ÚJ INFOKOMMUNIKÁCIÓS TECHNOLÓGIA KIDOLGOZÁSÁNAK, REGIONÁLIS HASZNOSÍTÁSÁNAK KÉPZÉSKORSZERŰSÍTÉSRE GYAKOROLT HATÁSA A MÉRNÖK INFORMATIKUS SZAKON Szakonyi Lajos PTE PMMK Műszaki Informatika Tanszék IF2008 Debrecen, augusztus 27-29

Az előadás célja: EU-s támogatású projekt (GVOP /3.0) eredményeihez kapcsolódóan bemutatni az alkalmazott kutatás hasznosulását a mérnök informatikus képzésben. A kutatáshoz szükséges technológiai háttér: 13 km hosszúságú, DN50-től DN450 – ig változó névleges átmérőjű városi vízgőzhálózat éves szinten ~130 ezer tonna vízgőz elosztásával (ipari partner biztosításával). A gőzhálózat meglévő és a betervezett új mérőhelyekkel kiegészített monitoring rendszere (új mérőhelyek M betűjellel, részhálózatok erőművi betáplálását ellenőrző gőzáram-mérőhelyek NY, K, D betűjellel, hőmérséklet-, nyomás-, tömegáram-mérőhelyek, továbbá hőmennyiség számító egységek és távadók).

Szakképzésünk helyzetértékelése Az MSc- szintű képzés feltételeinek megteremtéséhez, a minőségbizto- sításhoz szakunk oktatási, kutatási-fejlesztési irányainak meghatározásakor igazodunk a műszaki informatika kiemelt kutatási irányaihoz (nagy rendszerek komplexitás-kezelése, a mesterséges intelligencia alkalmazások, s az ember-gép kapcsolati algoritmusok); regionális partnereinkkel (kutatóintézetek, termelő-, szolgáltató cégek) elnyert pályázatokat valósítunk meg; laboratóriumban, regionális partnereink telephelyén végzett K+F tevékenység során szerzett tapasztalataink, eredményeink beépülnek képzésünkbe, hallgatóink számára elkészített jegyzeteinkbe, oktatói segédanyagainkba; (alkalmazott) informatikai laborjainkban szakspecifikus, a követendő informatika alkalmazási területeknek megfelelő technikákat és technológiákat hozunk létre.

A projektmunka célkitűzései, főbb feladatai Az áramlási, hőátviteli viszonyokat jellemző modellek felállításához aktív kísérletek elvégzése (speciális nyomásérzékelők, áramlásérzékelők megtervezése, legyártása és telepítése, ugyanis a kondenzálódással, a kétfázisú áramlás kialakulásával a folyadékfázis előrehaladásakor a csővezeték alján történő kondenzszállítás, réteges áramlási forma a domináló). A hálózat felmérése, vizsgálata, művelettani modellezése, elemi műveleti egységekre bontása, szimulációja indokolta a térinformatikai háttérbázis létrehozását, meglétét. Az előbbi fejlesztési célkitűzések megvalósítása érdekében a projektmunka a hálózatidentifikáció elvégzését, s az energiaelosztás ellenőrzését biztosító monitoring rendszer, új infokommunikációs technológia (a vízgőzhálózat mobil távadatátviteli, adatgyűjtő és feldolgozó rendszere); az anyag- és energiaáram hálózat modelljeként, változó „forrásokkal”, ellenállásokkal, fogyasztóhelyekkel működtethető szimulációs rendszer; a változó topológiák, üzemállapotok követésére, s az áramlástani, hőátviteli modellezésre is alkalmas üzemviteli programcsomag; az üzemviteli szakértői (intelligens monitoring) rendszer létrehozását eredményezte.

Az üzemviteli szakértői (intelligens monitoring) rendszer elemei Az erőművi energiakiadás és a fogyasztói össz-tömegáramok mért értékei közötti jelentős eltérések a meglévő üzemellenőrző rendszer korlátaira, a kondenzáram-mérés hiányára, a vízgőzáram-mérés pontatlanságára utaltak. Legnehezebb feladat a megbízható tömegáram-mérés és a vízgőz nedvességtartalmának meghatározása (kétfázisú, elsősorban réteges áramlás nyomonkövetésére is alkalmas, a klasszikus Pitot–csöves megoldáshoz hasonló elven működő szenzorok egyedi tervezéssel és kivitelezéssel).

Mérési és számítási módszer kétfázisú áramlás jellemzésére Mérő-érzékelők elhelyezése az üzemviteli szakértői rendszer működtetéséhez 1 – M bej ; 2 – M mp kij ; 3 – M P kij ; 4, 5, 6, 7, 8 - M kli csomópont Pitot-cső elvű áramlásmérő j.ág csomópont PT kondenzleválasztók leágazásai kondenzátorként működtetett térfogatmérőkkel és akusztikus elvű tömegárammérőkkel számított tömeg-áram mérőperemes áramlásmérő

Üzemviteli mérések és számítások menete A csomópontok között elhelyezkedő j. ágon az akusztikus elven működő tömegáram számlálókkal mért átlagos tömegáramok összegzett értéke: (1) A korrekt tömegmérleg megadásához szükséges vízgőzsűrűség, kilépő anyagáram, áramlási forma meghatározása - valamennyi ágon az utolsó kondenzleválasztó utáni szakaszon - a szűkítőelemes áramlásmérés mellett (esetenként helyett) a csőszelvény helyi sebességeloszlását tisztázó Pitot-cső elvű áramlásmérők beépítésével biztosítható. A szűkítőelemes – a tömegáramot a mért nyomáson és hőmérsékleten a telített száraz vízgőz sűrűségével számító – áramlásmérővel mért érték: Ezt összevetve az kondenzáramokkal csökkentett, belépő ágárammal - a különbözet, az alábbi tömegárameltérés: (2)

Ez a kondenzálódással járó sűrűségváltozásnak, e sűrűségkorrekció hiányának tulajdonítható. A szűkítőelemes áramlásmérő korrekciós szorzója: (3) Az áramló közeg átlagos sűrűsége: (4) ahol, ill. - a vízgőz, ill. folyadék térfogatáramtörtje;, - vízgőzsűrűség, folyadéksűrűség, átlagos sűrűség [kg/m 3 ]; - a kétfázisú áramlás tömegárama [kg/s]; - a kétfázisú áramlás térfogatárama [m 3 /s]. A korrekciós szorzó és a (4) összefüggés alapján a térfogatáramtörtek számítására: (5)

Az ágat elhagyó tömegáramot tekinthetjük a szűkítőelemes mérés sűrűségkorrekcióval módosított értékének: (6) Ismerve a csővezeték A c áramlási keresztmetszetét és a számított átlagos sűrűséget, az áramló közeg u k átlagos sebessége: (7) A Pitot-cső elvű speciális mérőeszközzel elvégzett áramlásmérések igazolták, hogy a csőszelvényben többnyire elkülönülten, jelentős sebességkülönb- séggel áramlik a folyadék- és a gőzfázis. Az egyes fázisokra megadott térfogatáramtörtek: ; (8) a különböző sebességgel áramló fázisok térkitöltésére nem adnak felvilágosítást.

A vízszintes helyzetű csővezetékben kialakított mérőhelyeken a kondenzátum elhelyezkedése: A vízszintes mérőszakasz csőszelvényének kitüntetett (szabvány által meghatározott) pontjaiban mért dinamikus nyomásokból a helyi sebességek az alábbi összefüggéssel számíthatók: ; (9)

A körszelvény azonos területű részszelvényeit jellemző helyi vízgőzsebessé- gek alapján számítható a vízgőz átlagos axiális sebessége: (10) ahol u gi - az m számú (min. 3, max. 6) helyi vízgőzsebesség számtani átlagaként nyert érték [m/s]; m - a szabványos mérőhelyek száma. A (6) és (5) összefüggésekből határozható meg a kétfázisú áramlás térfogatárama. E térfogatáramot a (8) összefüggésekkel jellemzett térfogatáramtörtekkel beszorozva kapjuk meg az egyes fázisok térfogatáramát: (11) Az egyes fázisok térfogatáramának és sűrűségének ismeretében nyert tömegáramok: ; ; (12) ; ;

Az ágat elhagyó tömegáramból a (11) és a (12) összefüggések alkalmazásával nyert vízgőz tömegáramnál nem lehet nagyobb a dinamikus nyomásmérésen alapuló speciális áramlásmérővel mért, s az alábbiak szerint számított tömegáram: (13) ahol u g - a helyi dinamikus nyomásokból számított átlagos vízgőzsebesség [m/s]; m - a ténylegesen vízgőzáramot mérő szabványos mérési pontok száma (min. 3, max. 6); A F - a kondenzfilm (filmgyűrű) szelvénye [m 2 ]; - a maximális, de megfelelő számú mérési pontok átlagaként számolt vízgőz tömegáram [kg/s]; - az ág távozó vízgőz össztömegárama [kg/s]. Amennyiben a szabványosan rögzített pontokban a dinamikus nyomásból vízgőzáramlásra következtethetünk, e pontok száma legalább 3, ill. legfeljebb 6 lehet, hogy a pontokhoz tartozó gőzsebességek számtani átlagaként nyert u g átlagos gőzsebességgel számolt tömegáram az előbbi egyenlőtlenségnek eleget tegyen. A (7) összefüggésnek megfelelően ellenőrízhető az u k átlagos sebesség az alábbiak szerint: (14)

A vízgőz u g átlagos sebességét a (10), a térfogatáramát a (11) összefüggés szerint meghatározva számítható a speciális áramlásmérő beépítési helyén a csőszelvényben a vízgőz által elfoglalt keresztmetszet: (15) A folyadék által elfoglalt A f csőszelvény: (16) Az egységnyi hosszúságú áramlási csatorna által meghatározott térfogatelemet tekintve, az előbbiek alapján számíthatók a térfogattörtek: ; (17)

A tömegáramtörtek a (12) összefüggés alapján értelmezhetők: ; (18) Az egyes ágak végső szakaszán beépített speciális áramlásmérőknél a (16) összefüggés szerint meghatározva a A f folyadékszelvény értékét, a (11) képlettel számított folyadék térfogatáram ismeretében a folyadékfázis u f átlagos haladási sebessége réteges áramlás esetén: (19) Mérési eredmények feldolgozása és kiértékelése „szlip modell” feltételezésével A kis sebességekkel, nagy hidraulikai ellenállásokkal működtetett vízgőzháló- zat fogyasztói oldalát elsősorban a kétfázisú áramlás réteges áramlási formája jellemezte. A két fázis egymástól elkülönülő áramlásának jellemzéséhez alapvetően szükséges az egyes fázisok térkitöltésének ismerete, a térfogattörtek méréssel történő meghatározása.

Kétfázisú áramlás áramlási jellemzőinek „szlip modell” feltételezésével számított értékei

Az A f folyadékszelvény-felületekből a kondenzátum vízszintes csőszakaszban való elhelyezkedésére lehet következtetni. A folyadék által elfoglalt A sz körszelet-szelvény területének meghatározása: (20) ahol r - a csővezeték átlagos kondenzfilm-vastagsággal csökkentett belső sugara [m]; - középponti szög [º]. A speciális áramlásmérővel mért, s az ismertetett módszerrel számított sebességeloszlás (lásd ábra) alapján a vízgőz átlagos nedvességtartal- mának növekedésével a csatornaszelvény belső részein elhelyezkedő mérési pontoknál a dinamikus nyomások növekedése (e helyeken száraz vízgőz sűrűségével számolva sebességnövekedés), a csővezeték felső alkotója ill. a folyadékfelszín felé haladva sebességcsökkenés tapasztalható. Az előbbi eszközök és módszerek létrehozása, ill. kidolgozása szolgáltatta a stratégiai hátteret az üzemviteli szakértői (intelligens monitoring) és felügyeleti rendszer kialakításához.

Kétfázisú áramlás sebességeloszlása „szlip modell” feltételezésével (D=250mm)

A projekt eredményeinek további hasznosulása A műszaki informatikai ismeretek gyakorlatban való hasznosításához, a legújabb kutatás irányok követéséhez és műveléséhez is fontos volt a regionális ipari partnerekkel való együttműködés. A projektmunkában való részvétel tette lehetővé fiatal oktatóink számára – a gyakorlati tapasztalatszerzés mellett – tudományos tevékenységük megkezdéséhez, folytatásához, az eredmények publikálásához nélkülözhetetlen konferencia-előadásokat. A további tervezett kutatási-fejlesztési tevékenységek fő célja regionális, ipari-szolgáltató partner által működtetett hálózatra telepítendő számítógépes monitoring és irányítási rendszer létrehozása. A megvalósuló teljes infokommunikációs technológia (a kialakított szoftvercsomag) alkalmas lehet egy régió meghatározó energia-elosztó rendszerei (városi távfűtő, gázszolgáltató, vízmű hálózat stb.) informatikai infrastruktúrájának kialakítására, továbbfejlesztésére a komplexitás-kezelés új, mesterséges intelligencia alapú módszereit követve, tekintettel a fogyasztói (lakossági) kívánalmakra is.