Феноменологиялық әдіс

Тағамдық өндіріс процестерінің күрделілігі және әрекет етуші факторлардың әртүрлілігі феноменологиялық тәуелділік деп аталатындарды кеңінен қолданудың объективті негізі болып табылады. Тарихи түрде энергия мен зат алмасу құбылыстарының үлкен саны пішіннің тәуелділігімен жуықталады.

I = aX , (1)

қайда мен процестің жылдамдығы;тұрақты; X процесінің қозғаушы күші.

Мұндай құбылыстар класына жатады: деформация қатты(Гук заңы); өткізгіш арқылы электр тогының қозғалысы (Ом заңы); молекулалық жылу алмасу (Фурье заңы); молекулалық масса алмасу (Фик заңы); жылу мен масса алмасудың жалпылама (тек молекулалық емес) заңдары; сұйықтық құбыр арқылы қозғалған кездегі энергия шығындары (Дарси және Вайсбах заңдары); дененің үздіксіз ортадағы қозғалысы (Ньютонның үйкеліс заңы) т.б. Бұл құбылыстарды сипаттайтын заңдарда тұрақтылар физикалық мағынасыжәне соған сәйкес аталады: серпімділік модулі, электр кедергісі, молекулалық жылу өткізгіштік, молекулалық диффузия коэффициенті, конвективтік жылу өткізгіштік немесе турбуленттік диффузия коэффициенті, Дарси үйкеліс коэффициенті, тұтқырлық және т.б.

Осыған назар аудара отырып, орыс текті бельгиялық физик И.Пригожин, голланд физигі Л.Онсагер, С.де Грот және т.б. бұл құбылыстарды феноменологиялық немесе феноменологиялық деп аталатын қатынас (1) түрінде жалпылады. құбылыстардың логикасы. Ол феноменологиялық зерттеу әдісінің негізін құрады, оның мәні қысқаша былай тұжырымдалады: тепе-теңдік күйден аздаған ауытқулар үшін ағынның жылдамдығы. I кез келген күрделі процестің қозғалысы осы процестің қозғаушы күшіне пропорционал X.

Бұл әдісті қолдану арқылы зерттеудің негізгі қиындығы осы процестің қозғаушы күші болып табылатын факторларды немесе параметрлерді және оның нәтижесін сипаттайтын факторларды анықтау болып табылады. Оларды анықтай отырып, олардың арасындағы байланыс тәуелділік (1) түрінде және оларды байланыстыратын коэффициенттің сандық мәні беріледі.А эксперименталды түрде анықталады. Мысалы, егер экстракция процесінің қозғаушы күші экстракцияланған заттың шикізаттағы және экстрагенттегі ΔC концентрацияларының айырмашылығы болса, ал процестің жылдамдығы осы заттың С концентрациясының туындысымен сипатталады. уақытқа қатысты шикізат болса, онда былай жаза аламыз:

BΔC

қайда В өндіру жылдамдығының коэффициенті.

Сіз әрқашан процестің қозғаушы күшін де, тиімділігін де сипаттайтын бірқатар параметрлерді атай аласыз. Әдетте, олар бір-бірімен анық байланысты. Сондықтан феноменологиялық теңдеуді көптеген нұсқаларда жазуға болады, яғни процестің қозғаушы күші мен тиімділігін сипаттайтын параметрлердің кез келген комбинациясы үшін.

Феноменологиялық әдіс формальды бола отырып, жүріп жатқан процестердің физикалық мәнін ашпайды. Дегенмен, ол құбылыстарды сипаттаудың қарапайымдылығына және тәжірибелік мәліметтерді пайдаланудың қарапайымдылығына байланысты кеңінен қолданылады.

Эксперименттік әдіс

Зерттелетін мәселені алдын ала талдау негізінде қажетті нәтижеге шешуші немесе елеулі әсер ететін факторлар таңдалады. Нәтижеге аз әсер ететін факторлар алынып тасталады. Факторларды қабылдамау зерттелетін құбылысты талдаудың қарапайымдылығы мен сипаттаудың дәлдігі арасындағы ымыраға келуді іздеумен байланысты.

Эксперименттік зерттеулер әдетте үлгі бойынша жүргізіледі, бірақ бұл үшін өнеркәсіптік қондырғыны да қолдануға болады. сәйкес жүргізілген эксперименттік зерттеулер нәтижесінде белгілі бір жоспаржәне қажетті қайталаумен факторлар арасындағы байланыстар графикалық түрде немесе есептеу теңдеулері түрінде анықталады.

Эксперименттік әдіс келесі артықшылықтарға ие:

• туынды тәуелділіктердің жоғары дәлдігіне қол жеткізу мүмкіндігі
• зерттеу объектісінің басқа әдіспен табылмайтын тәуелділіктерді немесе физикалық сипаттамаларын алудың жоғары ықтималдығы (мысалы, өнімдердің термофизикалық сипаттамалары, материалдардың сәуле шығару дәрежесі және т.б.).

Дегенмен, эксперименталды зерттеу әдісінің екі маңызды кемшілігі бар:

• жоғары еңбек сыйымдылығы, әдетте, зерттелетін құбылысқа әсер ететін факторлардың едәуір санына байланысты
• табылған тәуелділіктер ішінара, тек зерттелетін құбылысқа қатысты, яғни олар алынған шарттардан басқа шарттарға кеңейтілмейді.

Аналитикалық әдіс

Бұл әдіс физиканың, химияның және басқа ғылымдардың жалпы заңдылықтарына сүйене отырып, дифференциалдық теңдеулер құрастыруынан тұрады. бүкіл сыныпұқсас құбылыстар.

Мысалы, Фурье дифференциалдық теңдеуі жылу өткізгіштік арқылы жылу өтетін дененің кез келген нүктесіндегі температураның таралуын анықтайды:

A 2 т , (2)

мұндағы жылу диффузиялық коэффициенті, м 2 /с; т Лаплас операторы;

2 т = + + .

(2) теңдеу кез келген стационарлық орта үшін жарамды.

Аналитикалық әдістің артықшылығы мынада: алынған дифференциалдық теңдеулер құбылыстардың барлық класы үшін жарамды (жылу өткізгіштік, жылу алмасу, масса алмасу және т.б.).

Дегенмен, бұл әдіс айтарлықтай кемшіліктерге ие:

• көптеген технологиялық процестерді, әсіресе жылу және масса алмасумен жүретін процестерді аналитикалық сипаттаудың күрделілігі; Бұл бүгінгі күні мұндай есептеу формулаларының аз екенін түсіндіреді
• математикада белгілі формулаларды пайдалана отырып, аналитикалық жолмен дифференциалдық теңдеулердің шешімін алудың көптеген жағдайларда мүмкін еместігі.

9. Кесу.

Біреуін кесутамақ өнеркәсібінің негізгі технологиялық процестері.

Кесуге әртүрлі материалдар жатады, мысалы: кондитер өнеркәсібіндегі кәмпит массасы, нан пісіру өнеркәсібіндегі қамыр массасы, консервілеу өнеркәсібіндегі көкөністер мен жемістер, қызылша-қант өнеркәсібіндегі қант дақтары, ет өнеркәсібіндегі ет.

Бұл материалдардың әртүрлі физикалық және механикалық қасиеттері бар, олар кесу әдістерінің әртүрлілігімен, кесу құралдарының түрлерімен, кесу жылдамдығымен және кесу құрылғыларымен анықталады.

Тамақ өнеркәсібі кәсіпорындарының қуаттылығын арттыру кесу станоктарының өнімділігін, олардың тиімділігін арттыруды, ұтымды кесу режимдерін дамытуды талап етеді.

Кесетін станоктарға қойылатын жалпы талаптарды былай тұжырымдауға болады: олар жоғары өнімділікті қамтамасыз етуі, өнімнің жоғары сапасын қамтамасыз етуі, тозуға төзімділігі жоғары, пайдаланудың қарапайымдылығы, энергия шығынының аздығы, санитарлық жағдайы жақсы, өлшемдері шағын болуы керек.

Кесу құрылғыларының классификациясы

Тағамдық материалдарды кесуге арналған құрылғыларды бөлуге боладыбелгілеріне қарай топтарға бөлінеді:

мақсаты бойынша: сынғыш, қатты, серпімді-тұтқыр-пластикалық және гетерогенді материалдарды кесуге арналған;

әрекет принципі бойынша: мерзімді, үздіксіз және аралас;

кескіш аспаптың түрі бойынша: пластина, диск, ішекті, гильотинді, айналмалы, ішекті (сұйық және пневматикалық), ультрадыбыстық, лазерлік;

Күріш. 1. Кесетін құралдардың түрлері:
аратор; б— гильотинді пышақ; в диск пышақ; gstring

кескіш құралдың қозғалыс сипаты бойынша: айналмалы, ілгерілемелі, жазық-параллельді, айналмалы, діріл;

кесу кезінде материалдың қозғалу сипаты және оны бекіту түрі бойынша.

Суретте. 1 кескіш құралдардың кейбір түрлері көрсетілген: айналмалы, гильотиндік, дискілік, реактивті.

Кесу теориясы

Кесуде материалға берілген пішінді, өлшемді және бет сапасын беру үшін оны бөлу арқылы өңдеу міндеті бар.

Суретте. 2-суретте материалды кесу схемасы көрсетілген.

2-сурет. Cxe m a pe материалдық білім:
1- па кесілетін материал; 2 - кескіш құрал, 3 - пластикалық деформация аймағы, 4 - серпімді деформация аймағы, 5 - шекаралық аймақ, 6 - сыну сызығы

Қашан Бұл жағдайда материалдар шекаралық қабаттың бұзылуы нәтижесінде бөліктерге бөлінеді. Сынудың алдында суретте көрсетілгендей серпімді және пластикалық деформация болады. Деформацияның бұл түрлері кескіш құралға күш түсіру арқылы жасалады. Материалдың сынуы кернеу материалдың созылу беріктігіне тең болған кезде пайда болады.

Кесу жұмысы серпімді және пластикалық деформацияны жасауға, сонымен қатар құралдың кесілетін материалға үйкелісін жеңуге жұмсалады.

Кесу жұмысын теориялық түрде келесідей анықтауға болады.

Материалды жою үшін ұзындығы 1 м пышақтың шетіне қолданылатын күшті белгілейік.Р (вН/м). А жұмысы (Дж-де) ауданы бар материалды кесуге жұмсалады l - l (м 2-де) біз жасаймыз

A (Pl) l - Pl 2

Жұмысты 1 м-ге байланыстыру 2 , біз нақты кесу жұмысын аламыз (Дж/м 2 ).

Кесудің кейбір түрлері

Қызылша және көкөніс кескіштер. Қант зауыттарында қызылша жоңқаларын науаға немесе табақша фермасынан қызылша жоңқаларын кесу арқылы алады. Консервілеу өндірісінде сәбіз, қызылша, картоп және т.б.

Кесу әрекеті кесу құрылғыларының – пышақтар мен материалдың салыстырмалы қозғалысына негізделген. Бұл салыстырмалы қозғалысты әртүрлі жолдармен орындауға болады.

Кесудің негізгі түрлері дискілік және центрифугалық болып табылады. Қызылшаға арналған дискі кесетін машина суретте көрсетілген. 3. Ол ойықтары бар көлденең айналмалы дискіден және оның үстінде орналасқан қозғалмайтын барабаннан тұрады. Пышақтары бар жақтаулар дискінің ұяларына орнатылады (4-сурет). Диск 70 айн/мин айналу жылдамдығымен тік білікте айналады. Пышақтардың орташа сызықтық жылдамдығы шамамен 8 м/с құрайды.

Барабан қызылшамен толтырылған, олар кесілетін болады. Диск айналғанда, ауырлық күшімен пышақтарға басылған қызылшалар фишкаларға кесіледі, олардың пішіні пышақтардың пішініне байланысты.

Дискіні кесуден басқа центрифугалық кесу де қолданылады. Бұларда x Кесу операцияларында пышақтар стационарлық тік цилиндрдің қабырғаларындағы ойықтарға бекітіледі. Кесетін материал цилиндр ішінде айналатын ұлулардың қалақтары арқылы қозғалады. Орталықтан тепкіш күшөнімді кесетін пышақтарға қарсы басады.

П болып табылады. 5. Айналмалы кескіш құрылғының сұлбасы

Суретте. 5 кондитер өнеркәсібіндегі өнімдерге арналған айналмалы кесуді көрсетеді. Бумаға айналған кәмпит массасы 3қалыптау машинасының 1 матрицасынан қабылдау науасына түседі 2 және оның бойымен кесу құрылғысына беріледі. Кесу e құрылғы осьте еркін айналатын роторлар жиынтығынан тұрады 4 оларға бекітілген пышақтармен. Әрбір белдіктің өз роторы бар. Ол қозғалатын арқанмен айналмалы қозғалысқа келтіріледі. Кесілген кәмпиттер 5 конвейер таспасына 6 түседі.

Суретте. 6 тоңазытылған және мұздатылмаған етті, нанды, картопты, қызылшаны және т.б ұнтақтағыштар деп аталатын екі түрлі машиналарды көрсетеді.

Қолданылатын шыңдардың дизайныет тартқыштардан көшірілген өнеркәсіп, xopo күнделікті өмірде белгілі және кең таралған. Тегістеушілер кескіш құралдардың үш түрін пайдаланады: стационарлық сызғыш пышақтар, пышақ торлары және жылжымалы жалпақ пышақтар.

Кесу жалпақ кескіш құралдармен жүзеге асырыладым айналмалы пышақ пен пышақ торы. Материал бұрандамен беріледі, пышақ торына басылады, материалдың бөлшектері тордың тесіктеріне басылады және үздіксіз айналатын жалпақ пышақтарпышақтар торларға басылған кезде материалдың бөлшектері кесіледі.

Күріш. 6. Төбенің екі түрі:
а материалды мәжбүрлеп жеткізусіз; б — материалды мәжбүрлеп жеткізумен

Төмен жылдамдықты тегістеуіштер үшін бұранданың айналу жылдамдығы 100-200, жоғары жылдамдықты тегістеуіштер үшін 300 айн / мин.

29. Гомогенизация.

Гомогенизацияның мәні.Гомогенизация (грек тілінен аударғанда homogenes гомогенді) құрамы мен қасиеттері бойынша ерекшеленетін және бір-бірінен интерфейстер арқылы бөлінген бөліктері жоқ біртекті біртекті құрылымды құру. Гомогенизация консервілеу өнеркәсібінде кеңінен қолданылады, өнімді 10...15 МПа қысымда диаметрі 20...30 мкм бөлшектері бар ұсақ дисперсті массаға келтіреді. Кондитерлік өнімдер өндірісінде шоколад массасын конустарда, эмульгаторларда немесе меланждарда өңдеуден тұратын гомогенизацияның арқасында какао майындағы қатты бөлшектердің біркелкі таралуы қамтамасыз етіледі және массаның тұтқырлығы төмендейді.

Эмульсиялардың, суспензиялардың және суспензиялардың бөлшектері кез келген механикалық араластырғыш құрылғылардың жұмыс органдарына қарағанда өлшемдері бойынша айтарлықтай кіші. Бөлшектердің өлшемдері араластырғыш құрылғылармен түзілетін құйындылардың өлшемдерінен кіші, ал үздіксіз орта ағынындағы басқа біртексіздердің өлшемдерінен кіші. Механикалық араластырғыштармен іске қосылған ортаның қозғалысының арқасында бөлшектердің ассоциациялары дисперстік фазаның құрамдас бөліктері мен дисперстік ортаның салыстырмалы ығысуынсыз біртұтас тұтастай қозғалады. Мұндай қозғалыс қоршаған орта компоненттерінің қажетті масштабта араласуын қамтамасыз ете алмайды.

Азық-түлік бөлшектерін араластырудың қаншалықты орынды екендігі тағамның сіңірілу шарттарымен анықталады. Қазіргі уақытта тағамдық қоспаларды гомогенизациялау орынды болатын шкаланың шекаралары анықталмаған. Дегенмен, тамақ өнімдерін молекулалық деңгейге дейін гомогенизациялаудың орындылығын көрсететін бірқатар зерттеулер бар.

Өнімдерді гомогенизациялау үшін мыналар қолданылады: физикалық құбылыстар: коллоидты диірменде сұйық бөлшектерді ұсақтау; клапан саңылауларында сұйық ортаны дроссельдеу; сұйықтықтағы кавитация құбылыстары; сұйық ортадағы ультрадыбыстық толқындардың қозғалысы.

Коллоидты диірменде сұйық бөлшектерді ұсақтау.Коллоидты диірменнің роторы мен статорының мұқият өңделген қатты конустық беттерінің арасында (7-сурет) эмульсия бөлшектерін 2...5 мкм өлшемдерге дейін ұсақтауға болады, бұл көбінесе гомогенизацияға жеткілікті.

Күріш. 7. Коллоидты диірменнің диаграммасы:
1- ротор; 2 статор; h аралығы

Сұйық ортаның ығысуыклапан саңылаулары.Егер 10...15 МПа-ға дейін сығылған сұйық орта диаметрі кіші саптама арқылы немесе дроссель арқылы (дроссельді шайба) дроссельде болса, онда ондағы сфералық түзілімдер саптамада үдетілген кезде ұзындыққа тартылады. жіптер. Бұл жіптер кесектерге бөлінген, бұл олардың бөлшектенуінің себебі болып табылады (8-сурет).

Сфералық түзілістердің жіп тәрізді болып созылуы ағынның үдеуінің қозғалыс бағыты бойынша таралуымен анықталады. Құрылымдардың фронтальды элементтері олардың артқы бөліктеріне дейін үдеуден өтеді. ұзақ уақытжоғары жылдамдыққа ұшырайды. Нәтижесінде шар тәрізді сұйық бөлшектер ұзарады.

Сұйықтықтағы кавитация құбылыстары.Олар үздіксіз ортаның ағынын біркелкі конустық арна (саптама) арқылы өткізу арқылы жүзеге асады 8-сурет. Онда Бернулли теңдеуіне сәйкес ол жеделдейді және қысым төмендейді.

қайда б қысым, Па; ρ сұйықтықтың тығыздығы, кг/м 3; v оның жылдамдығы, м/с; g- еркін түсу үдеуі, м/с 2 ; Н сұйықтық деңгейі, м.

Қысым қаныққан бу қысымынан төмен түссе, сұйықтық қайнайды. Кейіннен қысымның жоғарылауымен бу көпіршіктері «құлайды». Бұл жағдайда түзілетін ортаның қысымы мен жылдамдығының жоғары қарқынды, бірақ шағын масштабты пульсациялары оны біртекті етеді.

Ұқсас құбылыстар блеф денелері сұйықтықта қозғалғанда (айналғанда) болады. Блеф денелерінің артындағы аэродинамикалық көлеңкеде қысым төмендейді және денелермен бірге қозғалатын кавитациялық қуыстар пайда болады. Олар бекітілген үңгірлер деп аталады.

Сұйық ортадағы ультрадыбыстық толқындардың қозғалысы. IN Ультрадыбыстық гомогенизаторларда өнім ультрадыбыстық толқын эмитентімен сәулеленетін арнайы камера арқылы өтеді (Cурет 10).

Қозғалыс толқындар ортада тараған кезде түзілген тербелістер жиілігімен (секундына 16 мың реттен жоғары) қайталанатын құрамдастардың салыстырмалы орын ауыстырулары орын алады. Нәтижесінде ортаның құрамдас бөліктерінің шекаралары бұлыңғырланып, дисперсиялық фазаның бөлшектері ұсақталып, орта гомогенизацияланады.

Күріш. 8. Клапан саңылауынан өткенде май бөлшегін ұсақтау схемасы

Күріш. 9. Клапанның гомогенизаторының жұмыс схемасы:
1 жұмыс камерасы; 2 пломба; 3 клапан; 4 дене

Сүтті ультрадыбыстық толқындармен және басқа да бұзылулармен гомогенизациялау кезінде сүт бөлшектерінің шекті өлшемдері белгіленеді, одан төмен гомогенизациялау мүмкін емес.

Сүттің майлы бөлшектері 2...50 дана және одан да көп конгломераттарға (агрегаттар, шоғырлар) біріктірілген, көлемі 1...3 мкм (бастапқы шарлар немесе ядролар) дөңгелек пішінді дерлік сфералық бөлшектер. Конгломераттардың бір бөлігі ретінде жеке бөлшектер өздерінің даралығын сақтайды, яғни олар айқын ажыратылатын болып қалады. Конгломераттарда жеке бөлшектердің тізбектері бар. Конгломераттың тұтастығы дөңгеленген бөлшектердің адгезиялық жабысу күштерімен анықталады.

Күріш. 10. Ультрадыбыстық гомогенизатордың тікелей өз көлемінде пульсация генерациясының диаграммасы:
1гомогенизация қуысы, 2 дірілдететін пластик; 3 сұйықтық ағынын шығаратын саптама

Тәжірибеде енгізілген барлық гомогенизация әдістері конгломераттарды ең жақсы жағдайда бастапқы шарлар мөлшеріне дейін ұсақтауды қамтамасыз етеді. Бұл жағдайда конгломераттың жеке бөліктеріне әсер ететін дисперсиялық ортаның динамикалық қысымдарының айырмашылығының әсерінен бастапқы тамшылардың адгезиялық байланыстырушы беттері жыртылады. Бастапқы тамшылардың ультрадыбыстық толқындармен бөлшектенуі оларда беттік толқындардың пайда болу механизмі және дисперсиялық ортаның ағынымен олардың қыртысының бұзылуы арқылы ғана жүзеге асады. Ұнтақтау оны тудыратын күштер бөлшектердің бастапқы пішінін сақтайтын күштерден асып кеткен сәтте орын алады. Осы сәтте бұл күштердің қатынасы сыни мәннен асып түседі.

Бастапқы бөлшектердің де, олардың конгломераттарының да бөлшектенуіне әкелетін күштер дисперсиялық ортаның динамикалық қысымынан пайда болатын күштер (N) болып табылады:

мұндағы Δр d дисперсиялық ортаның динамикалық қысымы, Па; ρ ортаның тығыздығы, кг/м 3; u, v ортаның және бөлшектің сәйкесінше жылдамдықтары, м/с; F = π r 2 - ортаңғы бөлігінің ауданы, м 2 ; r бастапқы бөлшектің радиусы, м.

Бөлшектердің жылдамдығы v(т ) Ньютонның екінші заңын көрсететін формула арқылы есептеледі (бөлшек массасының көбейтіндісінің теңдігі және оны айналып өтетін ортаның кедергі күшінің үдеуі):

мұндағы C x түсіру қозғалысы үшін тарту коэффициенті; t оның массасы, кг;

мұндағы ρ k бөлшектердің тығыздығы, кг/м 3 .

Енді бөлшектердің жылдамдығы v(т ) теңдеуін интегралдау арқылы табылады

Жиілігі бар синусоидалы тербелістер үшін f (Гц) және амплитудасы r a (Па) дисперсиялық ортадағы дыбыс жылдамдығында с (м/с) ортаның жылдамдығы u(t) (м/с) өрнекпен анықталады

Бөлшектердің бастапқы пішінін келесі күштер сақтайды:

сфералық бөлшек үшін бұл беттік керілу күші

мұндағы σ беттік керілу коэффициенті, Н/м;

бөлшектер конгломераты үшін бұл бастапқы бөлшектердің адгезия күші

мұндағы меншікті күш, Н/м 3; r e конгломераттың эквивалентті радиусы, м.

R және R күштерінің қатынасы p, ұсақтау критерийі немесе Вебер критерийі деп аталады (Біз ), түрінде жазылған:

сфералық бөлшек үшін

бөлшектер конгломераты үшін

Вебер критерийінің ағымдағы (уақытқа тәуелді) мәні критикалық мәннен асып кетсе, яғни. We (t) > We (t) cr , бастапқы бөлшектің радиусы r(t) және эквивалентті конгломерат радиусыр е (т ) мәнге дейін төмендейдіБіз (t) = Біз (t) Kp. Нәтижесінде заттың массасы бастапқы бөлшектен немесе олардың конгломератынан бөлінген шектерде радиустың төмендеуіне сәйкес келеді. Бұл жағдайда келесі қатынастар жарамды:

Бөлшектердің фрагментациясы үшін ұсынылған есептеу өрнектерінде фрагментацияны тудыратын жалғыз фактор бөлшектердің жылдамдығы мен орта [ u (t) v (t )]. Бұл айырмашылық тығыздық қатынасы ρ/ρ азайған сайын артадыКімге . Сүттегі май бөлшектерін ұсақтағанда, бұл арақатынас ең үлкен және оларды ұсақтау қиынырақ болады. Жағдай сүт майының бөлшектері ісінген белоктардың, липидтердің және басқа заттардың тұтқыр қабығымен жабылғандықтан қиындатады. Ультрадыбыстық тербелістердің әрбір циклі үшін ұсақтау тамшыларынан кішкене тамшылар жұлып алынады және тұтастай алғанда ұсақтау пайда болуы үшін сыртқы жүктемелерді қайталап қолдану қажет. Сондықтан ұсақтау ұзақтығы көптеген жүздеген, тіпті мыңдаған тербеліс циклдарын құрайды. Бұл ультрадыбыстық тербеліспен ұсақталған мұнай тамшыларының жоғары жылдамдықты бейне жазбасы кезінде тәжірибеде байқалады.

Бөлшектердің соққы толқындарымен әрекеттесуі.Қалыпты қарқындылықтың ультрадыбыстық тербелістерінің әсерінен тек тамшы конгломераттарын ұсақтауға болады. Бастапқы тамшыларды ұнтақтау үшін шамамен 2 МПа қарқындылығы бар қысымның бұзылуы қажет. Заманауи технологияларды қолдану арқылы бұл мүмкін емес. Демек, сүтті 1...1,5 мкм-ден аз бөлшектердің мөлшеріне дейін гомогенизациялау қазіргі кез келген жабдықта жүзеге асырылмайды деп айтуға болады.

Тамшылардың одан әрі фрагментациялануы гомогенизацияланған ортада арнайы тітіркендіргішпен, мысалы, гидравликалық немесе пневматикалық импульстік типті жетекке қосылған поршень арқылы жасалған соққы импульстерінің сериясының әсерінен мүмкін болады. Мұндай импульстар әсер еткен тамшылардың жоғары жылдамдықты түсірілімі бұл жағдайда фрагментация «олардың бетінен ең кішкентай тамшыларды үрлеу» механизмі арқылы жүзеге асырылатынын көрсетеді. Бұл жағдайда қоршаған ортаның жылдамдығының бұзылуы тамшылардың бетінде толқындардың пайда болуына және олардың жоталарының бұзылуына әкеледі. Бұл құбылыстың қайталануы майдың тамшыларының немесе бөлшектерінің айтарлықтай төмендеуіне әкеледі.

73. Астық кептіру процесіне қойылатын талаптар.

Астық кептіргіштерде дәнді және тұқымды термиялық кептіру негізгі және ең жоғары өнімді әдіс болып табылады. Шаруа қожалықтары мен мемлекеттік астық қабылдау кәсіпорындарында жыл сайын ондаған миллион тонна астық пен тұқым осындай кептіруге ұшырайды. Астық кептіретін құрал-жабдықтарды жасауға және оны іске қосуға қыруар қаржы жұмсалуда. Сондықтан кептіру дұрыс ұйымдастырылып, ең үлкен технологиялық әсермен жүргізілуі керек.

Тәжірибе көрсеткендей, көптеген шаруашылықтарда астық пен тұқымды кептіру көбінесе астық өнімдерінің мемлекеттік жүйесіне қарағанда әлдеқайда қымбатқа түседі. Бұл олардың өнімділігі аз кептіргіштерді пайдаланғандықтан ғана емес, сонымен қатар астық кептірудің жеткіліксіз анық ұйымдастырылуынан, астық кептіргіштердің дұрыс жұмыс істемеуінен, ұсынылған кептіру режимдерінің сақталмауынан, өндірістік желілердің жоқтығынан болады. Ауыл шаруашылығы тұқымдарын кептіру бойынша қолданыстағы ұсыныстарда астық кептіргіштерді дайындау және олардың жұмысы колхоздарда төрағалар мен бас инженерлердің, ал совхоздарда директорлар мен бас инженерлердің жауапкершілігін қарастырады. Кептіру процесіне жауапкершілік агрономдар мен астық кептіргіштерге жүктеледі. Мемлекеттік тұқым инспекциялары тұқымдардың себу сапасына бақылау жасайды.

Астық пен тұқымды кептіруді барынша ұтымды ұйымдастыру үшін келесі негізгі принциптерді білу және ескеру қажет.

1. Максималды рұқсат етілген қыздыру температурасы, яғни астықтың немесе тұқымның берілген партиясын қандай температураға дейін қыздыру керек. Қызып кету әрқашан технологиялық және тұқымдық қасиеттердің нашарлауына немесе тіпті толық жоғалуына әкеледі. Жеткіліксіз қыздыру кептіру әсерін төмендетеді және оны қымбатырақ етеді, өйткені төмен қыздыру температурасында ылғал азырақ жойылады.
2. Астық кептіргіш камерасына енгізілген кептіру агентінің (салқындатқыштың) оңтайлы температурасы. Салқындату сұйықтығының температурасы ұсынылған температурадан төмен болған кезде астық қажетті температураға дейін қызбайды немесе оған жету үшін астықтың кептіру камерасында тұру уақытын арттыру қажет болады, бұл астықтың өнімділігін төмендетеді. кептіргіштер. Ұсынылғаннан жоғары кептіру агентінің температурасына жол берілмейді, себебі бұл дәннің қызып кетуіне әкеледі.
3. Әртүрлі конструкциядағы астық кептіргіштерде астық пен тұқымды кептіру ерекшеліктері, өйткені бұл ерекшеліктер көбінесе басқа параметрлердің және ең алдымен кептіру агентінің температурасының өзгеруіне әкеледі.

Астық пен тұқымды қыздырудың ең жоғары рұқсат етілген температурасы мыналарға байланысты:
1) мәдениет; 2) астық пен тұқымды болашақта пайдалану сипаты (яғни, мақсатты мақсаты); 3) астық пен тұқымның бастапқы ылғалдылығы, яғни кептіру алдындағы ылғалдылығы.

Әртүрлі өсімдіктердің дәндері мен тұқымдары әртүрлі ыстыққа төзімділікке ие. Олардың кейбіреулері, басқалары тең болса, жоғары қыздыру температурасына, тіпті ұзақ уақытқа төтеп бере алады. Басқалары өздерінің физикалық күйін, технологиялық және физиологиялық қасиеттерін тіпті төмен температурада өзгертеді. Мысалы, бұршақ тұқымдары мен бұршақ тұқымдары жоғары қыздыру температурасында қабықтарының икемділігін жоғалтады, жарылады және олардың танаптық өну жылдамдығы төмендейді. Пісіру ұнын өндіруге арналған бидай дәнін тек 4850°С, ал қара бидай дәнін 60°С дейін қыздыруға болады. Бидайды осы шектен жоғары қыздырғанда клейковинаның мөлшері күрт азайып, сапасы нашарлайды. Өте жылдам қыздыру (салқындатқыштың жоғары температурасында) күріш, жүгері және көптеген бұршақ дақылдарына теріс әсер етеді: (тұқымдар жарылып кетеді, бұл оларды, мысалы, дәнді дақылдарға өңдеуді қиындатады.

Кептіру кезінде партиялардың мақсатты мақсатын ескеруді ұмытпаңыз. Осылайша, бидай тұқымы дәні үшін ең жоғары қыздыру температурасы 45 ° C, ал тағамдық астық үшін 50 ° C құрайды. C . Қара бидай үшін қыздыру температурасының айырмашылығы одан да көп: тұқымдық материал үшін 45°С және тағамдық материал үшін (ұн үшін) 60°. (Жалпы, өміршеңдігін сақтауды қажет ететін дәндердің және тұқымдардың барлық партиялары төмен температураға дейін қыздырылады. Сондықтан сыра қайнату үшін арпа, уыт үшін қара бидай және т.б. тұқым жағдайларын пайдаланып кептіріледі.

Астық пен тұқымның максималды рұқсат етілген қыздыру температурасы олардың бастапқы ылғалдылығына байланысты. Бұл объектілерде бос су неғұрлым көп болса, соғұрлым термиялық тұрақтылығы аз болатыны белгілі. Сондықтан олардың ылғалдылығы 20% және әсіресе 25% жоғары болғанда, салқындатқыштың температурасын және тұқымдарды жылытуды азайту керек. Осылайша, бұршақ пен күріштің бастапқы ылғалдылығы 18% болғанда (36-кесте) рұқсат етілген қыздыру температурасы 45 ° C, ал салқындатқыш температурасы 60 құрайды.О C. Егер бұл тұқымдардың бастапқы ылғалдылығы 25% болса, онда рұқсат етілген температура сәйкесінше 40 және 50°С болады. Сонымен қатар, температураның төмендеуі ылғалдың булануының (немесе олар айтқандай, жойылуының) төмендеуіне әкеледі.

Жоғары ылғалдылықта (30% және одан жоғары) дәнді кептіргіштерде кептіру салқындатқыш сұйықтықтың төмен температурасында (30 ° C) және тұқымдарды жылыту кезінде жүргізілуі керек ірі тұқымды бұршақ және соя бұршақтарын кептіру одан да қиын. 28 x 30 ° C) бірінші және екінші өту кезінде ылғалдың шамалы кетуімен.

Астық кептіргіштердің конструкциялық ерекшеліктері әртүрлі түрлеріжәне маркалары оларды әртүрлі ауыл шаруашылығы дақылдарының тұқымдарын кептіру үшін пайдалану мүмкіндіктерін анықтайды. Осылайша, барабан кептіргіштерде бұршақ, жүгері және күріш кептірілмейді. Олардағы астықтың қозғалысы және кептіргіштің температурасы (110130°С) бұл дақылдардың дәндері мен тұқымдары жарылып, қатты жарақаттанады.

Астық кептіргіштерде термиялық кептіру мәселелерін қарастырған кезде әртүрлі дақылдардың дәндері мен тұқымдарының ылғал бөлу қабілетінің тең еместігін есте сақтау қажет. Егер бидай, сұлы, арпа және күнбағыс дәндерінің ылғал беруі бір рет қабылданса, онда салқындатқыштың қолданылған температурасын және астық кептіргіштен бір өту кезінде ылғалдың алынуын ескере отырып, коэффициент (К)тең болады: қара бидай үшін 1,1; қарақұмық 1,25; тары 0,8; жүгері 0,6; бұршақ, винка, жасымық және күріш 0,3 × 0,4; бұршақтар, бұршақ және люпин 0,1-0,2.

Кесте 1. Астық кептіргіштерде әртүрлі дақылдардың тұқымдарын кептіру үшін температура шарттары (°С).

Мәдениет

Менікі

Барабандар

Мәдениет

Тұқымның кептіру алдындағы ылғалдылығы диапазонда, %

Астық кептіргіштен өту саны

Менікі

Барабандар

кептіру агентінің температурасы, д o C

o C

тұқымдардың максималды қыздыру температурасы, в o C

кептіру агентінің температурасы, д o C

тұқымдардың максималды қыздыру температурасы, в o C

тұқымдардың максималды қыздыру температурасы, в o C

Бидай, қара бидай, арпа, сұлы

Бұршақ, винка, жасымық, ноқат, күріш

26-дан жоғары

Қарақұмық, тары

Дән

26-дан жоғары

Сондай-ақ, астық пен тұқымның белгілі бір ылғал шығару қабілетіне байланысты барлық дерлік кептіргіштер пайдаланылатынын есте ұстаған жөн. ауыл шаруашылығы, тағамдық астық үшін режимдер бойынша астық массасының бір өтуі үшін ылғалды кетіруді тек 6% дейін және тұқымдық материал үшін 4×5% дейін қамтамасыз етеді. Сондықтан ылғалдылығы жоғары астық массасын кептіргіштерден 2×3, тіпті 4 рет өткізуге тура келеді (1-кестені қараңыз).

№1 тапсырма.

Берілген параметрлері бар барабанды елеуіштің 3,0 т/сағ ұнды електен өткізуге жарамдылығын анықтаңыз. Бастапқы деректер:

Шифрдың соңғыдан кейінгі цифры		Шифрдың соңғы саны
ρ, кг/м 3		n, айн/мин
α, º		Р, м
		сағ, м	0,05

Шешім

Берілген:

ρ материалдың негізгі массасы, 800 кг/м 3 ;

α барабанның көкжиекке еңкею бұрышы, 6;

μ материалды қопсыту коэффициенті, 0,7;

n барабанның жылдамдығы, 11 айн/мин;

Р барабанның радиусы, 0,3 м;

h елеуіштегі материал қабатының биіктігі, 0,05 м.

Күріш. 11. Барабан елеуіштің схемасы:
1 жетек білігі; 2 барабан қорабы; 3 елеуіш

мұндағы μ материалдың қопсыту коэффициенті μ = (0,6-0,8); ρ материалдың көлемдік массасы, кг/м 3 ; α барабанның горизонтқа еңкею бұрышы, градус;Р барабанның радиусы, м; h елеуіштегі материал қабатының биіктігі, м; n барабан жылдамдығы, айн/мин.

Q = 0,72 0,7 800 11 тг (2 6) =
= 4435,2 0,2126 = 942,92352 0,002 = 1,88 т/сағ.

Барабан елеуіш өнімділігінің алынған мәнін шартта берілген 3,0 т/сағ-пен салыстырайық: 1,88< 3,0 т/ч, значит барабанное сито с заданными параметрами непригодно для просеивания 3,0 т/ч муки.

Жауап: жарамсыз.

№2 тапсырма.

8000 кг/сағ материалды сұрыптауға арналған жалпақ гираторлы экранның өлшемдерін (ұзындығын) анықтаңыз. Бастапқы деректер:

Шифрдың соңғыдан кейінгі цифры		Шифрдың соңғы саны
r, мм		ρ, т/м 3
α, º		сағ, мм
	0 , 4

Шешім

r эксцентриситет, 12 мм = 0,012 м;

α серіппелі экранның тікке еңкею бұрышы, 18º;

f материалдың елеуіштегі үйкеліс коэффициенті, 0,4;

ρ материалдың көлемдік массасы, 1,3 т/м 3 = 1300 кг/м3;

h елеуіштегі материал қабатының биіктігі, 30 мм = 0,03 м;

φ толтыру коэффициенті, жүк көтергіш беттің материалмен толық емес жүктелуін ескере отырып, 0,5.

Күріш. 12. Гираторлық экран схемасы:
1 көктем; 2 елеуіш; 3 білікті вибратор; 4 эксцентристік

Айналмалы экран білігінің айналу жылдамдығы:

айн/мин

Материалдың електен өту жылдамдығы:

Ханым,

қайда n экран білігінің айналу жылдамдығы, айн/мин; r эксцентристік, м; α серіппелі экранның вертикальға еңкею бұрышы, градус; f материал мен елеуіш арасындағы үйкеліс коэффициенті.

Ханым.

Экрандағы материалдың көлденең қимасының ауданы S:

кг/сағ,

қайда С экрандағы материалдың көлденең қимасының ауданы, м 2 ; v экран бойымен материалдың қозғалу жылдамдығы, м/с; ρ материалдың көлемдік массасы, кг/м 3 ; φ толтыру коэффициенті, жүк көтергіш беттің материалмен толық емес жүктелуін ескере отырып.

М 2.

Экран ұзындығы b:

h елеуіштегі материал қабатының биіктігі.

Жауап: экран ұзындығы b = 0,66 м.

№3 тапсырма.

Қант массасын бөлуге арналған аспалы тік центрифуганың білігінің қуатын анықтаңыз, егер барабанның ішкі диаметрі D = 1200 мм, барабанның биіктігіХ = 500 мм, барабанның сыртқы радиусы r 2 = 600 мм. Басқа бастапқы деректер:

Шифрдың соңғыдан кейінгі цифры		Шифрдың соңғы саны
n, айн/мин		τ r, с
м б, кг		ρ, кг/м 3	1460
d, мм		м с, кг

D барабанның ішкі диаметрі, 1200 мм = 1,2 м;

Х барабанның биіктігі, 500 мм = 0,5 м;

r n = r 2 барабанның сыртқы радиусы, 600 мм = 0,6 м

n барабанның айналу жылдамдығы, 980 айн/мин;

м б барабанның салмағы, 260 кг;

г білік журналының диаметрі, 120 мм = 0,12 м;

t r барабанның үдеу уақыты, 30 с;

ρ массасының тығыздығы, 1460 кг/м 3 ;

Ханым суспензия салмағы, 550 кг.

Күріш. 13. Барабан қабырғаларына қысымды анықтау схемасы

Барабанның айналу жылдамдығын бұрыштық жылдамдыққа түрлендіру:

рад/с.

N 1, N 2, N 3 және N 4 өкілеттіктер:

кВт

қайда m b центрифуганың барабанының салмағы, кг; r n барабанның сыртқы радиусы, м; t r барабанның үдеу уақыты, с.

Массекуит сақиналы қабатының қалыңдығы:

қайда m c барабанға тиелген суспензияның массасы, кг;Н барабанның ішкі бөлігінің биіктігі, м.

Массаждық сақинаның ішкі радиусы (13-суретке сәйкес):

r n = r 2 барабанның сыртқы радиусы.

Әр хабар үшін қуат кинетикалық энергиямассажист:

кВт

қайда η тиімділік коэффициенті (есептер үшін алынадыη = 0,8).

Центрифуганың барабанындағы бөлу коэффициенті:

қайда м суспензиясы бар барабанның салмағы ( m = m b + m c), кг; Ф бөлу факторы:

Мойынтіректердің үйкелісін жеңу күші:

кВт

мұндағы p ω барабанның айналуының бұрыштық жылдамдығы, рад/с;г білік журналының диаметрі, м; f мойынтіректердегі үйкеліс коэффициенті (есептер үшін 0,01 алыңыз).

кВт

Барабанның ауаға қарсы үйкеліс күші:

кВт

мұндағы D және H барабанның диаметрі мен биіктігі, м; n барабанның айналу жылдамдығы, айн/мин.

Алынған қуат мәндерін формулаға ауыстырыңыз:

кВт

Жауап: центрифуга білігінің қуаты N = 36,438 кВт.

№4 тапсырма.

Шифрдың соңғыдан кейінгі цифры		Шифрдың соңғы саны
t , ºС	32,55	φ , %

r жалпы ауа қысымы, 1 бар = 1·10 5 Па;

т ауа температурасы, 32,55 ºС;

φ ауаның салыстырмалы ылғалдылығы, 75% = 0,75.

В қосымшасының көмегімен қаныққан бу қысымын анықтаймыз (біз ) берілген ауа температурасы үшін және оны SI жүйесіне түрлендіріңіз:

t = 32,55 ºС p us = 0,05 кезінде · 9,81 · 10 4 = 4905 Па үшін.

Ауаның ылғалдылығы:

қайда б жалпы ауа қысымы, Па.

Ылғалды ауаның энтальпиясы:

мұндағы 1,01 - ρ = кезіндегі ауаның жылу сыйымдылығы const кДж/(кг К); 1,97 су буының жылу сыйымдылығы, кДж/(кг К); 2493 0 кезіндегі буланудың меншікті жылу сыйымдылығы С, кДж/кг; т құрғақ шамның ауа температурасы, С.

Ылғалды ауа көлемі:

Ылғалды ауаның көлемі (м 3 1 кг құрғақ ауаға):

мұндағы ауа үшін газ тұрақтысы, 288 Дж/(кг К) тең;Т абсолютті ауа температурасы ( T = 273 + t ), Қ.

М 3 /кг.

Жауабы: ылғалдылық χ = 0,024 кг/кг, энтальпия I = 94,25 кДж/кг және ылғалды ауаның көлемі v = 0,91 м 3 /кг құрғақ ауа.

Анықтамалар

1. Плаксин Ю., Малахов Н.Н., Ларин В.А. Тамақ өнімдерін өндіруге арналған процестер мен аппараттар. М.: КолосС, 2007. 760 б.

2. Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Тамақ өндірісінің процестері мен аппараттары. М.: Агропромиздат, 1985. 503 б.

3. Трисвятский Л.А. Ауыл шаруашылығы өнімдерін сақтау және технологиясы. М.: Колос, 1975. 448 б.

Дайындаманың құралмен жанасу әрекеті кезінде деформация энергиясының бір бөлігі жанасу беттерін қыздыруға жұмсалады. Байланыс қысымы мен деформация жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым температура жоғары болады. Температураның жоғарылауы айтарлықтай әсер етеді физикалық және химиялық қасиеттерімайлау материалдары және, тиісінше, олардың тиімділігі. Температура критерийі бойынша үйкеліс денелердің жеңіл жұмыс жағдайынан ауырға, ауырдан апаттыға ауысуын ГОСТ 23.221-84 сипатталған әдіспен бағалауға болады. Әдістің мәні тұрақты жылдамдықпен айналатын үлгі және үш (немесе бір) стационарлық үлгілер арқылы құрылған нүктелік немесе сызықтық контактімен интерфейсті сынау болып табылады. Тұрақты жүктеме кезінде және сыртқы жылу көзінен үлгілердің және оларды қоршап тұрған жағармайдың көлемдік температурасының кезең-кезеңімен жоғарылауы кезінде үйкеліс моменті майлау материалының температуралық кедергісі бағаланатын өзгерістер арқылы сынау кезінде тіркеледі. Үйкеліс коэффициентінің температураға тәуелділігі белгілі бір шекаралық майлау режимінің болуына сәйкес келетін үш ауысу температурасымен сипатталады (2.23-сурет).

Бірінші критикалық температура Tcr.i десорбция (жағармайдың адсорбцияланған қабатының температурасының әсерінен жанасу бетінен бұзылуы) нәтижесінде шекаралық қабаттың дезориентациясын сипаттайды, бұл осы қабаттың көтергіштігінің жоғалуына әкеледі. . Бұл процесс үйкеліс коэффициентінің күрт жоғарылауымен және түйісетін бөлшектердің интенсивті адгезиялық тозуымен (OAB2 қисығы) жүреді. Егер жағармайдың құрамында химиялық белсенді компоненттер болса, олар қатты дененің күш өрісінің әсерінен және ашық металл бетінің каталитикалық әсерінен ыдырайды. Бұл процесс металл бетімен әрекеттесетін және ығысуға төзімділігі төмен (негізгі металмен салыстырғанда) модификацияланған қабат құрайтын белсенді компоненттердің шығарылуымен бірге жүреді. Нәтижесінде айналу моменті немесе үйкеліс коэффициенті төмендейді және интенсивті желім тозуы жұмсақ коррозия-механикалық тозуға ауыстырылады.

Температура жоғарылаған сайын үйкеліс денелерін тиімді бөлуге жеткілікті қалыңдығы бар модификацияланған қабаты бар жанасатын денелердің беттерін жабу үлесі (2.21, б-сурет) артады және сонымен бірге үйкеліс коэффициенті температураға дейін төмендейді. T (талданатын тәуелділік бойынша С нүктесі) В мәні белгілі бір сыни мәнге жетпейді, соның нәтижесінде реагенттерге де, материалдарға да байланысты жеткілікті кең температура диапазонында үйкеліс коэффициентінің іс жүзінде тұрақты мәні орнатылады. үйкелетін денелердің және үйкеліс қондырғысының жұмыс жағдайлары туралы. Температура жоғарылаған сайын өзгертілген қабаттың түзілу жылдамдығы артады. Сонымен бірге бұл қабаттың бұзылу жылдамдығы оның тозуы немесе диссоциациялануы (комплекстің диссоциациясы-ыдырауы) нәтижесінде артады. химиялық қосылыстарқұрамдас бөліктері бойынша). D нүктесінде (2.21, а-суретті қараңыз) модификацияланған қабаттың бұзылу жылдамдығы оның түзілу жылдамдығынан асып кеткенде, үйкеліс денелерінің металдық жанасуы, үйкеліс коэффициентінің күрт артуы, коррозия-механикалық ауыстыру орын алады. интенсивті желім тозуы бар тозу, беттердің қайтымсыз зақымдануы, ұсталу және істен шығу үйкеліс қондырғысы істен шыққан.

Майлау материалдарын сынау көлемдік температураны 100-ден (әрбір 20С сайын) 350С-қа дейін майлау материалын ауыстырмай немесе үлгілерді ауыстырмай және үйкеліс қондырғысын аралық бөлшектемей-ақ кезең-кезеңімен арттыру арқылы жүргізілді. Үстіңгі шардың үш стационардың бойымен айналу жиілігі минутына 1 айналым болды. 20 С-тан 350 С-қа дейін қыздыру уақыты 30 минут болды. Жоғарыда сипатталған әдістерден басқа, жұмыста үлгілердің бастапқы және деформацияланған күйі үшін беттің кедір-бұдырлығы 253 және TR 220 профильометрінде, бетінің микроқаттылығы MicroMet 5101 микроқаттылықты өлшегіште, шартты аққыштық шегі мен шартты түрде анықталды. ГОСТ 1497-84 бойынша созылу күші IR 5047- 50 созылу сынағы. Үлгілердің бетінің микро-рентгендік спектрлік талдауы екінші реттік және серпімді түрде шағылысқан электрондардағы Jeol фирмасының сканерлеуші ​​микроскопы JSM 6490 LV және сканерлеуші ​​микроскопқа арнайы қондырма – INCA Energy 450 қолданылды. Беттік топографияны талдау 20-дан 75 есеге дейін үлкейту Meiji Techno стереомикроскопы арқылы Thixomet PRO бағдарламалық өнімін және Mikmed-1 оптикалық микроскопын (137 есе үлкейту) пайдалана отырып зерттелді.

Зерттеулерде майлау материалдары ретінде қоспасы жоқ өнеркәсіптік майлар I-12A, I-20A, I-40A және басқалары қолданылды. Толтырғыш ретінде әр түрлі беттік-белсенді қоспалар – БАЗ, химиялық белсенді қоспалар күкірт, хлор, фосфор, графит, фторопластикалық, полиэтилен ұнтақтары және т.б болаттар мен қорытпаларды суық металды қалыптау үшін қолданылатын отандық және шетелдік өндіріс.

Зерттеулерде отандық және шетелдік өндірістің ФКМ-лары да қолданылды. Майлау жабындары ретінде 20G2R, 20, 08кп, 08ю, 12Х18Н10Т, 12ХН2, алюминий қорытпасы, т.б. .

1. Динамиканың негізгі теңдеулері

Технологиялық объектілердің математикалық модельдерін жасаудың келесі тәсілдерін бөліп көрсетуге болады: теориялық (аналитикалық), эксперименттік және статистикалық, анық емес модельдерді құру әдістері және аралас әдістер. Осы әдістерге түсініктеме берейік.

Аналитикалық әдістерТехнологиялық объектілердің математикалық сипаттамасын құру әдетте физикалық және химиялық процестер, зерттелетін объектіде пайда болатын, сондай-ақ жабдықтың көрсетілген жобалық параметрлері мен өңделетін заттардың сипаттамалары негізінде. Бұл теңдеулерді шығарған кезде біз пайдаланамыз негізгі заңдарзат пен энергияның сақталуы, сондай-ақ масса мен жылу алмасу процестерінің кинетикалық заңдылықтары, химиялық түрленулер.

Теориялық тәсілге негізделген математикалық модельдерді құрастыру үшін объектіге эксперименттер жүргізу қажет емес, сондықтан мұндай әдістер процестері жеткілікті түрде жақсы зерттелген жаңадан жобаланған объектілердің статикалық және динамикалық сипаттамаларын табу үшін қолайлы. Модельдерді құрудың мұндай әдістерінің кемшіліктеріне объектінің жеткілікті толық сипаттамасы бар теңдеулер жүйесін алу және шешудің қиындығы жатады.

Мұнай өңдеу процестерінің детерминистік үлгілері сипатталған жүйенің құрылымы және оның жеке ішкі жүйелерінің жұмыс істеу заңдылықтары туралы теориялық идеялар негізінде әзірленген, т.б. теориялық әдістерге негізделген. Жүйе туралы ең ауқымды тәжірибелік деректерге ие бола отырып, оның жұмысын детерминирленген модельдің құралдарын пайдалана отырып сипаттау мүмкін емес, егер бұл ақпарат жалпыланбаса және оның формализациясы берілмесе, яғни. зерттелетін процестердің механизмін әртүрлі сенімділікпен көрсететін математикалық тәуелділіктердің тұйық жүйесі түрінде берілген. Бұл жағдайда жүйенің статистикалық моделін құру үшін қолда бар эксперименттік деректерді пайдалану керек.

Детерминирленген модельді әзірлеу кезеңдері суретте көрсетілген. 4.

Мәселе туралы мәлімдеме

Математикалық модельді құрастыру

Аналитикалық әдіс таңдалды ма?

Есептеу параметрлерін таңдау

дене процесі

Эксперименттік

Тест есептерінің анықтамасын шешу

үлгі константалары

Жоқ

Бақылау сынақтары Адекваттылықты тексеру Реттеу

табиғи модельдер бойынша тәжірибелер

Нысан №. Иә

ОңтайландыруМақсатты анықтаумен процесті оңтайландыру

үлгіфункция моделін және шектеуді пайдалану

көмегімен процесті басқару Басқару моделі

моделін пайдалану

4-сурет. Детерминирленген модельді құру кезеңдері

Мұнай өңдеудің әртүрлі процестерін модельдеуге арналған нақты тапсырмалардың мазмұнындағы елеулі айырмашылықтарға қарамастан, модельді құру өзара байланысты кезеңдердің белгілі бір тізбегін қамтиды, оларды жүзеге асыру пайда болған қиындықтарды сәтті жеңуге мүмкіндік береді.

Жұмыстың бірінші кезеңі – мәселені тұжырымдау (1-блок), оның ішінде жүйе және оның білімі туралы бастапқы мәліметтерді талдау негізінде тапсырманы құрастыру, модельді құруға бөлінген ресурстарды бағалау (персонал, қаржы, техникалық құралдар, уақыт және т.б.) күтілетін ғылыми-техникалық және әлеуметтік-экономикалық нәтижемен салыстырғанда.

Есепті құрастыру әзірленетін модельдің класын және оның дәлдігі мен сезімталдығына, жылдамдығына, жұмыс істеу шарттарына, кейінгі түзетулеріне және т.б. қойылатын тиісті талаптарды белгілеу арқылы аяқталады.

Жұмыстың келесі кезеңі (блок 2) сипатталған процестің мәнін түсінуге негізделген модельді тұжырымдау, оны формализациялау мүддесі үшін құбылыстың элементар компоненттеріне (жылу алмасу, гидродинамика, химиялық реакциялар, фазалық түрлендірулер және т.б.) және қабылданған егжей-тегжейлі деңгейіне сәйкес агрегаттарға (макродеңгейге), аймақтарға, блоктарға (микродеңгей), жасушаларға. Сонымен бірге қандай құбылыстарды елемеу қажет немесе орынсыз, қарастырылып отырған құбылыстардың өзара байланысы қаншалықты ескерілу керек екені белгілі болады. Анықталған құбылыстардың әрқайсысы белгілі бір құбылыспен байланысты физикалық заң(баланс теңдеуі) және оның пайда болуының бастапқы және шекаралық шарттары белгіленеді. Бұл қатынастарды математикалық белгілер арқылы жазу келесі кезең (3-блок) болып табылады, ол зерттелетін процестің математикалық сипаттамасынан тұрады, оның бастапқы математикалық моделін құрайды.

Байланысты физикалық табиғатЖүйедегі процестер мен шешілетін есептің сипаты, математикалық модель модельдің барлық таңдалған ішкі жүйелері (блоктары) үшін масса мен энергия балансының теңдеулерін, химиялық реакциялар кинетикасының және фазалық ауысулардың және заттың тасымалдануының теңдеулерін, импульс, энергия және т.б., сондай-ақ әртүрлі модель параметрлері арасындағы теориялық және (немесе) эмпирикалық қатынастар және процестің шарттарына шектеулер. Шығарылатын параметрлердің тәуелділігінің жасырын сипатына байланысты Ыкіріс айнымалыларынан Xалынған модельде ыңғайлы әдісті таңдап, 3-блокта тұжырымдалған есепті шешу алгоритмін (4-блок) жасау қажет.Қабылданған алгоритмді жүзеге асыру үшін аналитикалық және сандық құралдар қолданылады. Соңғы жағдайда компьютерлік бағдарламаны құрастыру және жөндеу (5-блок), есептеу процесінің параметрлерін таңдау (6-блок) және бақылау есебін жүргізу (8-блок) қажет. Компьютерге енгізілген аналитикалық өрнек (формула) немесе программа көрсетеді жаңа формамодельдің толық масштабты объектіге сәйкестігі анықталған жағдайда процесті зерттеу немесе сипаттау үшін пайдалануға болатын модель (11-блок).

Сәйкестігін тексеру үшін модельдің бөлігі болып табылатын факторлар мен параметрлердің мәндері бойынша эксперименттік деректерді (10-блок) жинау қажет. Дегенмен, модельдің адекваттылығын процестің математикалық моделінде қамтылған кейбір тұрақтылар белгілі (кестелік деректер мен анықтамалық кітаптардан) немесе қосымша эксперименттік түрде анықталған жағдайда ғана тексеруге болады (9-блок).

Модельдің сәйкестігін тексерудің теріс нәтижесі оның жеткіліксіз дәлдігін көрсетеді және әртүрлі себептердің тұтас жиынтығының нәтижесі болуы мүмкін. Атап айтқанда, мұндай үлкен қателік бермейтін жаңа алгоритмді енгізу үшін бағдарламаны қайта өңдеу, сондай-ақ қандай да бір факторларды елемеу екені белгілі болса, математикалық модельді түзету немесе физикалық модельге өзгертулер енгізу қажет болуы мүмкін. сәтсіздіктің себебі болып табылады. Модельге (12-блок) кез келген түзету, әрине, негізгі блоктардағы барлық операцияларды қайталауды талап етеді.

Модельдің сәйкестігін тексерудің оң нәтижесі модель бойынша есептеулер сериясын жүргізу арқылы процесті зерттеу мүмкіндігін ашады (блок 13), яғни. алынған ақпараттық модельдің жұмысы. Факторлар мен параметрлердің өзара әсерін ескере отырып, оның дәлдігін арттыру мақсатында ақпараттық модельді дәйекті түзету, модельге қосымша факторларды енгізу және әртүрлі «баптау» коэффициенттерін нақтылау жоғары дәлдікпен модель алуға мүмкіндік береді, ол объектіні тереңірек зерттеу құралы. Соңында, жүйенің оңтайлы аймаққа мақсатты эволюциясын қамтамасыз ету үшін теориялық талдау немесе эксперименттер арқылы мақсаттық функцияны орнату (15-блок) және модельге (14-блок) оңтайландырушы математикалық аппаратты қосу жүйенің оңтайландыру моделін құруға мүмкіндік береді. процесс. Жүйеге автоматты басқару құралдары енгізілген кезде нақты уақыт режимінде (16 блок) өндірістік процесті басқару мәселесін шешу үшін алынған модельді бейімдеу математикалық басқару моделін құру жұмысын аяқтайды.

Физикалық процестерді аналитикалық немесе эксперименттік әдістермен зерттеуге болады.

Аналитикалық тәуелділіктер процестерді зерттеуге мүмкіндік береді жалпы көріністеңдеулердің функционалдық талдауына негізделген және процестер класының математикалық моделі болып табылады.

Математикалық модель функция, теңдеу, теңдеулер жүйесі, дифференциалдық немесе интегралдық теңдеулер түрінде берілуі мүмкін. Мұндай модельдер әдетте ақпараттың үлкен көлемін қамтиды. Сипаттама қасиетіМатематикалық модельдер – бұл оларды математикалық аппарат арқылы түрлендіруге болатындығы.

Сонымен, мысалы, функцияларды экстремумға тексеруге болады; дифференциалдық немесе интегралдық теңдеулерді шешуге болады. Бұл ретте зерттеуші модельдердің функционалдық байланыстары мен қасиеттері туралы жаңа ақпарат алады.

Математикалық модельдерді қолдану қазіргі заманның негізгі әдістерінің бірі болып табылады ғылыми зерттеулер. Дегенмен, оның айтарлықтай кемшіліктері бар. Бүкіл сыныптан тек берілген процеске ғана тән белгілі бір шешімді табу үшін бірегейлік шарттарын орнату қажет. Шекаралық шарттарды орнату сенімді эксперименттер жүргізуді және эксперименттік мәліметтерді мұқият талдауды талап етеді. Шекаралық шарттарды дұрыс қабылдамау теориялық талдауға жоспарланған процестің емес, өзгертілген процестің ұшырауына әкеледі.

Көрсетілген аналитикалық әдістердің жетіспеушілігінен басқа, көптеген жағдайларда зерттелетін процестің физикалық мәнін барынша шынайы көрсететін бірмәнділік шарттарын ескере отырып, аналитикалық өрнектерді табу мүмкін емес немесе өте қиын.

Кейде күрделі физикалық процесті дәлелді шекаралық шарттарда зерттегенде бастапқы дифференциалдық теңдеулер олардың теңдеуінің мүмкін еместігіне немесе шамадан тыс қомақтылығына байланысты жеңілдетіледі, бұл оның физикалық мәнін бұрмалайды. Осылайша, аналитикалық тәуелділіктерді жүзеге асыру өте қиын.

Эксперименттік әдістер тәжірибелік техниканың дәлдігі шеңберінде процестерді терең зерттеуге және назарды ең үлкен қызығушылық тудыратын процестің параметрлеріне аударуға мүмкіндік береді. Дегенмен, белгілі бір эксперименттің нәтижелерін басқа процеске, тіпті физикалық мәні жағынан жақын бір процеске таратуға болмайды, өйткені кез келген эксперименттің нәтижелері жеке ерекшеліктерітек зерттелген

процесс. Процесс барысына қандай параметрлердің шешуші әсер ететінін және әртүрлі параметрлерді бір уақытта өзгертсе, процесс қалай жүретінін тәжірибеден түпкілікті анықтау әлі мүмкін емес. Эксперименттік әдіспен әрбір нақты процесс дербес зерттелуі керек.

Сайып келгенде, эксперименттік әдістер жеке айнымалылар арасындағы олардың өзгеруінің қатаң анықталған аралықтарында ішінара тәуелділіктерді орнатуға мүмкіндік береді.

Осы интервалдардан тыс айнымалы сипаттамаларды талдау тәуелділіктің бұрмалануына және өрескел қателерге әкелуі мүмкін.

Осылайша, аналитикалық және эксперименттік әдістердің де өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар, бұл көбінесе практикалық есептерді тиімді шешуді қиындатады. Сондықтан аналитикалық және эксперименттік зерттеу әдістерінің жағымды жақтарын біріктіру өте жемісті.

Құбылыстар мен процестер бір-бірінен оқшауланып емес, жан-жақты зерттеледі. Әртүрлі нысандар өздерінің ерекшеліктерімен айнымалы шамаларжалпы заңдылықтармен сипатталатын кешендерге біріктіріледі. Бұл бір құбылысты талдауды басқаларға және ұқсас құбылыстардың тұтас класына кеңейтуге мүмкіндік береді. Зерттеудің бұл принципімен айнымалылар саны азайып, олар жалпылама критерийлермен ауыстырылады. Нәтижесінде қажетті математикалық өрнек жеңілдетілген. Аналитикалық зерттеу әдістерін модельдеу әдістерінің бір түрі болып табылатын ұқсастық, ұқсастық, өлшемдердің эксперименттік әдістерімен біріктіру әдістері осы принципке негізделген.

Мысал арқылы аналогиялық әдістің мәнін қарастырайық. Жылу ағыны температура айырмашылығына байланысты (Фурье заңы)

Мұнда жылу өткізгіштік коэффициенті берілген.

Заттың масса алмасуы немесе ауысуы (газ, бу, ылғал) заттың концентрациясының айырмашылығымен анықталады. МЕН(Фик заңы):

масса алмасу коэффициенті қайда.

Сызықтық кедергісі бар өткізгіш арқылы электр тогының берілуі кернеу кезеңімен анықталады (Ом заңы):

мұндағы электрөткізгіштік коэффициенті.

Қарастырылып отырған барлық осы құбылыстар әртүрлі физикалық процестермен сипатталады, бірақ бірдей математикалық өрнектерге ие, яғни. оларды аналогия арқылы зерттеуге болады.

Түпнұсқа және үлгі ретінде қабылданатын нәрсеге байланысты аналогия бойынша модельдеудің әртүрлі түрлері болуы мүмкін. Сонымен, егер жылу ағыны сұйықтық қозғалысы бар модель арқылы зерттелсе, онда модельдеу гидравликалық деп аталады; егер жылу ағыны электрлік модель арқылы зерттелсе, модельдеу электрлік деп аталады. Модельдеу механикалық, акустикалық және т.б.

Түпнұсқа мен модель процестерінің математикалық өрнектерінің сәйкестігі бұл процестердің абсолютті ұқсастығын білдірмейді. Модельді мүмкіндігінше зерттелетін бастапқы процесті имитациялау үшін пайдалану үшін аналогия критерийін сақтау қажет. Сонымен, салыстырыңыз және, жылу өткізгіштік және электр өткізгіштік коэффициенттері, температура тжәне кернеу uмағынасы жоқ. Бұл теңсіздікті жою үшін екі теңдеу де өлшемсіз мөлшерде ұсынылуы керек: әрбір айнымалы Птұрақты өлшемнің туындысы ретінде көрсетеді ПР-сіз айнымалыға

өлшемді Пб:

(26) ескере отырып, өрнектерді келесі түрде және түрінде жазамыз:

Қарапайым түрлендірулерден кейін бізде бар

Екі өрнек те өлшемсіз түрде жазылған және оларды салыстыруға болады.

теңдеулер бірдей болады, егер

Бұл теңдік аналогия критерийі деп аталады. Оның көмегімен модель параметрлері объектінің бастапқы теңдеуін пайдалана отырып орнатылады.

Аналогиялық критерийлер саны зерттелетін бастапқы өрнектің терминдер санынан бір кем. Белгісіздердің саны теңдеулер санынан көп болғандықтан, модельдің кейбір параметрлері көрсетіледі. Әдетте бұл бақылау уақыты немесе модельде орын алатын процесс. Бұл операторға бақылауға ыңғайлы болуы керек.

Қазіргі уақытта электрлік модельдеу кең таралған. Оның мысалын қарастырайық.

Жаппай ауытқулардың заңдылықтарын зерттеу қажет м, жазықтыққа серпімді серіппемен және амортизатормен параллель ілінген. Бұл жүйе үшін дифференциалдық теңдеу формасы бар

демпферлік коэффициент қайда;

- механикалық қозғалыс;

– серіппенің серпімділігін сипаттайтын коэффициент (күш бірлігінің әсерінен серіппенің деформациясы);

– жүйеге әсер ететін күш.

Параметрлерді анықтау үшін (27) теңдеуді электрлік ұқсастықтар әдісімен зерттеуге болады. Тізбектің электрлік моделі үшін теңдеу формасы бар

конденсатордың сыйымдылығы қайда;

– магнит ағыны;

– электр желісіндегі процесс уақыты;

– резистор, индуктивтілік;

– желілік ток.

Сәйкес түрлендірулерден кейін (жоғарыдағы мысалды қараңыз) өлшемсіз теңдеулерді келесідей жазамыз:

Критерийлерді таңдау (29) белгілі бір қиындықтарды тудырады. Модельді құруды жеңілдету үшін масштабты теңдеулер жүйесі қолданылады.

Механикалық (түпнұсқа) және электрлік (модельдік) процестер ұқсас болғандықтан, бұл жүйелердің айнымалы шамалары белгілі бір арақатынаста – масштабта уақыт өте табиғи түрде өзгереді.

Масштаб факторысол немесе басқа айнымалылар - бұл модель мен түпнұсқаның айнымалы мәндерінің қатынасы

айнымалылар шкалалары қайда.

Масштабтың айнымалы мәндерін ескере отырып, модель мен түпнұсқа үшін теңдеулер келесідей:

Бұл теңдеулер бірдей, егер

Масштаб жүйелері (30) аналогтардың (29) критерийлерімен бірдей, бірақ қарапайым түрде.

Масштабтық теңдеулер жүйесін (30) пайдалана отырып, модель параметрлері есептеледі, ал бастапқы және модельдік айнымалылардың максималды ауытқулары негізінде масштаб факторлары есептеледі.

Бастапқы параметрлердің орташа мәндерін ескере отырып, модель параметрлерінің орташа мәндері (30) көмегімен есептеледі және электр тізбегі жобаланады. Содан кейін түпнұсқа үлгі бойынша зерттеледі. Өзгерту арқылы үлгіде түпнұсқаның параметрлері зерттеледі.

Электрлік модельдеуді қолдана отырып, математикалық тәуелділіктермен сипатталатын әртүрлі физикалық процестерді зерттеп, талдауға болады. Бұл модельдеу әмбебап, пайдалану оңай және үлкен жабдықты қажет етпейді.

Электрлік модельдеуде аналогты машиналар (АВМ) қолданылады. AVM зерттелетін объектіге (түпнұсқа) ұқсас математикалық тәуелділіктермен сипатталатын процестер жүретін әртүрлі электрлік элементтердің белгілі бір комбинациясы ретінде түсініледі. Бұл жағдайда тәуелсіз және ауыспалы айнымалылардың масштабтық факторлары сақталуы керек

аналогтық және түпнұсқалық мәндер.

AVM есептердің белгілі бір класын зерттеу үшін қолданылады. Есептер жүйенің әртүрлі аймақтарында (нүктелерінде) қажетті шамалардың мәнін бір уақытта алуға болатындай етіп шешіледі. AVM көмегімен әртүрлі уақыт шкалаларындағы есептерді шешуге болады, соның ішінде жеделдетілген, кейбір жағдайларда олар үлкен ғылыми қызығушылық. Есептерді шешудің қарапайымдылығы, ақпаратты жылдам өңдеу және күрделі есептерді шешу мүмкіндігі АВМ-нің кеңінен қолданылуын анықтайды. Жалпы және арнайы мақсаттағы АВМ бар. Жалпы мақсаттағы АВМ жоғары ретті дифференциалдық теңдеулерді шешеді (50-ден астам) және әртүрлі мақсаттарға арналған: желілік диаграммаларды есептеу, іргетастағы кернеулер және т.б.

10-шы ретке дейінгі теңдеулермен есептерді шығару кезінде МН-7 аз қуатты машиналар қолданылады; MH-10; EMU-6 және басқалары; 20-шы ретке дейін – орташа қуат МН-14; EMU-10 және т.б.

Қарапайым есептер үшін континуум әдісі әдетте электр өткізгіш қағазды (жалпақ есеп) немесе электролиттік ванналарды (көлем мәселесі) пайдаланады. Модель электр өткізгіштігі бірдей өткізгіш қағаздан жасалған. Нысанның геометриясы белгілі бір масштабта модельденеді. Фигураның ұштарына шекаралық шарттарды имитациялайтын электродтар бекітілген. Өткізгіш сұйықтықтармен (электролиттер) процестерді модельдеу кезінде ванналар тұздардың, қышқылдардың, сілтілердің және т.б. әлсіз ерітінділермен толтырылады. Біркелкі емес өріс әртүрлі концентрациядағы электролиттердің көмегімен модельденеді. Континуум әдісі жылу өткізгіштік, кернеуді бөлу және т.б. есептерді шешуге арналған. Бұл қарапайым, бірақ Лапластың шекаралық есептерін шешумен шектеледі.

Электрлік тор әдісінде дифференциалдық теңдеулер ақырлы айырмашылық әдісімен шешілетін сызықтық жүйеге түрлендіріледі. Электрлік интеграторларда тор модельдерін пайдалана отырып, стационарлы және стационарлы емес есептерді зерттеуге болады.

Кеңінен қолданылатын модельдеу әдісі электрогидродинамикалық аналогия болып табылады. Ол сұйықтың, будың немесе газдың қозғалысын электрлік модельдеуге негізделген және ғимараттардың, құрылыстардың, бөгеттердің және т.б іргетастардың су режимін зерттеу үшін кеңінен қолданылады.

Гидравликалық интеграторларда гидравликалық модельдеу әдісі де жиі қолданылады. Гидроинтеграторлар - бұл бір-бірімен байланысқан құбырлар мен қондырғылар жүйесі арқылы су қозғалатын құрылғылар. Зерттелетін тұрақты және айнымалы шамалар ыдыстардағы судың қысымы, деңгейі және шығыны бойынша модельденеді.

Интегратор көптеген түйіндерден тұрады Т(Cурет 7).

Әрбір осындай түйінде су балансы тең

ыдыстың көлденең қимасының ауданы қайда;

– ыдыстардағы су деңгейі;

– гидравликалық кедергі (бірлік ағынын өткізуге арналған қысым айырмашылығы);

– су тұтыну.

Кемедегі тұрақты су деңгейінде немесе осы ыдыстың тұрақты аймағында,

Егер бастапқы уақытта көрсетілсе Т= 0, функцияның анықтамасы (31) теңдеуін интегралдау арқылы жүзеге асады, яғни гидравликалық интегратордағы қысым мен су деңгейлерін жазу. Арнайы жағдай (32) үшін интегралдау алгебралық өрнектерді гидравликалық интеграторда шешуге келтіріледі.

Бірнеше түйін болса Н, содан кейін жүйенің шешімі НИнтегратордағы жылуды, ылғалдылықты және затты тасымалдау теңдеулері ыдыстардағы су деңгейін бақылауға келеді.

Теңдеулердің параметрлерін интегратордағы түйіндердің санын, ыдыстардың көлденең қималарын, гидравликалық кедергіні және су ағынының жылдамдығын өзгерту арқылы салыстырмалы түрде оңай өзгертуге болады. Әр түрлі бастапқы және шекаралық шарттарды орнату өте оңай,

ыдыстардағы бастапқы су деңгейін өзгерту.

Гидравликалық модельдеу әдісі әртүрлі есептерді шешуге мүмкіндік береді: стационарлық және стационарлық емес; бір, екі және үш өлшемді; тұрақты және айнымалы коэффициенттермен; біртекті және біртекті емес өрістер үшін; сол. әмбебап болып табылады. Ол құрылыс саласындағы әртүрлі мәселелерді шешуде кеңінен қолданылады: ғимараттар мен құрылыстардың әртүрлі құрылымдарындағы температуралар мен кернеулерді есептеу; ғимараттардың іргетастарындағы, жолдардағы және т.б. ылғалдану және ылғалдың жиналу процесін талдау; құрылымдардың деформациялану және бұзылу процестерін талдау; темірбетон бұйымдарын булау кезінде температуралық өрісті бағалау; материалдар мен конструкциялардың физикалық және жылулық сипаттамаларын анықтау; гидротехникалық құрылыстардағы су фильтрациясын зерттеу үшін климаттық әсерлер кезіндегі ғимараттардың, жолдардың және басқа құрылыстардың жылу режимін есептеу; конструкциялардың іргетастары мен кенептерінің топырақтарының қатуын есептеу және басқа да жағдайларда.

Бұл әдіс бағдарламалаудың қолжетімділігімен, күрделі есептерді шешудің қарапайымдылығымен, жүріп жатқан процестердің жақсы көрінуімен, есептеулердің жеткілікті жоғары дәлдігімен және модельде процесті тоқтату және қайталау мүмкіндігімен сипатталады. Дегенмен, бұл әдіске арналған жабдық қиын және қазіргі уақытта шектеулі мөлшерде шығарылады.

Ұқсастық теориясы– Бұл құбылыстардың ұқсастығы туралы ілім. Ол дифференциалдық теңдеулерді шешу негізінде айнымалылар арасындағы тәуелділікті табу мүмкін болмаған жағдайда тиімді. Содан кейін алдын ала эксперимент жүргізіп, оның деректерін пайдалана отырып, ұқсастық әдісін қолданып теңдеу (немесе теңдеулер жүйесін) құрастыру керек, оның шешімін тәжірибенің шегінен шығаруға болады. Құбылыстар мен процестерді теориялық тұрғыдан зерттеудің бұл әдісі эксперименттік мәліметтермен үйлестіру негізінде ғана мүмкін болады.

Қарапайым мысал арқылы ұқсастық теориясының мәнін қарастырайық. Тіктөртбұрыштар қатары болсын. Бұл жазық фигуралардың класы, өйткені олар біріктірілген жалпы қасиеттері– төрт қабырғасы және төрт тік бұрышы бар. Бұл сыныптан белгілі бір жағы мәні бар бір ғана фигураны ажыратуға болады л 1 және л 2. Сандық мәндер л 1 және л 2 бірегейлік шарттарын анықтау. Егер тараптар л 1 және лмәнінен 2 есе TO e, кез келген мағына беруге болады, біз белгілі бір топқа біріктірілген ұқсас жалпақ фигуралар сериясын аламыз:

Мөлшері TOолар оны атайды ұқсастық критерийлері.

Ұқсастық әкелудің бұл әдісі жалпақ, біртұтас фигуралар үшін ғана емес, сонымен қатар әртүрлі физикалық шамалар: уақыт, қысым, тұтқырлық, термиялық диффузия және т.б.

Ұқсастық критерийлері бірегейлік шарттарын ұқсас жүйелерге түрлендіру арқылы берілген құбылыстар класының ішінде топтар құрады. Бір топқа кіретін барлық құбылыстар бір-біріне ұқсас және тек масштабы бойынша ғана ерекшеленеді. Сонымен, кез келген дифференциалдық теңдеу бір-біріне ұқсамайтын құбылыстар класына тән. Шектік шарттары мен ұқсастық критерийлері бар бірдей теңдеу тек ұқсас құбылыстар тобына ғана тән. Егер шекаралық шарттар ұқсастық критерийінсіз берілсе, онда дифференциалдық теңдеуді тек ерекше жағдайды талдау үшін пайдалануға болады.

Ұқсастық теориясы үш теоремаға негізделген.

Теорема 1(М.В. Кирпичев және А.А. Гухман.). Екі физикалық құбылыс ұқсас, егер олар бірдей дифференциалдық теңдеулер жүйесімен сипатталса және ұқсас (шектік) бірегейлік шарттары болса және олардың анықтаушы ұқсастық критерийлері сан жағынан тең болса.

2-теорема.Егер физикалық процестер ұқсас болса, онда бұл процестердің ұқсастық критерийлері бір-біріне тең болады.

Теорема 3.Физикалық процестерді сипаттайтын теңдеулер ұқсастық критерийлері арасындағы дифференциалдық қатынас арқылы көрсетілуі мүмкін.

Масштабында ғана ерекшеленетін ұқсас құбылыстар тобында бір тәжірибенің нәтижелерін таратуға болады.

Ұқсастық теориясын пайдаланған кезде ғалымдардың аты-жөнінің екі латын әрпімен белгіленетін ұқсастық критерийлерімен жұмыс істеу ыңғайлы.

Кейбір ұқсастық критерийлерін қарастырайық.

Сұйықтық ағындарын зерттеу кезінде Рейнольдс критерийін қолданыңыз

динамикалық тұтқырлық қайда;

- қозғалыс жылдамдығы;

л– құбырдың қашықтығы, қалыңдығы, диаметрі.

Критерий Reинерция күштерінің үйкеліс күштеріне қатынасының көрсеткіші болып табылады.

Эйлер критерийі

Мұнда үйкеліс әсерінен құбырдағы сұйықтық қозғалысы кезіндегі қысым кезеңі;

– тығыздық.

Жылу және масса алмасуда әртүрлі критерийлер қолданылады.

Фурье критерийі

Қайда А– температура немесе ылғал өткізгіштік критерийі;

- уақыт;

л– тән дене өлшемі (ұзындығы, радиусы).

Бұл критерий берілген денедегі жылуды теңестіру жылдамдығын сипаттайды.

Лыков критерийі

Мұнда А, А 1 – жылу және масса алмасу коэффициенттері.

Бұл критерий жылу алмасуға қатысты масса алмасуының (ылғалдың, будың) өзгеру қарқындылығын сипаттайды. Ол кең ауқымда өзгереді (0-ден 1000-ға дейін).

Кирпичев критерийі

– жылу ағыны.

Бұл критерий дененің бетіне берілетін жылу ағынының денеге шығарылған жылу ағынына қатынасын сипаттайды.

Жоғарыда аталған барлық критерийлер, сондай-ақ басқа критерийлер өлшемсіз. Олар бір-бірінен тәуелсіз, сондықтан олардың комбинациясы жаңа критерийлер береді.

Құбылыстар мен процестерді зерттегенде ұқсастық критерийлерін қолданған ыңғайлы. Эксперименттік деректер жалпыланған өлшемсіз айнымалылар түрінде өңделеді және теңдеулер критерий түрінде құрастырылады, яғни. айнымалылардың орнына дифференциалдық теңдеулерге және т.б. ұқсастық критерийлерін белгілеу. Содан кейін олар теориялық теңдеуді критерий түрінде шешуге кіріседі. Алынған аналитикалық шешім бір эксперименттің нәтижелерін ұқсас құбылыстар тобына кеңейтуге және эксперименттен тыс айнымалыларды талдауға мүмкіндік береді.

Ұқсастық сынақтары көп айнымалысы бар дифференциалдық теңдеулерді шешу үшін қолданылады. Бұл жағдайда теңдеулер мен шекаралық шарттарды критерийге негізделген өлшемсіз формада ұсынған жөн, дегенмен бұл кейде оңай емес. Өлшемсіз түрдегі теңдеулерді шешу аз еңбекті қажет етеді, өйткені айнымалылар саны азайып, аналитикалық өрнек жеңілдетіледі және есептеулер көлемі айтарлықтай азаяды. Мұның бәрі графиктер мен номограммаларды дайындауды жеңілдетеді. Сондықтан дифференциалдық теңдеулерді критериалды түрде құрастыру, оларды шешу және оларды талдай білу ғалым үшін үлкен қызығушылық тудырады.

Кейбір жағдайларда тікелей сипаттауға болмайтын процестер орын алады дифференциалдық теңдеулер. Мұндай процестердегі айнымалылар арасындағы байланыс, сайып келгенде, эксперименттік түрде ғана орнатылуы мүмкін. Экспериментті шектеу және процестің негізгі сипаттамалары арасындағы байланысты табу үшін теориялық зерттеулерді эксперименттермен біріктіретін және функционалдық тәуелділіктерді критерий түрінде құрастыруға мүмкіндік беретін өлшемдік талдау әдісін қолдану тиімді.

Функция жалпы түрде белгілі болсын Фкез келген күрделі процесс үшін

Мәндердің нақты бірлік өлшемі бар. Өлшемді әдіс саннан таңдауды қамтиды Кімгебір-бірінен тәуелсіз үш негізгі өлшем бірлігі. Демалыс Кімге -Функционалдық тәуелділікке (34) кіретін 3 шаманың негізгі үш өлшеммен өрнектелген өлшемдері болуы керек. Бұл жағдайда негізгі шамалар қалғаны үшін таңдалады Кімге– Функцияда 3 ұсынылды Фөлшемсіз, ұқсастық критерийлерінде.

Бұл жағдайда (34) функциясы пішінді қабылдайды

Үшеуі бірінші үш санның сәйкесінше тең мәндерге қатынасы екенін білдіреді.

Өрнек (40) шамалардың өлшемдеріне қарай талданады. Нәтижесінде олар орнатады сандық мәндердәрежелерді анықтайды және ұқсастық критерийлерін анықтайды. Мысалы, су көпір тірегінің айналасында жылдамдықпен ағып жатқанда В. Осы уақытта 5 – Фруд критерийі Fr.

Нәтижесінде зерттелетін функция пішінді алады

Бұл формула ұқсастық критерийлері тең болған жағдайда жылдамдық өлшемдерінің әртүрлі нұсқаларында көпір тірегі айналасындағы ағынның процесін зерттеуге мүмкіндік береді. Оны модельдер арқылы ұқсастық теориясы әдісін қолданып процесті талдау үшін де пайдалануға болады.

Зерттелетін объектімен сипаттамалары бойынша бірдей (сәйкес келетін) математикалық модельді шығарудың аналитикалық әдісі объектте болып жатқан физикалық және химиялық процестер жақсы зерттелген кезде қолданылады. Мұндай объектілерге жатады механикалық жүйелер, статика мен динамикадағы мінез-құлқы Ньютон заңдарына бағынады, оларда қарапайым химиялық реакциялар жүретін кейбір химиялық реакторлар. Мұндай нысанның мысалы - суретте көрсетілген резервуар. 1.

Күріш. 1. Аналитикалық әдіс арқылы басқару объектісін зерттеу схемасы.

Статикалық режим: ;

Динамикалық режим:

Гидравликадан: немесе кішкентайлар үшін.

немесе шексіз аз қадамдарға көшу:

Салыстырмалы өлшемдерде белгіленген:

Жүктемесі бар электр қозғалтқышы дифференциалдық теңдеумен сипатталады:

J - инерция моменті,

М мотор , M қарсылық – біліктегі момент және қарсылық моменті.

Қозғалтқыштың айналу жылдамдығы.

Эксперименттік-аналитикалық идентификация әдісі

Әдістің мәні келесідей: жұмыс істейтін объектіде үш типтік алаңдататын әсердің біреуі кіріс арнасы арқылы қолданылады:

а) «бір рет секіру» түрі

б) «бір импульс» түрі

в) әртүрлі жиіліктегі синусоидалы тербелістер түрінде

Ең жиі қолданылатын «бір секіру» түрі. Мұндай бұзылуға объектінің реакциясы – объектінің шығыс сигналының уақыт бойынша өзгеру графигі деп аталады.эксперименттік үдеу қисығы.

Объектіні «қара жәшік» ретінде қарастыратын болсақ, яғни. онда болып жатқан физикалық және химиялық процестер туралы ештеңе білмейміз деп есептесек, онда бұл технологиялық процесс, көлемі мен конфигурациясы, динамикалық жұмыс режиміндегі басқару объектілері объектінің шығыс сигналы мен кіріс сигналы арасындағы қатынас үшін бірдей стандартты теңдеу түрінде математикалық сипатталады (математикалық моделі бар). TAU-да объектінің шығыс сигналы мен кіріс сигналы арасындағы қатынас үшін теңдеулердің тек 6 түрі таңдалды, олар типтік динамикалық байланыстар. Объектінің динамикалық жұмыс режимінде объектідегі энергияның немесе заттардың түсуі мен ағыны арасындағы тепе-теңдік бұзылғандықтан, кіріс және/немесе шығыс сигналдары уақыт бойынша өзгереді, типтік динамикалық байланыстардың қатынасы үшін көптеген типтік теңдеулер (TDL) дифференциалды, яғни.

(алгебра), және (дифференциалдық теңдеу).

ТАУ математикалық аппаратын – ТДЗ жиынтығын қолдану әдісі келесідей: әрбір типтік динамикалық байланыс кіріс және шығыс сигналдарының байланысының стандартты теңдеуінен басқа өзінің типтік үдеу қисығыжәне басқа да бірқатар типтік сипаттамалар. Пайдалану объектісінде алынған эксперименттік үдеу қисығы TDZ алты типтік үдеу қисығының жиынтығымен салыстырылады және эксперименттік және кез келген стандартты үдеу қисығы арасындағы уақыт өзгерісінің табиғатының сәйкестігі негізінде сынақ объектісі ауыстырылады. (шамамен) осы стандартпен динамикалық байланыс. Сонда осы TDS қатынасының типтік теңдеуі объектінің шығыс сигналы мен кіріс сигналы немесе объектінің қажетті математикалық моделі арасындағы қатынас теңдеуіне айналады. Осы стандартты TDZ теңдеуіне енгізілген коэффициенттердің шамасы объектінің тәжірибелік үдеу қисығынан табылады.

Күріш. 6. Статикалық объектінің тәжірибелік үдеу қисығы.

Бұл қисық экспоненциалды деп аталады және уақыт бойынша өзгеру сипаты бойынша апериодтық (инерциялық, статикалық) TDZ типтік үдеу қисығымен сәйкес келеді. Бұл мұндай объектіні апериодтық TDZ ауыстыруға (жақындауға) болатындығын білдіреді. Оның типтік дифференциалдық теңдеуі:

Екі коэффициент: Қ Және Т 0 - эксперименттік үдеу қисығының графигінен оңай табуға болады.

Объектіде келесі эксперименттік үдеу қисығы алынсын.

Күріш. 7. Астатикалық объектінің тәжірибелік үдеу қисығы.

Бұл эксперименттік үдеу қисығы дифференциалдық теңдеумен астатикалық (интеграциялық) TDS үдеуінің әдеттегі қисығына ұқсас:

Коэффицент Т Эксперименттік бұрыштық үдеу қисығы арқылы анықтау оңай:

Сол сияқты, объектіні күшейтетін, нақты дифференциалданатын және тежелген TDZ-мен ауыстыру (шамалау) үшін эксперименттік және стандартты үдеу қисықтарын сәйкестендіру арқылы динамикалық объектіні анықтау оңай. Бұл сілтемелер үшін типтік үдеу қисықтары келесідей:

Күріш. 8. Күшейткіш, нақты дифференциалдаушы және баяу TDZ үдеу қисықтары.

Ал тасымалдау функциялары:

Осы типтік беріліс функцияларындағы коэффициенттердің шамасын тәжірибелік үдеу қисықтарының графиктерінен де оңай табуға болады (1.8-суретті қараңыз).

Анықталған объектінің математикалық моделін табу қиынырақ, егер келесі эксперименттік үдеу қисығы алынса:

Күріш. 9. Екінші ретті апериодтық буынның тәжірибелік үдеу қисығы.

Бір қарағанда мұндай тәжірибелік үдеу қисығы тасымалдау функциясы бар 2-ші ретті апериодтық буынның типтік үдеу қисығына ұқсас:

дегенмен коэффициенттерді дәл анықтау Т 1 Және Т 2 осында W(p) қиын.

Мұндай нысанды дәлірек анықтау үшін Шимою әдісі немесе «аймақ әдісі» қолданылады.