CC BY
54
УДК 681.3
А. Н. Умеров, В. Ф. Шуршев Астраханский государственный технический университет
РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ РЕЖИМОВ ТЕЧЕНИЯ ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ СМЕСЕЙ ХОЛОДИЛЬНЫХ АГЕНТОВ ВНУТРИ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ТРУБЫ
Введение
Масштабы техногенного воздействия на окружающую среду с каждым годом увеличивается. Особую тревогу вызывают разрушение озонового слоя Земли и глобальное потепление климата. Подписание Российской Федерацией международных соглашений, в частности Монреальского и Киотского протоколов [1, 2], накладывает обязательства по постепенному отказу от экологически опасных холодильных агентов и переводу существующего парка холодильного оборудования на экологически безопасные вещества. Одним из путей решения данной проблемы является поиск новых альтернативных холодильных агентов.
Монреальский протокол [1] опирается на две численные характеристики холодильных агентов: озоноразрушающий потенциал вещества и потенциал глобального потепления. Озоноразрушающий потенциал холодильного агента показывает, насколько сильнее (или слабее) он разрушает озон по сравнению с таким же количеством холодильных агентов R11 или R12. Вторая характеристика - потенциал глобального потепления - связана с наблюдаемым в последнее десятилетие усилением парникового эффекта [3]. Поскольку большинство холодильных агентов являются парниковыми газами, то для каждого из них вычисляется потенциал глобального потепления, соизмеряющий вклад данного холодильного агента в парниковый эффект с вкладом основного парникового газа - двуокиси углерода.
Одним из путей выхода из данной ситуации является использование смесей холодильных агентов, которые по своим теплофизическим, термодинамическим, иным свойствам близки к заменяемым веществам и имеют допустимые экологические свойства, в том числе приемлемые значения озоноразрушающего потенциала.
В существенной части парка малых машин, торгового оборудования, домашних холодильников и другого холодильного оборудования используют холодильный агент R12, имеющий высокую озоноразрушающую способность.
К смесям, составленным из компонентов с меньшими по значениям, чем у R12 показателями по воздействию на слой озона и потепление климата, можно отнести смесь хладагентов К22/НЛ42Ь. Озоноразрушающий потенциал Я22 составляет 0,05, R142b - 0,06 против 1 для R12, потенциал глобального потепления для Я22 равен 0,43, для R142b - 0,46 против 2,1 для R12. Эта смесь уже используется как холодильный агент-ретрофит, альтернативный озоноразрушающему R12 [4].
Постановка задачи
Были проведены исследования и получены экспериментальные данные по кипению смеси холодильных агентов Я22Ж142Ь [5]. Для идентификации режимов течения двухфазных потоков в горизонтальной трубе с помощью экспертной системы необходимо собрать, обобщить и соответствующим образом представить знания о режимах течения двухфазных потоков, провести согласование этих данных, разработать модель представления знаний в системе.
Идентификация и согласование режимов течения
Несмотря на наличие большого числа методов идентификации режимов течения, при огромном объеме экспериментальных данных часто возникает рассогласование результатов идентификации, и задача согласования режимов течения становится трудоемкой даже для эксперта-профессионала. Трудоемкость решения данной задачи может быть существенно сокращена, а качество решения улучшено, если будет разработана экспертная система идентификации и согласования режимов течения двухфазных потоков.
Одним из вариантов решения задачи идентификации режима течения при кипении смеси холодильных агентов является использование диаграмм режимов течения, созданных обобщением экспериментальных данных. Диаграмма режимов течения может быть создана для одного или нескольких холодильных агентов (смесей холодильных агентов) и в некотором смысле должна обладать свойством инвариантности, т. е. при схожих условиях быть применимой и к другим веществам. Однако на практике, при использовании данных различных диаграмм, между ними возникают противоречия, и требуется согласовывать режимы течения, полученные с применением различных диаграмм.
Для согласования режимов течения необходимо собрать и обобщить большое количество информации, полученной за длительный период экспериментальных исследований. В большинстве случаев диаграммы режимов течения, полученные при кипении и конденсации, должны быть взаимозаменяемыми.
Авторами были рассмотрены следующие диаграммы режимов течения при кипении и конденсации: Малышева, Ван Дер Ягта, Бейкера, Мэн-дена, Тейтеля и Даклера, Солимэна и Азера, Бребера, Тандона. На основании информации о результатах применения различных диаграмм, согласованности режимов течения для различных холодильных агентов (дополнительно рассматривались водовоздушные смеси) были созданы продукционные правила, при помощи которых оценивается степень согласованности режимов течения при кипении смеси холодильных агентов.
Модель представления знаний
Для моделирования структуры знаний предметной области используется система фреймов, состоящая из фреймов, которые отражают понятия предметной области и связи между этими понятиями.
На основании концептуального анализа были выделены следующие группы основных понятий предметной области:
- жидкости;
- смеси различных однородных гомогенных жидкостей (например, К22/НЛ42Ь);
- чистые жидкости (например, R12, вода, R22);
- жидкости с примесями (например, R142b + масло);
- процессы;
- процессы кипения;
- процессы конденсации;
- режимы течения;
- данные о режимах течения;
- диаграмма режимов течения;
- экспериментальные данные по режимам течения;
- свойства холодильных агентов и их смесей;
- данные о взаимосвязи формул предметной области.
Разрабатываемая экспертная система является многоуровневой
с комбинированным механизмом вывода, основанным на фреймах и продукционных правилах. Фреймовая модель [5, 6] позволит отразить в полной мере специфику предметной области и легкоформализуемые знания экспертов, а продукционный механизм вывода - трудноформализуемые знания экспертов. При этом подходе также будет расширены возможности лингвистической компоненты [6] (модуля объяснения решений) экспертной системы.
Основной информацией для идентификации экспертной системой режима течения являются знания о предметной области, экспериментальные данные и диаграммы режимов течения. Принципиальное различие между диаграммами режимов течения и экспериментальными данными, на основе которых они построены, заключается в том, что диаграмма содержит информацию, обобщенную экспертом, и может включать дополнительные знания эксперта, которые невыводимы из этих экспериментальных данных.
В процессе решения задачи идентификации экспертная система осуществляет переходы по иерархии фреймов, основываясь на базе продукционных правил.
Выводы
Предложенный подход к построению экспертной системы, основанный на совмещении теории фреймов, продукционного механизма вывода и методов классификации экспериментальных данных, позволит более качественно идентифицировать режимы течения двухфазных потоков экологически безопасных смесей холодильных агентов и впоследствии более эффективно проектировать испарители холодильных машин.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, 1987 г. (Монреаль, 16 сентября 1987 г.) с корректировками и поправками, внесенными вторым Совещанием Сторон (Лондон, 27-29 июня 1990 г.) и четвертым Совещанием Сторон (Копенгаген, 23-25 ноября 1992 г.), и дополнительно скорректированный седьмым Совещанием Сторон (Вена, 5-7 декабря 1995 г.).
2. Киотский протокол к Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (Киото, 11 декабря 1997 г.) // www.unfccc.int.
3. Кароль И. Л., Киселев А. А. Озон и фреоны: развод по-монреальски // Холодильный бизнес. - 2001. - № 6. - С. 4-6.
4. Букин В. Г. Смесь К22Ж142Ъ как замена R12 в действующих холодильных установках // Холодильное дело. - 1996. - № 4. - С. 30-32.
5. Шуршев В. Ф. Закономерности теплообмена при кипении смеси холодильных агрегатов И22Ж142Ъ: Автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.14.05. - С.-Пб., 1997. - 16 с.
6. Гаврилова Т. А., Хорошевский В. Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. -
С.-Пб.: Питер, 2000.
7. Искусственный интеллект. Базы знаний и экспертные системы: Учеб. пособие / А. М. Дворянкин, А. В. Кизим, И. Г. Жукова, М. Б. Сипливая / Волгоград. гос. техн. ун-т. - Волгоград, 2003.
Получено 1.04.05
THE DEVELOPMENT OF EXPERT IDENTIFICATION SYSTEM OF CURRENT REGULATIONS OF BIPHASE FLOW OF ECOLOGICALLY SAFE MIXES OF COOLING AGENTS INSIDE A HORIZONTAL PIPE
A. N. Umerov, V. F. Shurshev
The approach to develop an expert system intended for identification task solving and coordination of current regulations of biphase flows of ecologically safe mixes inside a horizontal pipe is considered in the paper. The combined model of knowledge representation, based on frames and production rules is given there.
