Основы моделирования систем, процессов и аппаратов.

Основы системного анализа. При проектировании и технологизации техн. процессов можно учитывать множество связей и взаимодействий отдельн. элементов технологий, анализировать влияние на кач-во конечного продукта многочисленных сырьевых рецептурных технологических и др. факторов, при этом сокращать затраты ресурсов на изготовление конструкций и изделий, постоянно возрастают требования к мат-лу как по сочетанию необходимых свойств, так и по их количественным уровням, обеспеч. надежность мат-ла при его эксплуатации. Поэтому требуется постоянное совершенствование технологии на основе достижений как фундаментальных наук, так и спец. прикладных научных исследований. Для решения проблем проектирования и управления технологии применяют:1)количественные методы описания явлений;2)системный анализ;3)моделирование.

Основные вопросы системного анализа. Понятие сис-ма явл. одним из фундаментальных в современной науке. Под сис-мой в технологии строит. мат-лов понимают совокупность физ.-хим.,физ.-механ. процессов и средств их реализации. Всякая сис-ма состоит из взаимодействующих частей и представляет собой замкнутое целое. уровень замкнутости сис-мы или ее целостности м.б. на макроуровне(отрасль производства, цех, технолог. линия) или на микроуровне(структура мат-ла, эл-т прибора контроля).

 

Возмущающее воздействие среды ξ

Схема управляемой сис-мы

Технологический объект (материал, процесс, аппарат)χis

Выходные факторы (кач-во мат-ла, эффективность процесса)Yi

Управляющие воздействия Δχi,Δχis

Входные факторы χi

 

Всякая сис-ма имеет входные факторы χ_i и выходы (параметры оптимизации) Y_i. Каждая сис-ма имеет собственные параметры χ_is (геометрия аппарата, тем-ра кипения модельной жид-ти). На входе м.б. сырьевые факторы, рецептурные. На выходе-прочность бетона, водонепроницаемость. со стороны внешней среды сис-ма м.б.подвержена возмущающим воз-виям ξ(воздухообмен, влажность, атм. давление, воздействие солнца). Для целенаправленного изм0ния значений выхода Y_i и компенсации возмущения внешн. среды ξ используются управл. воздействия Δχ_i,Δχ_is, формируемые на основе информации о числовых значениях χ_i,Y_i,χ_is.Для того чтобы целенаправленно управлять процессом нужна постоянная информация. Под информацией понимают фактические данные о структуре сис-мы, происходящих в ней явлениях, возможных состояниях, поведении при изменении входных факторов или под воз-вием возмущений внешн. среды. Количество информации определяется целями исследования и она м.б. получена2-мя путями, т.е. наблюдением и экспериментом. Под наблюдением пон-тся целенаправленное восприятие объекта без вмешательства в его поведение. Эксперимент - активное воз-вие на объект с планомерным изм-нием и комбинированием разл. условий с целью получения необход.эффекта. Эксперимент чаще всего связан с моделированием, т.е полезную информацию можно получить при использовании не только самой сис-мы(натур.объекта), но и некоторой ее имитации, причем последняя д.б. ее моделью, т.е. соответ. требованиям теории подобия.

 

 

5.Условия и теоремы подобия.

Подобными называются явления, для которых постоянны отношения, характеризующих их подобных величин. Различают геометрическое, временное и физическое подобие .геометрическое. – при равенстве соотношений всех линейных размеров натуральных объектов и моделей. пример: при перекачке вязкой жидкости в натур.объекте и в ее уменьшенной модели должны соблюдаться след.условия:

L’ и L’-длина натур.трубопровода и его модели

d’ и d’’-диаметр натур и модели

l’1, l’’1,l’2,l’’2- пути, проходят сходственные части смеси от входа, до произв точки, сходств для натур объекта и модели
Ке – константа геометрического подобия

 

 

 

При подобном движении сходств частиц, их траектория в натур объекте и модели должны быть также подобны – кинематическое подобие.

Временное подобие – сходство частиц в геометрич подобии, система двигается по геометрически подобным траекториям, проходя геометрически подобные пути за промежутов времени, отношение которых – велич постоянная.

T’,T’’- время прохождения сходств частиц всего трубопровода

τ’1..τ’’2 – время прохождения сходств частицами подобных путей

При соблюдении геометрического и временного подоб.соблюдаются подобия скоростей.

Подобие физических величин – предпологает, что для любого сходства точек натур.объетка и моделей, размещенных подобно в пространстве и во времени, те при соблюдении геометрич и временного подобия отношения физических свойств является величиной постоянной. Если движущаяся по трубопроводу жидкость имеет вязкость µ и плотность ρ, то для натур объета и модели должно выполняться равенство:

Подобные явления могут быть выражены отношением разнородных величин, те безразмерные комплексы этих величин. В этом случ они назыв критерии подобия.

Ω- средняя скорость в трубе

d- диаметр трубы

µ- вязкость жидкости

ρ-плотность ж.

Re<2320- ламинарное движение жидкости, >2320 – неустойчивое, >10000- турбулентное