ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Моделирование типовых процессов из "Теоретические основы типовых процессов химической технологии" Рассмотренные уравнения описывают явления переноса количества движения, энергии и массы в произвольной точке подвижной среды. Они не содержат никаких специальных ограничений относительно конкретных особенностей процессов или физических свойств участвующих в них материальных объектов кроме тех, которые вытекают из использованных при их выводе линейных соотнощений (1.132), (1.126) и (1.125). Следовательно, эти уравнения применимы к любым процессам. [c.66] Геометрические и физические характеристики системы совместно с граничными и начальными условиями содержат комплекс сведений, выделяющих данный конкретный процесс из класса процессов, описываемых соответствующими уравнениями переноса. Так, если объектом исследования или расчета является движение жидкости в трубе, то должны быть заданы диаметр, длина трубы и ее форма (геометрические характеристики), свойства жидкости (физические характеристики), граничные условия (для вязкой жидкости — равенство нулю составляющих скорости на границе со стенкой) и начальные условия (например, профиль скоростей на входе в трубу). [c.67] Дифференциальные уравнения переноса, геометрические и физические характеристики системы, граничные и начальные условия составляют математическое описание процесса. Его можно использовать для расчета конкретного процесса. Такой расчет заключается в интегрировании соответствующего уравнения переноса (или системы уравнений) с учетом перечисленного выше комплекса сведений, характеризующих данный конкретный объект. Вследствие сложности уравнений переноса их интегрирование представляет большие трудности, однако оно возможно за счет упрощения этих уравнений путем исключения из них членов малой значимости и использования методов численного интегрирования с помощью ЭВМ. Принципы таких расчетов для различных процессов изложены в последующих главах. Результатом расчетов является получение числовых значений искомых величия. [c.67] Как уже отмечалось, специфика инженерных задач заключается в том, что они редко бывают определенными, т. е. обычно число величин, которые должны быть найдены в результате расчета, превышает число уравнений связи между переменными. В связи с этим, чтобы сделать задачу определенной, рядом величин приходится задаваться. Такая процедура связана с принятием волевых решений, поскольку указанные величины чаще всего могут изменяться в значительных пределах. Между тем в области допустимых значений рассматриваемых величин имеется лишь определенное их сочетание, обеспечивающее наилучшие условия проведения процесса. Чтобы найти это сочетание, необходимо проделать серию расчетов при изменении параметров процесса в области их допустимых значений. Исследование влияния параметров процесса на его результаты, осуществляемое путем решения уравнений, составляющих математическое описание процесса, называется математическим моделированием. [c.67] Метод математического моделирования позволяет исследовать процессы в широком диапазоне изменение влияющих на них параметров и определять оптимальные условия их проведения. Благодаря большой познавательной силе этого метода математическое моделирование и оптимизация процессов химической технологии выделились в самостоятельные научные дисциплины. Важными достоинствами метода математического моделирования являются возможность изучения сложных процессов без создания дорогостоящих и трудоемких в обслуживании опытных установок и возможность исследования режимов, которые нельзя или трудно реализовать, исходя из требований техники безопасности, а также по экономическим или по конъюнктурным соображениям. [c.68] При исследовании сложных процессов необходимо иметь в виду, что различные явления переноса оказывают влияние друг на друга, которое часто весьма трудно учесть расчетным путем с достаточной точностью. Так, изменение температуры в процессе переноса теплоты приводит к изменению физических свойств жидкости, что влияет на поле скоростей. Изменение же поля скоростей влияет на поле температур. Это существенно усложняет математическое описание процесса. В связи с этим при математическом моделировании сложного процесса приходится пренебрегать некоторыми факторами и затем в результаты вносить соответствующие коррективы, что не всегда просто сделать. [c.68] Другая возможность заключается в использовании для описания некоторых свойств моделируемого объекта закономерностей, полученных на физических моделях и учитывающих факторы, которые иным путем учесть затруднительно или невозможно. [c.68] По изложенным соображениям в современной химической технологии применяются как методы математического, так и физического моделирования. [c.68] Относительная роль и взаимосвязь методов физического и математического моделирования при исследованиях — в определенной мере вопрос конъюнктурный, зависящий от уровня развития вычислительной техники, прикладной математики и техники экспериментальных исследований. Еще сравнительно недавно (до появления и внедрения в практику ЭВМ) физическое моделирование было основным методом перехода от пробирки к заводу . Исследование процесса на более или менее крупных опытных и опытнопромышленных установках являлось необходимым этапом создания новых производств. Между тем, как это будет показано ниже, физическое моделирование не всегда обеспечивает соблюдение необходимых условий создания уменьшенных моделей, точно воспроизводящих свойства сложных процессов. Эго было причиной многих затруднений при создании и освоении новых производств. На современном этапе развития науки таких трудностей в значительной мере можно избежать благодаря использованию физического моделирования в комбинации с математическим, причем роль последнего непрерывно возрастает в связи с прогрессом вычислительной техники и прикладной математики. [c.69] Вернуться к основной статье