Методы структуры потоков

Разработка математической модели теплообменного аппарата осложняется спецификой конструкционного оформления и назначения, а именно родом теплоносителей, способом интенсификации процесса теплообмена, гидродинамическим режимом потоков, характером передачи тепла, конфигурацией и компоновкой поверхностей теплообмена, количеством ходов и направлением потоков тепло- и хладагентов, материалом аппарата и т. д. В основе методов расчета теплообменников лежит использование соответствующей модели структуры потока (см. табл. 2.1) с учетом источника тепла, описываемого уравнением теплопередачи [c.92]

К а ф а р о в В.В. п др. Об оценке параметров математических моделей гидродинамической структуры потоков статистическими методами.— Теоретические основы химической технологии , 1968, 2, № 2. [c.168]

Расчет профиля концентраций по уравнениям ( 1.20) — ( 1.27) или ( 1.61) — ( 1.68) практически возможен лишь с помощью ЭВМ. Как уже отмечалось, при Ре Реу 20 можно использовать уравнения ( 1.95) и ( 1.96). Возможен более простой метод расчета и в случае Ре Реу [231]. Этот метод основан на том, что структура потока с меньщей интенсивностью продольного перемешивания (большим числом Пекле) описывается ячеечной моделью, а структура второго потока — рециркуляционной моделью. Рассмотрим два возможных случая. [c.227]

Для количественной оценки эффекта продольного перемешивания в колонных аппаратах предложен ряд методов, базирующихся на различных физических моделях гидродинамической структуры потоков. К большинству колонных аппаратов, используемых в химической технологии, применимо несколько взаимосвязанных типовых моделей, представляющих с рой частные случаи единой обобщенной модели. Анализ работы колонных аппаратов с учетом гидродинамической структуры потоков позволяет путем сочетания наиболее благоприятных тепло- или массообменных характеристик одного из них и гидродинамической обстановки в другом подойти к созданию новой оптимальной конструкции. [c.9]

Метод стационарной подачи трассера используется для исследования обратного перемешивания, т. е. продольного перемешивания, обусловленного лишь турбулентным и циркуляционным перемешиванием в потоке. Этот метод подачи трассера заключается в следующем [11, 92]. В определенное сечение аппарата подается с постоянны.м расходом трассер (рис. 1П-3), который за счет турбулентного и циркуляционного перемешивания распространяется в обратную по ходу потока сторону от сечения ввода. После установления стационарного режима путем отбора проб в нескольких сечениях аппарата над сечением ввода трассера находят его распределение по высоте. Сопоставляя экспериментальное распределение концентраций трассера с теоретическим, соответствующим принятой модели структуры потока, рассчитывают параметры продольного перемешивания. [c.38]

Значительную переработку претерпела четвертая часть, где рассмотрены аппараты для проведения процессов массопередачи. При анализе работы аппаратов широко использован метод математического моделирования. Систематизированы математические модели различных типов аппаратов. Расширены вопросы, связанные с оформлением новых методов проведения процессов массопередачи насадочные эмульгационные колонны и аппараты с внешним подводом энергии. Заново представлены обш,ие закономерности гидродинамики барботажного слоя, влияние структуры потоков на эффективность тарельчатых колонн. Дана оценка эффективности массопередачи на тарелках прн разделении многокомпонентных смесей, систематизированы математические модели тарельчатых ректификационных колонн. [c.4]

Этот метод успешно применяется как при автономной, так и при последовательной идентификации. Метод моментов охватывает следуюш ие аспекты 1) определение передаточных функций объектов по экспериментальным данным 2) нахождение усредненных по времени характеристик динамических систем 3) идентификация объектов в режиме нормальной эксплуатации (метод решения уравнения свертки (6.27)) 4) реализация непрерывной подстройки модели объекта в контуре адаптивного управления 5) определение параметров гидродинамической структуры потоков в технологических аппаратах по экспериментальным данным. [c.328]

Для анализа и сопоставления теоретических моделей структуры потока в колонных аппаратах наиболее эффективен метод моментов. Он характеризуется надежностью, полнотой представляемой информации и простотой используемого математического аппарата. [c.81]

Заметим, что метод Ариса применим также к другим моделям структуры потока. При этом зависимости Аа от параметров модели получают описанным способом из уравнений для дисперсии С-кривой. [c.114]

Нами рассмотрены основные теоретические модели структуры потоков в распространенных конструкциях колонных аппаратов химической промышленности, методы экспериментального нахождения параметров моделей и количественные зависимости для последних. Изложены методы расчета массообменных и реакционных колонн с учетом реальной структуры потока. В заключение представляется целесообразным остановиться на следующих основных моментах. [c.251]

В заключение следует отметить, что хотя приведенные выше модели широко используются в расчетах процессов массообмена, они являются приближенными. Задачей автора была демонстрация методов получения математических описаний процессов массообмена, основанных на использовании систем уравнений балансов для каждой фазы. Различные структуры потоков, условия на границах, способы определения межфазной поверхности могут изменить вид уравнений и составляющие математических описаний. Возможные виды математических описаний для разных процессов массообмена рассмотрены в литературе [27—30]. Однако общий подход остается тем же. [c.95]

Ниже приведены метод расчета отводящих участков (расчет степени неравномерности потока на выходе из аппарата и места устройства выходного отверстия), а также результаты экспериментальной проверки этого метода и подробного изучения структуры потока на участках перед выходом из аппарата. [c.137]

Расчет коэффициента теплоотдачи в межтрубной зоне теплообменного аппарата представляет весьма трудную задачу. В литературе имеются лишь ограниченные сведения по методам расчета промышленных аппаратов со сложной структурой потока теплоносителя. Наличие поперечных перегородок вызывает многократное изменение направления потока, а различные зазоры (между корпусом аппарата и перегородками, перегородками и трубами пучка, байпасный канал между корпусом и пучком) обусловливают существование протечек теплоносителя. [c.236]

Наиболее распространенным методом структурного анализа технологических систем является метод введения в поток различного типа индикаторов. Однако с ярко выраженной структурной неоднородностью или для многофазных систем, где распределение долей объема между фазами неизвестно, анализ структуры потоков на основе индикаторных методов встречает определенные трудности. Индикаторные методы не позволяют выявить соотношения различных объемов, составляющих неоднородную систему. [c.396]

Для независимого определения параметров гидродинамической структуры потоков в насадке предложен метод, основанный на использовании условий нестационарной гидродинамической обстановки в слое насадки [78]. Принимая, что при неустановившемся движении потока жидкости распределение его массы в насадке вдоль оси движения происходит в соответствии с механизмом, аналогичным диффузионному. уравнение распределения массы потока жидкости в слое можно записать [c.399]

Использование математической модели с источниками и стоками, а также прямого гидродинамического метода определения структуры потоков позволило установить зависимость статической удерживающей способности Фет от гидродинамических режимов в аппарате. Установлен экстремальный характер этой зависимости (рис. 201). Динамическая удерживающая способность определялась методом отсечки и прямым методом. Статическая удерживающая способность Фет рассчитывалась как разность между полной удерживающей способностью насадки и динамической удерживающей способностью насадки фд . Полная удерживающая способность насадки определялась по кривым отклика системы на индикаторное возмущение. Наблюдаемое увеличение Фет с ростом нагрузок по обеим фазам до точки экстремума (лежащей в [c.402]

Прямой метод определения параметров моделей многофазных потоков, в случае многофазных систем или систем с ярко выраженной структурной неоднородностью, когда распределение объема между фазами или неоднородностями неизвестно, анализ структуры потоков индикаторными методами в известной мере затруднен. Трудности анализа функций отклика системы на типовые возмущения по составу потока обусловлены сопутствующими помехами, вызванными такими явлениями, как молекулярная диффузия в поры и капилляры твердых частиц, в пленки и карманы в пространстве между этими частицами, конвективная диффузия в застойных зонах системы, адсорбция и десорбция индикатора на поверхности частиц и стенок, ограничивающих поток и т. д. [c.29]

В зависимости от степени нелинейности объекта существующие методы идентификации целесообразно разделить на две группы методы, ориентированные на линейные системы, и методы, специфические для нелинейных систем. Методы первой группы чаще всего используются для уточнения той части функционального оператора Ф, которая ответственна за гидродинамическую структуру потоков в технологическом аппарате. Методы второй группы используются преимущественно при определении и уточнении параметров другой его части, которая отражает кинетику физикохимических превращений в системе. [c.16]

Пример. Рассмотрим приближенный метод дискриминации математической модели структуры потока жидкой фазы в насадочной колонне. [c.259]

Широкое распространение метод моментов получил при исследовании гидродинамической структуры потоков в аппаратах химической технологии. Задачи, решаемые при этом, в основном относятся к классу задач автономной идентификации, хотя не исключена возможность разработки на их основе методов, пригодных для непрерывной идентификации. [c.334]

Основной причиной потери точности метода моментов при анализе гидродинамической структуры потоков в технологических аппаратах являются погрешности в определении моментов с помощью экспериментальных функций отклика объекта на типовое возмущение по составу потока. С повышением порядка определяемого момента погрешности возрастают. [c.337]

Вторая сфера связана с принципом раздельного (независимого) определения параметров функционального оператора ФХС. Структура функционального оператора ФХС обычно состоит из двух частей линейной части, отражающей гидродинамическую структуру потоков в технологическом аппарате, и нелинейной части, отражающей кинетику физико-химических превращений в системе. Методы идентификации, рассмотренные в данной главе, позволяют в основном уточнять параметры первой части оператора ФХС. При этом особенно важную роль играет метод моментов и связь между понятиями весовой функции динамической системы и функцией распределения элементов потока по времени пребывания в аппарате (функцией РВП). Многочисленные примеры применения указанной методики рассматриваются в следующей главе. [c.343]

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПОТОКОВ В АППАРАТАХ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ [c.345]

Параметры этой модели Д и обычно определяются путем анализа функции отклика системы на возмущение по составу потока, для чего используются различного типа индикаторы. Однако для систем с ярко выраженной структурной неоднородностью или многофазных систем, где распределение долей объема между фазами заранее неизвестно, анализ структуры потоков на основе индикаторных методов иногда затруднителен. Трудности анализа функций отклика на возмущения по составу потока обусловлены тем, что существенный вклад в неравномерность распределения элементов потока по времени пребывания в аппарате могут вносить такие явления, как молекулярная диффузия в поры и капилляры твердых частиц системы, в пленки и карманы в пространстве между этими частицами, конвективная и вихревая диффузия в застойных зонах системы, адсорбция [c.345]

Здесь мы рассмотрим метод раздельного и независимого определения параметров гидродинамической структуры потоков в насадке, в известной мере свободный от недостатков перечисленных [c.350]

Пользуясь моментами более высоких порядков, эту же задачу можно решить путем регистрирования кривой распределения только в проточной зоне на выходе системы. Однако при этом резко возрастает влияние экспериментальных погрешностей на результаты расчета. В этом смысле метод анализа структуры потоков с применением радиоактивных изотопов имеет суш ественные преимущества. [c.387]

В этой главе рассмотрен ряд характерных примеров использования методов идентификации линейных систем для описания гидродинамической структуры потоков в технологических аппаратах на основе модельных представлений. При описании ФХС с помощью типовых моделей функциональный оператор ФХС обычно состоит из двух частей части, отражающей гидродинамическую структуру потоков в аппарате (как правило, линейная составляющая оператора), и части, отражающей собственно физико-химические превращения в системе (как правило, нелинейная составляющая оператора). Линейная составляющая оператора ФХС, соответствующая так называемому холодному объекту (т. 8. объекту без физико-химических превращений), допускает эффективное решение задач идентификации линейными методами. При этом поведение ФХС отождествляется с поведением такой динамической системы, весовая функция которой совпадает с функцией РВП исследуемого объекта. Такой подход открывает возможность при описании гидродинамической обстановки в технологических аппаратах широко применять метод нанесения пробных возмущений, который в сочетании с общими методами структурного анализа ФХС представляет эффективное средство решения задач системного анализа процессов химической технологии. [c.432]

Рассмотренный подход служит основой построения стохастических моделей для описания кристаллизации в основном в аппаратах с нечеткой структурой потоков (структурой, которую невозможно описать детерминированными методами механики сплошной среды). [c.135]

Исходя из блочного представления математической модели элемента технологической схемы, описание явлений, характеризующих перенос и распределение субстанции по координатам и по времени и базирующихся на фундаментальных законах гидромеханики многокомпонентных многофазных систем, составляет основу будущей модели. Учет реального распределения температур, концентраций компонентов и связанных с ними свойств, например плотности, вязкости и т. д., по пространственным координатам аппарата и во времени позволяет оценивать степень достижения равновесности тепломассопереноса, химического превращения, т. е. эффективность конкретного аппарата. Описание гидродинамической структуры потоков основано на модельных представлениях о гидродинамической обстановке в аппарате, использующих ряд идеализированных типовых моделей. Аппарат такого представления достаточно развит для однофазных потоков, разработаны и методы идентификации параметров отдельных моделей применительно к реальным условиям протекания процесса. Математическое описание типовых моделей структуры потоков приведено в табл. 2.1. [c.84]

Для исследования структуры потока по методу установившегося состояния индикатор (раствор поваренной соли) непрерывно подают на выходе потока у сливной планки с постоянным расходом с помощью сосуда Бойля - Мариотта. Спустя некоторое время после подачи индикатора, когда на тарелке достигается установившийся режим, с помощью кондуктометрических датчиков, установленных на тарелке по длине пути пенного слоя жидкости в трех сечениях ], измеряют концентрацию индикатора. При этом определяется размер зон полного перемешивания и диффузии, а также величины Ре в каждом сечении по формуле [c.110]

Рассмотрим методы проверки адекватности на примере исследования модели процесса массообмена иа барботажных тарелках. Очевидно, следует различать два этапа проверки адекватности модели реальному процессу первый - это проверка адекватности модели структуры потока жидкости (по С-кривой, -кривой и т. д.) второй - проверка адекватности модели реальному процессу массопередачи. [c.131]

Проверка адекватности модели структуры потока жидкости осуществляется путем сравнения экспериментальной кривой отклика на типовое возмущение с теоретическими функциями отклика, рассчитанными по предлагаемой модели. Этот метод мало эффективен, поскольку при этом можно подобрать такую модель, которая будет абсолютно точно воспроизводить экспериментальную кривую и в то же время совершенно не соответствовать механизму процесса. [c.131]

В /чебном пособии рассмотрены основные понятия и определения, принятые в моделировании химико-технологических процессов на ЭВМ. Приведены методы построения математических моделей. Рассмотрены типовые модели структуры потоков в аппаратах и математические описания некоторых химических, тепло-обменных и массообменных процессов. [c.2]

Книга посвящена объяснению и оценке влияния тр1чстуры потоков а эффективность колонных аппаратов химической и родственных ей отраслей промышленности. Подробно рассмотрены математические модели, позволяющие описать реальное взаимодействие потоков в колонных аппаратах. Обобщены доступные экспериментальные данные для ряда колонных аппаратов. Особое внимание обращено на освещение методов расчета колонных аппаратов с учетом реальной структуры потоков. [c.4]

При неравномерности структуры потока дисперсной фазЦ (неодинаковый размер капель, застойные зоны) может существенно увеличиваться коэффициент продольного перемещивания п.д, определяемый импульсным методом. Исследование продольного перемешивания дисперсной фазы в РДЭ показало [151],что в случае диспергирования легкой фазы часть ее скапливается вблизи вала под горизонтальными дисками ротора, образуя застойные зоны конической формы. Наблюдавшееся отклонение результатов, полученных при исследовании продольного перемешивания дисперсной фазы [148], от рассчитанных по уравнению (5) табл. 6, мож но объяснить тем, что в работе 148] применяли импульсный ввод траооера и,. следовательно, определяли сум/марный эфф ект от не рав номвряостей потока и его обратного промешивания. [c.169]

В работе [21] на основе диффузионной модели структуры потока предложен метод определения параметров продольного перемешивания по скачку концентраций на входе сплошной фазы Метод основан на преобладающем продольном перемешивании в аппарате, поскольку в питающей трубке оно пренебрежимо мало. Это означает, что в сечении входа значение. коэффициента продольного перемешивания резко изменяется, приводя к скачку концентраций во входящей фазе. Скачок, оцениваемый числом единиц переноса 7 , зависит от фактора массообмена F = mVyjVx и числа Пекле сплошной фазы Рес и в меньшей степени — от числа Пекле дисперсной фазы Pe . Предложена [21] номограмма, позволяющая одновременно определять значение Рес и Ред по значениям F и Т. [c.202]

Использование вычислительных машин для расчета процессов разделения смесей, оиисаиное в первом издании, получило дальнейшее развитие и позволило применить метод математического моделирования как основной прием анализа диффузионных процессов. Метод математического моделирования дает возможность глубже изучить структуру потоков в однофазных и двухфазных системах. [c.3]

Основой для составления математического описания реакторного процесса являются уравнения, описывающие гидродинамику потоков перерабатываемых и получаемых продуктов. В зависимости от этого и классифицируются реакторы по типам. По двум основным моделям потоков различают два типа реакторовг реактор идеального перемешивания и реактор идеального вытеснения. При выборе модели потока учитываются следующие факторы [5] модель должна отражать физическую сущность реального потока при относительной простоте математической формулировки должен существовать метод либо экспериментального определения параметров модели, либо аналитического их расчета структура потоков должна быть удобна для расчета конкретного процесса. [c.21]

Тот факт, что решение прямой задачи относительно моментов, как правило, много проще поиска точного решения уравнений математической модели относительно концентрации вещества в потоке, является основешм достоинством данного метода. Такой способ идентификации особенно удобен при анализе объектов с распределенными параметрами и объектов со сложной комбинированной структурой потоков. [c.335]

Данные, приведенные в таблице, позволяют сделать ряд интересных выводов относительно гидродинамической структуры потоков в порах осадка. Из таблицы видно, что числа Ре (графа 10), определенные для проточных пор осадка гидродинамическим методом, в среднем на порядок превышают значения Ре, рассчитанные по кривым вымывания примеси из осадка (графа И). Такая значительная разница в числах Ре объясняется тем, что расчет Ре по индикаторным кривым отклика на основе однопараметрической диффузионной модели не предполагает деления порового пространства осадка на объем водопроводяпщх, крупных проточных пор и объем тупиковых и не отражает явления переноса примеси. С увеличением давления промывки числа Ре, определенные гидродинамическим методом, уменьшаются. Уменьшение Ре обусловлено более быстрым ростом коэффициента продольного перемешивания В по сравнению с увеличением скорости потока промывной жидкости V (графы 2, 4 и 12 таблицы). [c.401]

Как следует из материала рассмотренной главы, применение указанной методики позволило решить ряд важных практических задач в области расчета процессов, протекающих в химико-технологической аппаратуре. Так, развит прямой метод исследования гидродинамической структуры потоков в аппаратах на основе специфических свойств неустаповивпшхся течений жидкостей и газов в насадке и пористой среде установлен характерный для насадочных колонн гидродинамический эффект, проявляющийся в наличии экстремальной зависимости статической удерживающей способности от нагрузок по фазам на аппарат созданы методики и получены расчетные формулы для определения важнейпшх гидродинамических параметров структур потоков — коэффициентов продольного перемешивания, относительных объемов проточных и застойных зон, коэффициентов обмена между проточными и застойными зонами. Результаты исследования гидродинамической структуры потоков в насадке положены в основу анализа динамики процесса абсорбции в насадочных колоннах, оценки управляемости по каналам гидродинамики и массообмена и синтеза оптимального управления этими аппаратами. [c.433]

Решение задачи идентификации модели нелинейного химико-технологического процесса [10]. Построение адекватной модели технологического процесса предполагает адекватное отражение гидродинамической структуры потоков в аппарате и адек-кватное описание кинетики процесса. В настоящее время решение первой задачи сводится в основном к обработке кривых отклика системы на типовое (импульсное, ступенчатое, гармоническое) или произвольное (детерминированное, случайное) возмущение по концентрации индикатора в потоке с использованием методов теории линейных систем автоматического регулирования. Эти методы, подробно рассмотренные выше, ограничиваются линейным случаем и не пригодны для решения нелинейных задач. Решение задачи идентификации линейных кинетических уравнений не представляет математических трудностей и ограничивается в основном использованием аппарата линейной алгебры. [c.461]

Для более высоких значений чисел Рейнольдса в работе [13] исследовано течение вокруг твердой сферы с помощью метода Га-леркпна. Однако иредиринятая попытка построить решение для Re>70 с той же аппроксимирующей функцией не имела успеха. Трудность получения удов тетворительных результатов при возрастании Re обусловлена сложной структурой потока. Зависимость коэффициента сопротивления для твердой сферы от критерия Рейнольдса при установившемся движении подробно исследована в ряде экспериментальных работ, наиболее полный обзор которых содержится в [14—18]. Опытные данные хорошо ложатся на одну кривую — кривую Рэлея [19—21]. Для коэффициента сопротивления в области 2<Ре<500 (область, в которой обычно осуществ- [c.250]

Специфика объектов химической технологии как ФХС накладывает свой отпечаток на рабочий аппарат диаграмм связи. Для описания характера совмещения и взаимодействия потоков субстанций в локальном объеме ФХС наряду с ранее определенными узловыми структурами О и 1 вводятся новые структуры слияния 01 и 02, играющие важную роль при топологическом описании сложных объектов химической технологии. Определяются кодовые диаграммы основных типов структур потоков и физико-хими-ческих явлений в гетерофазных ФХС. Класс энергетических элементов и диаграмм связи расширен за счет введения псевдоэнергетических элементов и топологических структур связп, что позволило существенно расширить сферу применения топологического метода описания ФХС. Так, введение новых инфинитезимальных операторных элементов позволяет наглядно и компактно представить весь сложный комплекс физико-химических явлений, происходящих при бесконечно малых преобразованиях точек сплошной среды. Последнее открывает широкие перспективы для топологического описания систем с распределенными параметрами. Наконец, для учета информации о начальных и граничных условиях и ее использования при топологическом описании ФХС предложен конструктивный метод представления геометрической информации в диаграммной форме и преобразования ее к аналитическому виду с помощью специальных логико-алгебраических операций (ЛАО). [c.102]

При исследовании структуры потока известным методом синусоидальных возмущений проверка гщекватности может осуществляться путем сравнения экспериментальных и теоретических зависимостей амплитудных и фазовых характеристик. Адекватность модели структуры потока может быть проверена также путем сравнения функций интенсивности. [c.132]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология