一种基于热声效应的氨水制备装置控温系统的制作方法

本发明涉及化工过程控制，特别涉及一种基于热声效应的氨水制备装置控温系统。

背景技术：

1、氨水制备工艺中，溶解过程的温度控制和溶液循环均匀化是保证产品浓度精度和生产安全的关键环节。随着化工行业对生产连续性和安全标准要求的不断提高，氨水制备温控系统的可靠性和维护便捷性成为行业关注焦点。

2、现有氨水制备温控系统将温度控制和溶液循环视为两个独立工程问题，分别采用换热器进行温度调节、采用循环泵进行溶液驱动。温度控制通过pid算法调节换热器冷热介质流量或电加热功率实现，溶液循环通过电机驱动的机械泵实现。

3、在相关的氨水制备温控技术方案中，传统循环泵含有转动轴、叶轮、轴承等机械运动部件和动密封结构，氨水的强腐蚀性对机械密封和泵体材料长期腐蚀老化导致密封失效，最终使得氨气泄漏造成安全隐患和环境污染。同时，温度控制和循环驱动采用两套独立设备，系统组成复杂，管路连接点多，整体可靠性低，且两套系统独立控制无法实现温度与循环速度的协同。

4、综上，上述缺陷导致氨水制备系统维护成本高、停机时间长、安全风险大，特别是动密封腐蚀泄漏问题长期未能从根本上解决，严重制约了氨水制备工艺的自动化水平和运行经济性。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供一种基于热声效应的氨水制备装置控温系统，能够在氨水循环回路中同时实现无动密封部件的温度调节和循环驱动双重功能。

2、在一些实施例中，一种基于热声效应的氨水制备装置控温方法，包括：向设置于氨水循环回路中的电驱动热声转换器件输入电功率，在氨水循环回路中建立振荡热流；利用振荡热流的热声热泵效应对氨水进行温度调节，并利用振荡热流的声流效应驱动氨水定向循环流动；根据氨水的目标温度信息和当前温度信息确定目标电功率值，将输入热声转换器件的电功率调节至目标电功率值以同时调控温度调节速率和循环流速。其中，温度调节和定向循环流动通过同一振荡热流同时实现，氨水循环回路中与氨水接触的流体通路部分为无机械运动部件、无动密封结构的静态流体通路。

3、在该实施例中，通过将热声技术引入氨水制备温控场景，利用热声振荡同时具有的热泵效应和声流效应，在单一物理机制中统一实现了温度调节与循环驱动的双重功能，从根本上消除了氨水接触面的机械运动部件和动密封结构，解决了氨水腐蚀导致密封失效的核心问题，同时大幅简化了系统结构。

4、在一些实施例中，氨水循环回路包括热声工作腔段，该热声工作腔段内封装有可压缩气体工质，电驱动热声转换器件驱动气体工质产生振荡，通过热声工作腔段两端的静态换热壁面将热泵效应的热量传递至氨水或从氨水提取热量，并通过柔性耦合元件将声流效应的驱动力传递至氨水以实现循环驱动。

5、在该实施例中，通过在循环回路中设置封装有可压缩气体工质的热声工作腔段，使热声热泵循环在高压缩性的气体中完成以保证热声效应的高效性，同时通过静态换热壁面和柔性耦合元件将温度调节和循环驱动功能传递至氨水侧，气体与氨水之间无动密封接触，从结构上保证了氨水通路的全静态特征。

6、在一些实施例中，根据温度偏差和流速偏差，利用加权优化策略确定目标电功率值。在温度偏差对应的电功率需求与流速偏差对应的电功率需求存在冲突时，根据预设工艺优先级权重因子优先满足主要工艺目标。

7、在该实施例中，通过加权优化策略解决了单输入双输出控制架构中温度目标和流速目标可能存在的冲突问题，使系统在各种工况下均能合理分配控制资源。

8、在一些实施例中，以氨水循环回路中热声工作腔段的声学谐振频率作为电功率的驱动频率，并在运行条件变化导致谐振频率漂移时进行自适应调整。

9、在该实施例中，通过谐振频率跟踪维持了系统在最高效率工作点运行，避免了偏离谐振导致的性能退化。

10、在一些实施例中，氨水循环回路设有非对称声学耦合结构，使振荡热流通过柔性耦合元件对氨水产生沿单一方向的时间平均净推动力。

11、在该实施例中，通过非对称声学耦合结构保证了声流效应产生确定方向的循环流动，实现了无机械泵的定向液体输送。

12、在一些实施例中，热声工作腔段包括回热器段和换热器段，振荡热流经过回热器段时通过气体工质微团的周期性压缩膨胀与固体基质的往复换热产生净热输运。

13、在该实施例中，利用气体工质的高压缩性保证了每个振荡周期内气体微团产生显著的温度振荡，通过回热器段和换热器段的功能分区实现了高效的热量定向输运。

14、根据本发明的第二方面，提供一种氨水制备装置控温系统，包括氨水循环回路、电驱动热声转换器件和电功率调节单元。

15、根据本发明的第三方面，提供一种电子装置，包括存储器以及耦接至存储器的处理器，处理器被配置为执行上述控温方法。

16、根据本发明的第四方面，提供一种氨水制备装置，包括溶解混合单元和上述控温系统。

17、根据本发明的第五方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述控温方法。

18、综上所述，本发明的一种基于热声效应的氨水制备装置控温系统，具有以下有益效果：

19、1.双功能统一消除动密封需求：通过将电驱动热声转换器件设置于氨水循环回路中，利用热声振荡同时具有的热泵效应和声流效应，统一实现温度调节与循环驱动的双重功能，使整个氨水循环回路中与氨水接触的部分成为无机械运动部件的静态流体通路，从物理机制上消除了动密封结构，相比现有技术中循环泵的密封故障导致氨气泄漏的安全隐患，本发明消除了密封腐蚀泄漏的失效模式。本发明的创造性要点在于将热声技术从其太空低温冷却、天然气液化等领域迁移至氨水制备化工设备中，并通过气体工质热声循环与液体氨水回路的间接耦合架构解决了热声效应对工质可压缩性的物理需求与氨水液态特性之间的矛盾。

20、2.单输入双输出的简洁控制架构：通过调节单一电功率输入来控制热声振荡强度，进而同时调控传热速率和循环流速，实现了一个控制输入同时影响两个过程变量的控制架构，相比现有技术中换热器和循环泵分别独立控制的复杂多回路协调策略，本发明将控制维度从两个降低为一个，降低了控制系统复杂度，减少了执行机构数量。温度和流速的耦合关系由热声物理本身决定，使得加热强度增大时循环自动加强有利于温度均匀化。

21、3.系统结构简化和可靠性提升：通过单一热声转换器件替代换热器和循环泵两套独立设备，减少了管路连接点和设备数量，相比现有技术中设备数量多、连接点多导致的潜在泄漏风险和系统复杂性，本发明的设备数量和管路连接点显著减少，系统长期无故障运行时间提升，维护成本和停机时间降低。

22、4.谐振自适应与耦合冲突优化：通过声学谐振频率自适应跟踪机制维持系统在最高效率点工作，通过加权优化策略协调温度和流速目标的冲突，相比传统固定参数控制策略，本发明能够适应运行条件变化，保持全工况范围内的控制精度和能量利用效率。

1.一种基于热声效应的氨水制备装置控温方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述氨水的目标温度信息和当前温度信息，确定目标电功率值还包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向设置于氨水循环回路中的电驱动热声转换器件输入电功率，在所述氨水循环回路中建立振荡热流包括：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述振荡热流的声流效应驱动所述氨水在所述氨水循环回路中定向循环流动包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氨水循环回路包括回热器段和换热器段；

6.一种氨水制备装置控温系统，其特征在于，采用如权利要求1至5中任一项所述的方法，包括：

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，

8.一种电子装置，其特征在于，包括：

9.一种氨水制备装置，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一项所述的方法。