为了降低该模型的复杂度,同时突出灭菌过程的主要特性,忽略次要因素,本文作出如下假设:
1) 完全绝热且不考虑锅壁热容;
2) 锅内罐头不与冷凝水接触;
3) 锅内空气与水蒸汽完全混合,不存在温度梯度;
4) 罐头内空气与水蒸汽完全混合,不存在温度梯度;
5) 通入的空气不含水蒸气;
在灭菌锅内,由于同时存在空气、水蒸汽、水三种物质。根据质量和能量守恒原理可得如下方程:
动态模型部分:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
其中 , , 分别为高压锅内干空气、水蒸气、液态水的质量, 代表水蒸气冷凝速率,是指灭菌锅内水蒸气冷凝成为液态水的速率, 为灭菌锅气液两相传递的能量, , , 分别为干空气、高温水蒸气、冷却水带入的热焓, , 分别为高压锅排气阀、排水阀带出热焓, 为水蒸气液态水之间传递的热焓。当 >0时,水蒸气冷凝为液态水,所带入热焓为 ,当 <0时,液态水蒸发为水蒸汽,所带出热焓为 。科技论文。
静态模型部分:
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
(16)
其中 表示在当前状态下与灭菌锅内的水保持平衡的饱和水蒸气应有的质量。当 时,锅内水蒸气过饱和,它将冷凝为液态水使之趋于饱和状态,有冷凝速率方程: ;反之,当 时,液态水转化为水蒸汽,有 。其余参数说明请参见附表。
由于高温高压灭菌锅是通过向锅内不断注入高压空气、高压水蒸汽、高压干空气和冷却水获取能量,同时它也通过排气阀门和排水阀门排出能量,因此,在对锅内能量进行恒算时,可从总能量和液相能量两个方面进行恒算。
恒算模型部分:
(17)
(18)
执行机构部分
动态模型部分
其中k=a,s,w,(g,o),(w,o)(19)
静态模型部分
其中k= a,s,w (20)
(21)
(22)
待辨识的参数有k=( , , , , )初值 =(1.0;1.0,1.0,1.0,1.0)
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