CC BY
20Dokichev T.V., Latypova D.R., Biglova R.Z., Talipov
R.F. // DAN. 2010. V. 430. part 2. P. 47-49.
15. Liu M., Sibi M.P. // Tetrahedron. 2002. V. 58. P. 79918035.
16. Тимбеков Э.Х., Садыков А.С. // Журн. общ. химии. 1955. T. 25. Вып. 5. С. 981-983;
Timbekov E.Kh, Sadykov A.S. // J. Gen. Chem. USSR. 1955. V. 25. N 5. P. 981-983 (in Russian).
17. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. М.: Мир. 1976. С.437-444;
Gordon A., Ford R. The chemist's companion. NY.: Wiley-Interscience. 1972. 560 p.
18. Leete E. // Bioorg. Chem. 1977. V. 6. P. 273-286.
Кафедра биоорганической химии
УДК 621.867.4-492.2
А.А. Петров, А.Е. Лебедев, А.И. Зайцев, А.Б. Капранова
ЭКСПРЕСС-МЕТОД ОЦЕНКИ ОДНОРОДНОСТИ СМЕСЕЙ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
(Ярославский государственный технический университет) e-mail: pa2311@gmail.com, lae4444@gmail.com, zaicevai@ystu.ru, kap@yars.free.net
На основе анализа изображений проб двухкомпонентных смесей сыпучих материалов представлен экспресс-метод получения значений концентраций их компонентов с последующим определением коэффициента неоднородности.
Ключевые слова: метод, концентрация, смесь, компонент, сыпучий материал, изображение, распределение, оттенок серого, коэффициент неоднородности
Методам оценки качества смесей сыпучих материалов посвящено достаточно большое число работ, из которых можно отметить [1,2]. Способы определения коэффициента неоднородности должны, на наш взгляд, отвечать следующим основным требованиям:
- достоверность полученных данных;
- достаточно быстрая обработка результатов, что особенно важно в непрерывных процессах смешивания, когда требуется оценить и своевременно скорректировать режимы переработки сыпучих сред;
- возможность получить достаточно точные результаты при смешении материалов, как сходных, так и сильно отличающихся по свойствам (размеры частиц, соотношение объемов, физические плотности частиц и др.), близких или сильно отличающихся по цвету;
- возможность анализа качества смесей с трудноразделимыми компонентами;
- методы и инструменты анализа должны быть достаточно простыми и доступными.
Настоящая работа посвящена созданию экспресс-метода оценки коэффициента неоднородности смеси, основанного на анализе изображений проб смесей трудноразделимых материалов, частицы которых отличаются по цвету. Раз-
работанный экспресс-метод заключается в следующем.
Вначале пробы смешиваемых материалов и готовой смеси распределяют раздельно равномерным тонким слоем на гладкой поверхности и фотографируют. Фотографирование всех проб осуществляется при одинаковых экспозициях.
щ/N
О 50 100 150 200 250
Оттенок серого
Рис. 1. Распределение пикселей изображения сыпучего материала по оттенкам серого цвета (пример) Fig. 1. Distribution of pixels of image of bulk material on gray tints (example)
Следующим этапом является попиксель-ный анализ изображений смешиваемых компонентов с получением распределения пикселей изображения по оттенкам серого в отношении к их общему количеству и их аппроксимация степенным многочленом. На рис. 1 представлен результат обработки фотографии пробы речного песка.
На представленном рисунке сплошной линией изображен аппроксимирующий полином, а точками - полученные значения оттенков серого.
Далее, анализируя изображения проб, и определяя принадлежность пикселей смеси к одному из материалов, вводится понятие «порогового» оттенка. В общем случае, «пороговый» оттенок находится как абсцисса точки пересечения аппроксимирующих полиномов, полученных при анализе изображений компонентов смеси. Эта точка расположена между абсциссами их глобальных максимумов.
На рис. 2 изображена схема определения порогового оттенка для наиболее распространенного случая, когда частицы смешиваемых материалов имеют разный окрас. Данные зависимости получены в результате обработки фотографий смеси манной крупы (1) с зернами пшена (2).
Щ/N
Оттенок серого Рис. 2. Визуализация рассчитанного "порогового" оттенка.
Наиболее характерный случай Fig. 2. Visualization of the calculated "threshold" tint. The most typical case
Однако, в случаях, когда смешиваемые компоненты имеют резко отличающиеся цвета (рис. 3) или близки по цвету в оттенках серого (рис. 4), применение такого метода определения «порогового» оттенка приводит к существенным погрешностям.
В этих случаях за «пороговый» оттенок принимается значение оттенка серого, соответст-
вующее середине отрезка между абсциссами глобальных максимумов аппроксимирующих полиномов.
На рис. 3 изображена схема определения «порогового» оттенка для смеси материалов, резко отличающихся по цвету, например манной крупы (1) и частиц гранулированного битума (2).
Щ/N
О 50 100 15П 200 250
Оттенок серого Рис. 3. Визуализация рассчитанного "порогового" оттенка.
Смесь компонентов, резко отличающихся по цвету Fig. 3. Visualization of the calculated "threshold" color. Mixture components differ greatly on color
Иллюстрация вычисления «порогового» оттенка смеси материалов близких по цвету (манной крупы и сахарного песка) приведена на рис. 4.
Щ/N 0,02
0,015 -
0,01 -
0,005 -
0 J
0 50 100 150 200 250
Оттенок серого Рис. 4. Визуализация рассчитанного "порогового" оттенка. Смесь компонентов, близких по цвету Fig. 4. Visualization of the calculated "threshold" color. The mixture of components closes to color
Определение «порогового» оттенка является наиболее важным шагом в процессе анализа проб.
После определения значений концентрации ключевого компонента, как отношения количества пикселей, ему соответствующих, к общему количеству пикселей изображения пробы, производится расчет коэффициента неоднородности смеси по известной формуле
с \п-1= '
где с - «идеальная» концентрация ключевого компонента смеси, п - количество проб, с7 - концентрация ключевого компонента в 7-й пробе.
Необходимо отметить, что предлагаемый способ, по сравнению с известными аналогами, например описанными в работе [2], обладает следующими преимуществами. Во-первых, становится возможной обработка изображений проб с близкими по цвету компонентами, что существенно расширяет область применения данного алгоритма, во-вторых, обработка цветных изображений не требует какой-либо предварительной подготовки фотографий.
Кафедра теоретической механики
Предложенная методика расчета концентрации материалов в смеси позволяет также обрабатывать и анализировать изображения проб эмульсий, при условии, что дисперсная фаза и дисперсионная среда имеют отличия по цвету в оттенках серого хотя бы на несколько единиц.
Составленный алгоритм был реализован в разработанной программе mixan [3], с помощью которой проведен анализ проб смесей различных сыпучих веществ и эмульсий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. М.: 1973;
Makarov Yu.I. Apparatus for bulk materials mixing. M.: 1973 (in Russian).
2. Таршис М.Ю., Королев Л.В., Л.В., Зайцев А.И. Патент РФ № 2385454. МПК B01F3/18. Опубл. 27.03.2010; Tarshis M.Yu., Korolev L.V., Zaiytsev A.I RF Patent N 2385454. MPK B01F3/18. Publ. 27.03.2010. (in Russian).
3. URL: http://pa2311.blogspot.eom/p/mixan.html.
УДК 532.5
А.Б. Капранова, Ю.В. Никитина, А-E. Лебедев, А.А. Петров
ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ ПО ЛОПАСТИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО РАСПЫЛИТЕЛЯ
(Ярославский государственный технический университет) e-mail: kap@yars.free.net, julia500005@mail.ru, xe666@mail.ru, pa2311@gmail.com
Предложен способ определения коэффициента проскальзывания вязкой жидкости вдоль криволинейной лопасти при условии ее равномерного истечения из камеры центробежного распылителя в зависимости от конструктивных и режимных параметров устройства. Полученные результаты могут быть использованы при разработке инженерного метода расчета центробежного распылителя.
Ключевые слова: центробежный распылитель, криволинейная лопасть, изотермическая вязкая жидкость, коэффициент проскальзывания, тензор напряжений, модель движения, цилиндрическая система координат, конструктивные и режимные параметры аппарата
Диспергирование вязких жидкостей предполагает, как правило, применение механических распылителей, имеющих оптимальное соотношение между показателями качества готовой продукции и энергозатратами на проведение данной технологической операции [1]. При этом к рабочим веществам центробежно-ударных устройств, предназначенных для получения потоков монодисперсных капель, можно отнести различные по свойствам несжимаемые вязкие жидкости - как ньютоновские (с линейной связью между тензо-
рами - напряжений и скорости деформаций), так и неньютоновские (с вязкостью, зависящей не только от скорости сдвига, но и дополнительных факторов - деформаций, движения, времени [2]). Примерами последних служат масляные краски, глинистые растворы, тонкие суспензии и т.п., которые активно используются в различных процессах переработки жидкостных сред.
В настоящей работе исследуются особенности движения пограничного слоя вязкой жидкости вдоль криволинейной лопасти центробежного
