Главная | Обратная связь
МегаЛекции

Этапы моделирования.




— Получить математическое описание оригинала – идентификация объекта моделирования.

— Выбор или создание алгоритма моделирования – как вести математическую обработку данных.

— Написание программы для ЭВМ.

— Машина выдает результат математического моделирования – решение задачи.

— Проверка адекватности модели. Если модель неадекватна, то производится ее коррекция и получается новое решение.

— Интерпретация полученных результатов и принятие решений.

Химико-технологический процесс как система.

Система представляет собой множество подсистем и/или элементов с их связями и отношениями, формирующими некоторое целостное образование.

Компоненты системы: вход, выход, ограничения и связи.

Связи бывают аддитивными, синергическими и антагонистическими.

Направленность связей.

* Связи взаимодействия свойств (например, физические формулы) и объектов (например, молекулярные связи).

* Связи порождения, когда один объект вызывает к жизни другой (например, химические реакции).

* Связи преобразования (например, явление катализа).

* Связи строения (например, химические связи).

* Связи функционирования (например, связи, обеспечивающие работу машины, агрегата).

* Связи развития – не просто смена состояний, но совокупность элементов, проникнутая как бы "стержневой" идеей.

* Связи управления, строящиеся на основе определенных программ.

Системные характеристики.

* Гомогенность – система состоит из однородных элементов.

* Элементарность – ни один элемент системы нельзя рассматривать как подсистему.

* Минимальность – система уничтожается при уничтожении хотя бы одного элемента.

* Незавершенность – система допускает присоединение новых элементов без превращения в другую систему. Завершенные системы не допускают такого присоединения.

* Упорядоченность – существенен порядок расположения элементов в системе.

* Имманентность – системообразующие отношения справедливы только для этой системы.

* Элементарноавтономность – элемент системы обладает всеми свойствами системы.

— Минимальная система не является элементарноавтономной; если система элементарноавтономная, она незавершенная; если система минимальная и незавершенная, она не элементарноавтономная.

— Иерархическая структура системы: молекулярный уровень; уровень малого объема; уровень рабочей зоны аппарата; уровень аппарата; уровень агрегата.

Физико-химические основы моделирования процессов переработки полимеров.

Теплообмен.

2.1.1. Виды теплообмена.

— Все три вида теплообмены (теплопроводность, конвекцию и излучение) необходимо учитывать при расчете теплообменных аппаратов. Что же касается переноса тепла непосредственно в массе полимера, то здесь ситуация существенно упрощается. О переносе тепла в полимере излучением вообще речи быть не может. То же относится и к естественной конвекции, которая, как известно, обусловлена вертикальным перемещением материала вследствие изменения внутренней энергии (и, следовательно, плотности). Свободная конвекция может наблюдаться лишь в пористых полимерах, содержащих поры диаметром более 10 мм. Вынужденная конвекция при течении расплавов полимеров, естественно, имеет место. Для оценки коэффициента теплоотдачи в этом случае используют критериальные уравнения, в которых вместо критерия Рейнольдса вводится критерий Пекле. Это обусловлено существенной зависимостью динамической вязкости расплава от температуры. В критерии Пекле вместо вязкости используется температуропроводность, которая также зависит от температуры, но не столь существенно. Главное значение при переносе тепла в полимерной массе имеет, безусловно, теплопроводность.

Температуропроводность (коэффициент температуропроводности) — физическая величина, характеризующая скорость изменения (выравнивания) температуры вещества в неравновесных тепловых процессах. Численно равна отношению теплопроводности к теплоёмкости единицы объема вещества, в системе СИ измеряется в м²/с.

,

где a — температуропроводность, λ — теплопроводность, cp — изобарная теплоёмкость.

это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

2.1.2. Уравнение теплового баланса.

— При тепловых расчетах оборудования, применяемого при переработке полимеров, используются, преимущественно, уравнения теплового баланса, представляющие собой некоторую форму закона сохранения энергии.

— Тепловые расчеты делятся на две категории: конструкторские и поверочные. Конструкторский тепловой расчет аппарата состоит в вычислении поверхностей нагрева, обеспечивающих заданный тепловой режим работы аппарата (соответствующие температуры внутри него и на поверхности, коэффициенты теплоотдачи, заданный расход теплоносителей и пр.). Поверочный тепловой расчет предполагает, что аппарат уже функционирует, и необходимо рассчитать температурный режим, расходы теплоносителей и коэффициенты теплоотдачи при заданной поверхности теплообмена. В инженерной практике большее значение имеет именно поверочный расчет.

— Принцип поверочного расчета состоит в вычислении количества подводимого тепла (левая часть уравнения баланса) и количества отведенного тепла (правая часть уравнения баланса). Левая часть уравнения может включать в себя тепло, выделяющееся за счет создания в материале сдвиговых деформаций (оно обычно пропорционально затрачиваемой мощности). Если сдвиговые деформации незначительны или если вязкость материала достаточно мала, то выделение тепла за счет внутреннего трения мало. В этом случае условия реализации процесса могут потребовать подвода тепла извне за счет электрических нагревателей различного вида или за счет использования жидких или газообразных теплоносителей. В левой части уравнения теплового баланса может также фигурировать тепло, выделяющееся за счет химических превращений в материале. В правой части уравнения рассчитывается количество тепла, пошедшего на нагрев перерабатываемого материала (с учетом возможных переходов из одного агрегатного состояния в другое), на нагрев конструкционных материалов аппарата, конвективные и лучистые потери тепла, количество тепла, отведенного охлаждающими агентами.

Теплоносители.

— Основным и наиболее распространенным теплоносителем является вода и водяной пар. Это обусловлено рядом обстоятельств: относительная доступной и дешевизна; экологическая безопасность; Высокие значения коэффициентов теплоотдачи при течении воды и, особенно, при конденсации насыщенного пара (пар, температура которого равна температуре насыщения при данном давлении). В ряде случаев используется "перегретая вода" (производственный термин, подразумевающий горячую воду под давлением). В этом случае коэффициент теплоотдачи меньше, нежели при применении сухого насыщенного пара, но обеспечивается необходимый уровень давления для изготовления некоторых изделий.

— По технологическим соображениям иногда необходимо использовать в качестве теплоносителя горячий воздух. Его преимущество состоит в том, что высокую температуру можно обеспечить при низком давлении, но коэффициент теплоотдачи при этом чрезвычайно низок.

— Определенное применение находят высококипящие теплоносители, применяются различные системы псевдоожижения.

— С точки зрения культуры производства и возможностей механизации и автоматизации технологических процессов следует отдать предпочтение использованию электрического обогрева (в том числе токами высокой частоты), но при этом могут возникнуть трудности, связанные с неравномерностью температурных полей (в случае изготовления массивных изделий) и инерцией нагревательных элементов. Качественная организация процесса обогрева требует значительных капитальных вложений.





©2015- 2017 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов.