Материал: Физико-математическое моделирование систем. материалы XX Международного семинара. Батаронов И.Л., Шунин Г.Е
Литература
1.Ионно-оптическая схема для высокочувствительного, портативного масс-спектро- графа / В.Т. Коган [и др.] // Журнал технической физики. – 2005. – Т. 75, вып. 6. – С. 121-125.
2.Исследование лазерно-плазменного источника ионов с системой постоянных кольцевых магнитов / С. Н. Мордик [и др.] // Журнал технической физики. – 2017. – Т. 87, вып. 5.
–С. 788-790.
3.Быковский, Ю. А. Лазерная масс – спектрометрия / Ю. А. Быковский, В. Н. Неволин. – М.: Энергоатоииздат, 1985. – 128 с.
NUMERICAL MODELLING OF THE MOVEMENT OF THE ION BEAM
IN LASER MASS-SPECTROMETER EMAL-2
P. O. Medakin1, A. G. Shein1, A. M. Potapov2
1Volgograd State Technical University
2Institute of Chemistry of High-Purity Substances of the RAS
The movement of the ion flow in laser mass-spectrometer EMAL-2 is considered. The numerical model constructed by a method of "large particles", considering influence of fields of a space charge and interaction of the charged particles with the field of electrodynamic system is realized. A series of numerical experiments and their comparison with the data obtained experimentally is conducted.
Keywords: method of "large particles", laser mass spectrometer, the method of "particle – particle".
80
УДК 004.942:665.76
МЕТОДИКА РАСЧЁТА ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ ТЕРМОБЛОКА В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ СМАЗОК
О. Г. Новикова
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) novikova_o_g@mail.ru
Предложена методика расчёта тепловых полей термоблока в производстве промышленных смазок. Рассчитанное тепловое поле термоблока в общей структуре системы автоматизированного управления позволит в режиме реального времени повысить качество выпускаемых смазок за счет оптимально подобранной длины змеевика. А также даст возможность отслеживать температуру протекания процесса по всей длине трубы, что будет способствовать предотвращению нештатных ситуаций.
Ключевые слова: промышленные смазки, термоблок, тепловое поле.
Производство масел и смазок – это сложный наукоемкий процесс, для которого характерно изменчивость рецептуры исходного сырья и показателей технических характеристик ведения процесса (τ, Т, Р и др.), при неизменных технических показателей готового продукта. При разработке системы управления требуется глубокое изучение не только технологического процесса производства, но и решение смежных задач из области теплофизики и кристаллографии, т.к. эти продукты нельзя отнести к простым смесям или химическим соединениям, для которых характерна ярко выраженная энергия связи. Аттестация готовой продукции по физико-химическим показателям не гарантирует ее качества. Дополнительно включают трибологические испытания, результаты которых требуют внесения изменений в регламент. Поэтому разрабатываемая система включает в себя подсистему поддержки принятия решений в виде комплекса средств автоматизации, математического, программного и информационного обеспечений.
Процесс производства масел и смазок многостадиен, поэтому для каждой стадии решается задача локального управления:
Локальное управление стадией выбора рецептуры;
Локальное управление стадией обезвоживания мыльной основы;
Локальное управление стадией термообработки расплава смазки;
Локальное управление стадией гомогенизации готовой продукции.
81
Объектом исследования в данной работе является локальное управление стадией термообработки расплава непрерывного процесса получения промышленных смазок. Задача разрабатываемого математического обеспечения–постро- ение математической модели с распределенными параметрами теплового поля.
Постановка задачи: используя разработанную математическую модель при заданном наборе входных параметров X={Ср, dзм, dср, K, T2, T1(0), L, С(0), DR, DL}, требуется рассчитать такое значение длины змеевика L, которая обеспечивает
на выходе из теплообменника однородную смесь компонентов, которая достигается равенством концентрации по объему теплообменника.
На первом этапе необходимо сформировать формализованное описание процесса термообработки, как объекта управления (рис. 1).
|
F={Temp, S} |
|
|
|
X={С(0),L,K,T2,dЗм,dСр,T1(0) |
|
|
Y={T(l),Lд} |
|
|
|
|||
Процесс управления |
||||
,Ср,DR,DL } |
|
|||
термоблоком в производстве |
|
|||
|
|
|||
|
промышленных смазок |
|
||
|
|
|
|
|
U={v}
Рис. 1. Формализованное описание процесса термообработки как объекта управления
82
В таблице представлен перечень параметров и показателей процесса.
Перечень параметров и показателей процесса |
|
Вектор |
Параметры и показатели |
Вектор входных |
|
параметров Х |
Ср – удельная теплоемкость смазки, (Дж/кг К); |
dзм – диаметр витка змеевика, (м); |
|
|
dср – диаметр трубы змеевика, (м); |
|
K – коэффициент теплопередачи, (Вт/м2 К); |
|
T2 – температура теплоносителя,(К); |
|
T1(0) – температура потока на входе в аппарат, (К); |
|
L – длина трубы, (м); |
|
С(0) – концентрации компонентов в смеси, (моль/м3); |
|
DR, DL – коэффициенты диффузии, (м2/c). |
Вектор возмущающих |
Temp – колебания температуры в помещении, где |
воздействий F |
расположен термоблок, которые нельзя учесть; |
|
S – состав примесей в исходных компонентах для |
|
варки смазки. |
Вектор управляющих |
v – расход потока компонентов смазки, (кг/с). |
воздействий U |
|
Вектор выходных |
T(l) – температура потока по длине трубы, (К); |
параметров Y |
Lд – необходимая длина трубы (м). |
Для построения математического модели приняты следующие допущения:
–поток в змеевике описывается гидродинамической моделью идеального вытеснения, то есть температура изменяется по длине змеевика;
Рис.2. Змеевиковый теплообменник
–рассматривается стационарный режим работы теплообменника;
–коэффициент теплопередачи, теплоёмкости считается постоянным;
–кроме теплопередачи никаких процессов не происходит.
Уравнение теплового баланса для потока в змеевике (гидродинамический режим идеального вытеснения) записывается следующим образом:
v2CP dT2 FT qT .
2 d L
83
Рис. 3. Змеевик теплообменника
Для решения уравнения применяется метод сеток.
Условие окончания расчетов ε = 0.0001
– разность значений между двумя соседними шаблонами. В результате решения уравнения формируется поверхность теплового поля в термоблоке, пример которого представлен на рис. 4. Блок-схема алгоритма расчета представлена на рис. 5.
Рис. 4. Графическое представление распределения температур в автоклаве (термоблоке)
84