технических систем, в частности работы таких востребованных в промышленности электрических машин как асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, открывает большие возможности для современных учёных, пытающихся какими-либо способами улучшить качество управления [1] данными объектами. Стоит отметить, что асинхронные двигатели в силу своей конструкции пребывают в условиях неопределенности информации. Автором в работах [2-4] была проанализирована возможность повышения качества управления асинхронным двигателем путем включения в контур его управления адаптивного нейроконтроллера, что в свою очередь могло бы привести к повышению срока службы и энергоэффективности работы данной электрической машины. Далее было принято решение проанализировать документации и отзывы на известные программные обеспечения, которые бы могли производить моделирование работы асинхронного двигателя с возможностью включения в его контур управления адаптивного нейроконтроллера, с целью продолжения выявления преимуществ последнего.

Описание программных обеспечений

Первым проанализированным обеспечением был Matlab/Simulink. Это среда, которая содержат множество процедур и функций, необходимых инженеру и научному работнику для осуществления сложных численных расчетов, моделирования технических и физических систем и оформления результатов этих расчетов. Математический аппарат, использующийся в данной среде, предельно приближен к современному математическому аппарату инженера и ученого. Одной из основных особенностей системы Matlab является наличие в ней наглядного и эффективного средства составления программных моделей — пакета визуального программирования Simulink. Главым недостатком данной среды является ее дороговизна.

GNU Octave – свободная система для математических вычислений, при этом синтаксис языка идентичен синтаксису языка Matlab и грамотно написанные скрипты могут запускаться как в Octave, так и в Matlab. Другими словами это свободный аналог Matlab. У данного бесплатного аналога есть достаточно много достоинств, в частности возможность запуска файлов формата .mat, то есть другими словами выгруженные Workspace, рабочие пространства из Matlab. Однако главным недостатком данной программы является то, что Octave является консольной программой, без графической оболочки, то есть без возможности строить схемы путем перетаскивания блоков.

Jigrein – редактор чертежей моделей сложных технических систем, инструмент конфигурирования математических ядер. Данная программа также является коммерческой, она является своего рода аналогом программ Simulink и VisSim. Достоинствами данной программы является ее “необычный” интерфейс и возможность строить схемы, а также проводить запуск в окне браузера. Однако недостатком данного продукта является то, что данные, полученные с помощью данной программы, нельзя выгрузить или сохранить, другими словами программа лишь строит графики по начерченным схемам, не позволяя впоследствии работать с полученными данными.

Matlab Compiler Runtime – это свободно распространяемый набор dll-библиотек для полной поддержки языка Matlab без его установки.  Данный набор, по сути, позволяет на компьютерах, на которых нет установленной коммерческой версии Matlab, запускать программы с выгрузкой данных рассчитанных с помощью данного набора библиотек, простыми словами эти библиотеки содержать математическое ядро, компилятор языка Matlab. Главным недостатком данного набора библиотек является отсутствие графической оболочки.

Scilab/Xcos – это мощное открытое окружение для инженерных и научных расчётов, при этом это самая полная общедоступная альтернатива Matlab. В состав пакета входит утилита, позволяющая конвертировать документы Matlab в Scilab. Xcos — инструменты для редактирования блочных диаграмм и симуляции (аналог Simulink в пакете Matlab). Достоинства Scilab: открытость; функциональность; большое количество справочной информации; программирование алгоритмов через встроенный процедурный язык; поддержка языков высокого уровня, т.е. программирование без жёсткой привязки к языку; работа в режиме интерпретатора; малый объём, занимаемый на жёстком диске [5]. Недостаток в достаточно малом количестве инструментов в Xcos для построения схем, что усложняет разработку специфических и сложных систем, например систем векторного управления асинхронным двигателем.

Помимо анализа документаций и отзывов на данные программы также были изучены документации на такие коммерческие продукты как VisSim; LabView, достаточно серьезный и известный программный продукт, обладающий огромным количеством достоинств и возможностей, но при этом достаточно дорогой; Универсальный механизм (UM) [6], российский программный продукт, анализ демоверсии которого привел к выводу, что это весьма серьезная программы для моделирования процессов различного рода, в частности, работы асинхронного двигателя, большим достоинством данного продукта является возможность создания dll-библиотек из моделей Matlab, другими словами возможность внедрения в программу Simulink-моделей. Недостатком данных продуктов является их дороговизна.

Итоговая таблица

В таблице 1 представлены результаты анализа всем рассмотренных программных обеспечений с учетом их явных достоинств (+), незначительных достоинств (+-) и недостатков (-):

Таблица 1

Заключение

В результате анализа и изучения документаций по всем перечисленным программным обеспечениям было выявлено, что у всех этих программ есть те или иные недостатки, то есть идеальная программа для моделирования сложной технической системы на данный момент пока не разработана. Как видно среда Matlab/Simulink среди всех проанализированных продуктов обладает наибольшим количеством достоинств, единственным недостатком является лишь ее дороговизна. При этом стоит отметить, что свободно распространяемая программа Scilab/Xcos, судя по итоговой таблице достоинств, также находится на лидирующих позициях. Если же учитывать лишь возможность моделирования в данной программе не слишком сложных технических систем, например, асинхронного двигателя без адаптивного нейроконтроллера, то данную программу можно назвать лучшим выбором из всех проанализированных в данной статье в силу ее многофункциональности, свободности и графических возможностей.