CC BY
28
самым сформировано соответствие , сопоставляющее каждому к (при заданной структуре СТС
V, заданных операций 0.а и уК) единственное значение
^ = Г (к),
где а - номер операции.
Этим обеспечивается отображение каждой точки к в области К допустимых решений в точку wa в
пространстве полезности Кр.
Основной формой конкретизации задачи является операция, поэтому для решения каждой типовой задачи разрабатывается операция, в описании которой помимо параметров задачи, ее цели и концепции СТС должен найти отражение и замысел операции. В задачах проектирования набор операций не должен превышать минимально необходимой для обоснования всех параметров СТС, введенных в рассмотрение. Таким образом, задачи, стоящие перед СТС, в конкретном их воплощении задаются набором типовых операций, отображающих в эпизодах прогноз состояний системы на различных стадиях ее жизненного цикла. Отсюда следует, что в большинстве случаев задача оптимизации процессов принятия решения на различных этапах жизненного цикла СТС должна ставиться как многоцелевая помимо того, что в каждой операции она может являться многокритериальной.
Таким образом, для начального этапа достаточно представлять задачи, поставленные перед СТС, в следующем виде (после формирования ее концептуального облика) [1], [3], [4]:
- набор типовых операций СТС а = 1,..., 1, определенных в значительной степени словесно, с минимальным числом количественных параметров;
- ориентировочные значения наборов параметров внешних условий (независимых входов задачи)
{ у} = { У, У }а;
- рекомендуемая номенклатура параметров эффекта СТС в каждой из операций wa = {м^,..., wapa} ;
- желаемое максимальное значение некоторых из
показателей эффекта в операциях, к которым следует стремиться, что условно представлено записью
(2)
где - некоторые из компонент 1, ра в ранге критериев; w'aas - заданные числа;
- ограничения на нижний допустимый уровень некоторых из характеристик х) и параметров эффекта wi :
x" > xa0], j е 1,m;
w? > wam, i е 1, pa
(3)
- заданные числа.
в ранге ограничений, где х0^,
Если цель представлена в форме выражений (2), а ограничения - в форме неравенств (3), то задачи, стоящие перед СТС, можно определить введением вектора и задачи проектирования:
мa={w,
a
05,
а0 j
Отдельно должен быть указан желательный уровень затрат на СТС, к которому следует стремиться: С ® Са.
Список литературы
1. Краснощекий, П.С. Математическое обоснование приложения методов декомпозиции для задач проектирования управленческих решений / П.С. Краснощекий и др. -М., 1999.
2. Плашенков, В.В. Основы системного анализа: монография / В.В. Плашенков. - Череповец, 2002.
3. Плашенков, В. В. Системные исследования: основы, методы, проблемы и пути их решения: монография. Ч. 1: Теоретические и методические основы технико-экономических исследований / В.В. Плашенков. - Череповец, 2006.
4. Плашенков, В.В. Системные исследования: основы, методы, проблемы и пути их решения: монография. Ч. 2: Проблемы системных исследований и пути их решения / В.В. Плашенков. - Череповец, 2006.
wa ® waa
5
a
a
w
УДК 621.181
Н.Н. Синицын, В.А. Кушков, А.К. Кудрявцева, А.Н. Нохрин
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОГРЕВА ВЫСОКОВЛАЖНОЙ КОРЫ ЕЛИ
Статья содержит результаты проведения экспериментов по прогреву коры ели.
Экспериментальная установка, высоковлажная кора ели, прогрев, выход влаги, выход летучих веществ. The paper presents the results of experiments on the warming up of the fir tree crust.
The experimental installation, fir tree high-moisture crust, warming up, moisture output, volotile substances output.
При использовании высоковлажной коры в качестве топлива, без добавок высококалорийного топлива, возникают проблемы при обеспечении устойчивого горения в топках котлов, поэтому возникает задача совершенствования технологии сжигания высоковлажной коры деревьев в топках котлов. Для выбора оптимальной технологической схемы энергетического использования коры деревьев необходимо выполнить исследование его теплотехнических и гранулометрических характеристик.
Процесс горения твердого натурального топлива представляет собой комплекс сложных физико-химических явлений, из которых основными является теплообмен частиц топлива с окружающей средой, выход влаги, выход и горение летучих веществ, горение коксового остатка. При этом надо учитывать внешние условия процесса, связанные с конкретной конструкцией промышленной установки или способа сжигания.
Для постановки задачи о прогреве частицы твердого натурального топлива необходима определенная схематизация процесса [1], [2]. Расчетная схема процесса прогрева куска коры в экспериментальной установке представлена на рис. 1.
Рассмотрим нагрев плоского тела в среде с постоянной температурой. В начальный момент времени (т = 0) все точки пластины имеют одинаковую температуру Т0. Влажность пластины имеет значение . Температура Т0 меньше температуры испарения
влаги, Тисп = 100 °С. Коэффициент теплопроводности и теплоемкость зависят от температуры.
Рис. 1. Схема к расчету прогрева плоского тела:
- площадь поверхности цилиндра; - площадь поверхности пластинки; Т0 и Т2 - температура поверхностей цилиндра и пластинки
Задачу математически можно сформулировать так:
c-PiЪ = f fii> х>°> 0£х(1)
dr ax V ax J
c2-P2^ = f (1I, r>0, h<x<5; (2)
dr ax V ax
л dti ) л эт2 (h, t ) dh
li 1 d =1* 2а + W Pir"dT; (3)
ax ax d r
dV , — = k° exp d r
E
RT2 (x,r)
(1 - V ) ;
dm = dW + V d r d r d r
Начальные условия: T (x,0) = T2 (x,0)= T0;h = 8. Граничные условия: T (h, t) = T (h, t) = тисп = const;
ЭТ n
—1 = 0 - условие симметрии;
Эх „=„
(4)
(5)
Q = e - 5,67
-^пов пр >
(Ï - {1-У
V10°J V10°J
F.
(6)
Здесь Т1 - текущая температура до фронта испарения влаги; Т2 - текущая температура после фронта испарения влаги; х - текущая координата; с1, р1, с2, р2, - коэффициенты (теплоемкости, плотности, теплопроводности) влажного и сухого материала; V -доля летучих веществ в прогреваемом материале; гп -теплота испарения; 0пов - тепловой поток на поверхности пластины; Едр - приведенный коэффициент излучения системы тел (цилиндра и пластины); Е0 и Е2 - площадь поверхности цилиндра и пластинки; т - масса пластины; т - время; Е - энергия активации; 5 - полутолщина пластины.
В системе уравнений два уравнения описывают прогрев влажной пластины до и после фронта испарения влаги. Третье уравнение определяет положение фронта испарения влаги. Четвертое уравнение определяет выход летучих веществ.
Решение системы (1) - (6) дает возможность получить измерение массы пластины во времени и изменение температуры по сечению пластины. Предложенная схема учитывает возникновение градиента температур по сечению с учетом изменения массы во время прогрева, сушки и выхода летучих веществ.
Задача прогрева пластины при Ы < 0,1 формулируется так: пластина полутолщиной 50 и температурой Т2 подается в реакционную камеру с температурой Т0 > Т2. Прогрев, испарение влаги и прогрев коры происходит за счет теплоты, полученной от газа и раскаленной стенки. Уравнение теплового баланса для пластины в реакционной камере записывается так:
d1
г • г • -
d r
: {а[1 -T*]-F* + а^пад -°0 - e* [Т> (50,r)]4}-F*.,
где m и c - масса и удельная теплоемкость пластины; an - коэффициент поглощения; о0 - постоянная Стефана - Больцмана.
Изменение массы за счет испарения влаги:
¿т = аов
гИСП + Ср.п Т - T2),
где гисп - теплота парообразования; срп - удельная теплоемкость пара; QПов - тепловой поток на поверхности пластины.
Решение системы дифференциальных уравнений дает возможность получить изменение массы частицы во времени и изменения температуры по сечению тела. Адаптация результатов расчета системы уравнений и экспериментальных данных по изменению массы позволит рассчитывать время прогрева материала и изменение массы во времени. Результат зависит от конкретных внешних и внутренних условий тепломассообмена частиц коры. Поэтому на установке по исследованию прогрева кусков коры проведен мониторинг массы пластины из высоковлажной коры при ее нагревании. Пластина коры ели необходимых размеров закреплена на конце длинного плеча разноплечих рычажных весов и уравновешивается перемещаемым грузиком на коротком плече весов. После уравновешивания весы перемещаются по столу так, что пластина коры оказывается в середине нагреваемого объема электронагревательного устройства.
Относительная погрешность измерений находится в пределах 10-4 - 10-3, что соответствует техническому взвешиванию повышенной точности.
Результаты прогрева пластины из коры ели представлены на рис. 2.
Образцы коры ели размером 40 х 40 х 4 мм помещались на лоток длинного плеча весов и вдвигались в рабочее пространство электропечи СУОЛ-0,44/12-М2-У42 с температурой 300 °С в момент времени t = 0 мин на оси абсцисс (см. рис. 1). С этого момента производилось отслеживание изменения массы коры. Через 5 минут появился дым - интенсивный выход летучих. На 11-й минуте выход дыма прекратился. После выделения дыма начинается процесс горения образца. После 17 минут нагрева изменения массы не происходило.
Технические параметры образца коры:
1. Рабочая влажность W P = 55,53 % после выдержки в течение 2 ч в сушильном шкафу при T = = (105 - 110) °C.
2. Летучие фракции 89,56 % после выдержки в течение 7 минут при температуре 850 °C.
3. Зольность AP = 1,25 % после выдержки в течение 2 ч при температуре 800 °С.
4. Полученные данные позволяют оценить время прогрева образца из коры ели с учетом выхода влаги и летучих и горения коксового остатка.
Список литературы
1. Синицын, Н.Н. Методика расчета прогрева высоковлажной коры древесины / Н.Н. Синицын, В.А. Кушков, А.Н. Нохрин, А.К. Кудрявцева // Вестник ЧГУ. - 2010. -№ 2. - С. 94 - 98.
2. Синицын, Н.Н. Теплофизические процессы при движении одиночных частиц в газовом потоке / Н.Н. Синицын. - Череповец, 2001.
