Основные принципы моделирования процессов

Разработка нового технологического процесса, проведенного в лаборатории может дать лишь принципиальную схему.Полученные опытным путем данные проверенно на пилотных, модельных установках для определения удельных расчетных компонентов.констант и выходов продуктов(Yi), подбор аппаратов и т.д. Заманчивым представляется отказ от многоступенчатого анализа в лаборатории и сразу выдавать данные для промышленного аппарата. Для этого необходимо знать:

1)Основные кинематические и их математическое описание.2)Наличие надежной теории масштабирования

Теория моделирования развивается в настоящее время в 2-ух направлениях:

1)По пути изучения современных сложных технологических процессов с помощью моделей с анализом влияния отдельных физических параметров и линейных размеров, т.е. физическое моделирование. 2)По пути исследования математической модели процесса с помощью вычислительной техники, т.е. математическое моделирование.

Оба направления ведут к одной цели: к созданию точного метода теоретического и экспериментального исследования сложных технологических процессов при большом числе взаимодействующих факторов.

В области строительных материалов методы моделирования могут быть применены при описании физической сущности след процессов и явлений:

1)Физических и физико-химических процессов твердения и структурообразования вяжущих и бетонов в целом. 2)Деструктивных явлений(разрушение структуры, появление трещин). 3)Тепло-массообменных процессов (сушка, замерзание и оттаивание,тепло-влажностная обработка и т.д.). 4)Измельчение материалов. 5)Перемешивание компонентов. 6)Формование и уплотнение. 7)Улучшение структуры материалов,модификации их различными добавками. 8)Улучшение закономерностей деформирования бетонной смеси и затвердевшего бетона.

При этом используются идеализированные механич. модели, кот представляют собой комбинацию пружин, поршней и ползунов,

Основные принципы моделирования процесса

а) б) в) г)

 

 

Элементы физики твёрдого тела.

Твердыми телами в строгом смысле слова являются только кристаллические материалы. Кристаллическими материалами называются те, для которых характерным является дальний порядок частиц вещества. Это прав. расположение частиц в пространстве, которое сохраняется на больших расстояниях и в разных направлениях для большого числа частиц. Это придает материалам специфические свойства (механические, электрические, магнитные и т.д.).

Аморфные тела – это конденсированное состояние вещества, атомная структура которых имеет ближний порядок и не имеет дальнего порядка, характерного для кристаллических структур. Горные породы аморфные структуры (например, трепел, диатомит и т.д.).

При описании пользуются понятием кристаллической решетки, которая представляет собой пространственную сетку, в узлах которой располагаются частицы вещества.Такая структура состоит из элементарных ячеек в виде куба или параллелепипеда, в узлах которых расположены элементарные частицы.

В зависимости от того как происходит образование кристаллической решетки и какие частицы находятся в ее узлах возникают различные типы химической связи.

Ионная связь­­­­­­­­­­­ – правильно чередуются положительно и отрицательно заряженные ионы.

Атомная связь является наиболее сильной из всех видов связи. В узлах кристаллической решетки находятся нейтральные атомы. При ковалентной связи электроны курсируют между двумя соседними атомами, соединенными этой связью. Металлическая связь. В реальных телах в чистом виде почти не встречается. Есть наложение нескольких видов связи, но одна из них является превалирующей, определяет структуру материала. Например, гранит имеет сложную структуру. Анизотропия кристаллов – это зависимость их физических свойств от направления. Такие свойства как упругость, прочность, твердость и т.д.

 

Механические процессы

В получении многих строительных материалов мех процессы занимают одно из первых мест как по объему так и по энергопотреблению.

Способы механической переработки сырья и материалов: измельчение, смешивание, дробление, формование и проч.
Под измельчением твердых материалов понимается последовательный ряд операций имеющих цель уменьшить размеры кусков твердого материала от начальной до конечной, необходимой для для промышленного использования. Так например в цементной промышленности исходное сырье поступает в кусках размером около 1го метра в то время как конечный продукт имеет удельную поверхность, например 3200 см2/гр.

Измельчение является одной из основных операций как при подготовке сырья так и при получении конечного продукта, например измельчение всех видов вяжущих.

Измельчение осуществляется под действием внешних сил преодолев силы взаимного сцепления частиц материала.

Процессы измельчения условно подразделяются на:

А) раздавливание Б)раскалывание В)истирание Г)ударное воздействие

Дробление твердых и хрупких материалов производится раздавливанием, раскалыванием и ударом (твердых и вязких материалов – раздавливанием и истиранием)

Дробление осуществляется сухим и мокрым способом, т.е. с добавлением воды и без, при добавлении не наблюдается пыле образования и облегчается транспортировка.
формула дробления: i=D/d, где D – р-р исходных кусков материала, d – измельченных. Величина i является паспортной величиной любой дробилки. (характерным линейным размером кусках шарообр формы является диаметр, а кубической – длина ребра)

При дроблении куски твердого материала разрушаются по ослабленным зонам, дефектам – макро и микро трещинам.

Процессы измельчения и дробления весьма энергоемки. Количество энергии затраченной на получение еденицы продукции является одним из основных технико-экономических показателей дробильно-помольных машин.

Энергозатраты находятся в зависимости от целого ряда факторов. Основные это:
-неоднородность материала

-наличие трещин разнообразной формы
все эти факторы изменяются в процессе работы машины и трудно поддаются учету.