CC BY
19
На практике оказалось удобным непосредственно использовать текущие непрерывные значения из диапазона (0 - 1), получающиеся на каждом выходе нейросетевого классификатора, и интерпретировать их как вероятностную оценку правдоподобия отнесения функционального состояния обследуемого органа к определенной градации. Тем самым появляется возможность не только получить информацию о принадлежности к тому или иному классу по наибольшему значению выхода сети, но и оценить степень надежности классификации. На рис. 2 представлены характерные образцы столбчатых диаграмм, отражающих результаты работы нейросетевого классификатора (советчика) на экране дисплея для случая относительно слабой патологии (рис. 2а), при патологии средней тяжести - (рис. 2б), тяжелой патологии - (рис. 2в) и практически здорового пациента (рис. 2г). Там же приведены и исходные периодограммы, на основе которых определяются информационные параметры, необходимые для работы классификатора.
Качество работы нейросетевого классификатора детально проверялось в ходе сертификационных испытаний диагностического комплекса и получило высокую оценку специалистов.
Выводы. Полученные результаты наглядно свидетельствуют о высокой эффективности работы нейросетевого каскадного классификатора для целей медицинской диагностики.
Литература
1. Авшалумов А.Ш., Филаретов Г.Ф. Медицинский КВЧ-диагностический комплекс // Материалы XXXII Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе» - 1Т+8Б’2005, с. 313 - 315.
2. Авшалумов А.Ш., Филаретов Г.Ф. Каскадирование искусственных нейронных сетей при решении задач классификации. // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования. Т. 5: Сборник трудов Второй международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», Санкт-Петербург, 2006, с. 93 - 95.
УДК 621.265.91:621.762
МОДЕЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛО - И МАССОПЕРЕНОСА С ЦЕЛЬЮ ВЫРАБОТКИ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО РАЗРАБОТКЕ РЕАКТОРА ДЛЯ ПЛАЗМЕННОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ЦИРКОНОВОГО КОНЦЕНТРАТА
О. Т. Данилова, к.ф.-м.н., доцент Тел.: (3812) 65 26 49, e-mail: olgdan56@gmail.com Омский государственный технический университет, http://www.omgtu.ru
In the present work the algorithm for calculating the parameters of heat - and mass particles zircon concentrate with plasma flow equilibrium frequency discharge is proposed. The accounting of polydispersity feedstock to determine the optimum flow rate, the temperature and length of the reaction zone is performed using the passage of D (d) and density of the log - normal distribution of particle according to the diameters.
В настоящей работе представлен алгоритм расчета параметров процессов тепло - и массообмена частиц цирконового концентрата с плазменным потоком равновесного высокочастотного разряда. Учет полидисперсности исходного сырья для определения оптимальной скорости потока, его температуры и длины реакционной зоны производится с помощью функции прохода D(d) и плотности cp(d) логарифмически - нормального распределения частиц по диаметрам.
Плазма, реактор, плазменная струя, тепло - и массообмен, plasma, reactors, plasma jet, heat - and mass transfer
Key words: Plasma, reactors, plasma jet, heat - and mass transfer
При организации плазменного процесса разложения и обогащения минеральных порошковых концентратов по целевому продукту требуется установить в зависимости от гранулометрического состава сырья температурный диапазон, при котором выделение полезных компонент
происходит наиболее эффективно, и выработать рекомендации для разработки плазменного реактора. Эта задача решается в результате анализа процессов тепло - и массопереноса, поскольку при обработке дисперсных материалов в плазменных струях возникает проблема нагрева частиц, объединяющих в своем объеме два или несколько веществ с различными теплофизическими свойствами. Нагрев частиц сырья из целевых продуктов в общем случае является нестационарным тепловым процессом и включает две стадии передачи тепла: конвективной теплоотдачи от газовой фазы к поверхности частицы и передачи тепла от поверхности частицы к ее центру путем нестационарной теплопроводности. Условие расплавления частиц исходного материала в модели определяется из ряда обычных допущений [1]:
- порошок по сечению канала распределен равномерно;
- перемешивание плазмообразующего и транспортирующего газов происходит мгновенно;
- расчетная среднемассовая температура газа относится к суммарному его расходу;
- температура газа по сечению канала распределена равномерно; теплопередача вдоль оси канала излучением отсутствует;
- все частицы исходного сырья имеют сферическую форму.
Основой алгоритма является решение уравнения движения сферической частицы в сопротивляющейся среде [2]:
4 3 <3м>? „ 2 (м - Мг)2 /1ч
-яг 3Рг-Т = Схп V-----(1)
3 ат 2
где г - радиус частицы; , р,р$ - скорости и плотности набегающего газа и частицы; Сх -
коэффициент сопротивления среды.
Последовательность выполнения алгоритма состоит в следующем:
1.Изначально задаются все константы, используемые в расчетах и их размерности: постоянная Планка, (Дж/с); масса (кг) и заряд электрона (Кл); постоянная Больцмана, (Дж/К); скорость света (м/с). Полагаем, что основные массивы данных, характеризующие свойства рассматриваемого вещества и плазменного потока, определены глобально.
2.Затем происходит инициализация внутренних переменных, необходимых для работы алгоритма.
3.Вычисляется путь I пройденный частицей на текущий момент ¿.
4. Оценивается длина зоны реакции (аг). Если длина зоны реакции в 1.7 раз больше диаметра реактора, то при условиях: а) равенства расстояния, пройденного частицей I, длине реакционной зоны 2 и б) Тц > Тг - вычисляется площадь в функции распределения частиц по гранулометрическому составу. Если же на выходе из реакционной зоны результаты не удовлетворяют нужным критериям, то производится аналогичный расчет для частицы диаметром больше на 1 мкм.
5.При достижении максимального значения радиуса частиц обрабатываемого материала, происходит изменение начальных данных для потока теплоносителя в пределах от минимального до максимального значений его скорости. Аналогично варьируется и температура потока.
6.Далее изменяется длина реакционной зоны до максимально возможной с шагом в один сантиметр, и шаги 1 - 3 повторяются.
Для более точно решения уравнения движения частицы в потоке при различных его скоростях используется зависимость коэффициента сопротивления упругой сферы Сх от числа Рейнольдса (Яг) . При этом учитывается, что:
а) при Яг < 1 имеет место ламинарное обтекание, описываемое формулой Стокса, включающей коэффициент динамической вязкости и :
р(м> - )2г
Яг =^---------^—, (2)
и
Сх = 24/ Яг. (3)
б) в диапазоне 20 < Яг < 100 положение линии отрыва смещается вверх по потоку, протяженность вихрей позади шара растет до 1,2 диаметра, коэффициент сопротивления увеличивается по сравнению со стоксовым значением и может быть вычислен по формуле Клячко [2]:
Сх = 24 /Яг+ 4 /Яг17 3. (4)
в) значения коэффициента сопротивления вплоть до Яг = 400 + 500 могут быть вычислены аппроксимированным выражением (3) или формулой:
Cx = 18.5/Re3 7 5. (5)
г) при 500 < Re < 105 происходит турбулентное обтекание шара, и коэффициент сопротивления в этом широком диапазоне остается практически неизменным:
Cx « const к 0.5 . (6)
После преобразования уравнение (1) с учетом формул (2 - 6) уравнение движения частицы в сопротивляющейся среде принимает вид:
dwS
= ¥(W — ws), (7)
ат
где
3CxJuRe
V = ' 2
16r Ps
(8)
Решение данного уравнения по неявной схеме позволяет определить скорость частицы в потоке за время ?0 и, следовательно, оценивать время пребывания частицы в реакционной зоне реактора.
Учет полидисперсности исходного сырья для определения оптимальной скорости потока, его температуры и длины реакционной зоны производится с помощью функции прохода в(а) и плотности (р(й) логарифмически - нормального распределения частиц по диаметрам:
, . 1 Igd
D(d) = ^----------------- f eXP
у 2п lg а —ад
(lgd — lgd50 )2
2lg2 а
d lg d ,
где а50 - медиана распределения; - стандартное отклонение логарифмов диаметра.
При этом определяется максимум функции
G(x) = ^(г^г, (17)
х0
где g(г) - функция распределения частиц по радиусу (г); х0, х1 - начальный и конечный радиусы частиц прогреваемых до температуры, лежащей в интервале от Т1 до Т2 при заданной скорости потока.
Найденное максимальное значение интеграла функции распределения, означает, что при данных скоростях, температуре потока теплоносителя и длины реакционной зоны возможна наиболее полная переработка вещества при определенных технических условиях.
Анализ результатов расчета распределения температуры по радиусу твердой частицы позволяет сделать следующие выводы. С уменьшением диаметра частицы уменьшается температурный градиент по ее радиусу. Так для частиц радиусом в 5 мкм при начальной температуре 5000 К разность между температурой поверхности и центра может достигать 1800 К. По мере продолжительности нагрева градиент температуры постепенно уменьшается. Выравнивание температуры для частиц большего диаметра происходит гораздо медленнее. Так для частиц диаметром 20 мкм это время равно 1,5 • 10-3 с, а для частиц диаметром более 50 мкм - 6 -10"3 с. Следовательно, нельзя пренебрегать радиальным градиентом температур, так как это приводит к значительным погрешностям в определении времени их прогревания до заданных температур (до 80 %).
Чем выше начальная температура теплоносителя, тем больше разница между температурами прогрева частиц мелких и крупных фракций. Так, например, при начальной температуре теплоносителя Т=3000 К частица полидисперсного материала размером 5 мкм, при длине реакционной зоны 0,5 метра и скорости потока 100 м/с нагревается до Т=2128 К, а частица 100 мкм, только до 1684 К. Причем время прогрева мелких частиц приблизительно на два порядка меньше времени прогрева крупных частиц.
Согласно расчетам для достижения температур разложения циркона на составляющие его окислы (1г02 и БЮ2) 2200 ^ 2500К, процесс следует проводить при длине реакционной зоны 0,7м, скорости потока 45 м/с с температурой 4800 К.
Литература
1.Плазмохимические процессы / И. В. Кочетов [и др.] - М.: Изд-во «Наука», 1979. - 326 с.
2. Сурис А. Л. Плазмохимические процессы и аппараты / А. Л. Сурис. - М.: Химия, 1989. - 304 с.
3. Физика и техника низкотемпературной плазмы /под ред. С. В. Дресвина. - М.: Атомиздат, 1972. -352 с.
