CC BY
21
Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1
0.Э
площадь ЗОТ .3 см2 S вх=1.5 сг л2 г=1.5
5вых=5 ;м
угол выхода 3; авихригел я
20 30 40 50 60 70 80 80 Рис. 6. Влияние угла выхода из завихрителя на площадь ЗОТ
для завихрителей 45, 60, 70 и 80 градусов. Отличие их заключается в различном значении площадей зон обратных токов. Обобщая данные графики, можно построить график влияния угла выхода из завихрителя на площадь зон обратных токов (рис. 6). Анализ данного графика показывает, что наибольшей площадью зон обратных токов обладает КС, в которой угол выхода из завихрителя в соответствует 60 градусам.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лефевр А. Процессы в камерах сгорания ГТД : пер. с англ. - М. : Мир, 1986. - 566 с. : ил.
2. Нечаев Ю. Н. Теория авиационных двигателей. - М. : Воениздат, 1990.
3. Kilik Е. The Influence of Swirier Design Parameters on the Aerodynamics of the Downstream Recirculation Region / Ph.D. thesis, School of Mechanical Engineering ; Cranfield Institute of Technology. - England, 1976.
УДК 66.021 Васильев Артем Виниаминович,
аспирант кафедры машин и аппаратов химических производств Ангарской государственной технической академии, e-mail: art9am@gmail
Бальчугов Алексей Валерьевич, д-р техн. наук, доцент, заведующий кафедрой машин и аппаратов химических производств Ангарской государственной технической академии, e-mail: balchug@mail.ru
РАЗРАБОТКА НОВОЙ РЕГУЛЯРНОЙ НАСАДКИ С ЭФФЕКТОМ ЭЖЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
A. V. Vasiliev, A. V. Balchugov
DEVELOPMENT OF A NEW REGULAR PACKING WITH EJECTION EFFECT FOR HEAT AND MASS TRANSFER
PROCESSES
Аннотация. Разработана новая регулярная насадка с эффектом эжектирования для тепло- и массообменных процессов. Исследовано взаимодействие потоков газа и жидкости на новой насадке. Показано, что в предлагаемой насадке создаются благоприятные условия для протекания процессов тепло - и массообме-на.
Ключевые слова: насадка, массообмен, эжектирование.
Abstract. New regular packing with ejection effect for heat and mass transfer processes was de-
veloped. Influence of the interaction of gas and liquid in the new packing was investigated. It is shown, that in the new packing favorable conditions for the foresight of heat and mass transfer are created.
Keywords: packing, mass transfer, ejection.
Предлагаемое изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, применяемых для проведения тепло- и массообменных процессов в системе газ (пар) - жидкость, таких
иркутским государственный университет путей сообщения
как ректификация, абсорбция, очистка и осушка природного газа [1].
Насадка состоит из собранных в пакеты гофрированных листов, установленных вертикально, вершинами гофр друг к другу (рис. 1).
Рис. 1. Регулярная насадка для масообменных процессов
При этом используются гофрированные листы двух видов, установленные попеременно. В листах проделаны вырезы таким образом, чтобы стал возможен вход вершин гофр листа первого вида (1) в прорези вершин гофр листа второго вида (2) с образованием щелей между ними. На вершинах гофр листов первого вида имеются небольшие горизонтальные площадки (3). При сборке пакета насадки вершинами гофр листа первого вида и вырезами гофр листа второго вида образуются щели. В собранном виде гофрированные листы образуют горизонтальные, ромбовидные каналы и вертикальные, зигзагообразные каналы.
Угол сгиба а гофрированных листов может быть различным, на рис. 1 приведено изображение насадки, выполненной с углом сгиба а, равным 90°.
Гофрированный лист второго вида (2) выполнен следующим образом: в вершинах гофр
просечкой проделаны прорези (4). Прорези имеют одинаковую форму. Размеры прорезей (4) могут варьироваться и подбираться в зависимости от свойств среды, расхода жидкости и газа (пара). При обработке загрязненных сред, когда возможно забивание и закоксовывание, размер прорезей может быть увеличен. Данная конструкция гофрированных листов позволяет выполнять стыковку листов вида (1) и (2). Для уменьшения гидравлического сопротивления слоя насадки возможно проделывание просечек вдоль на сторонах гофр на листе второго вида (2).
Насадка работает следующим образом. Жидкость стекает сверху вниз, накапливаясь в нижней части ромбовидных каналов и образуя плоские струи при истечении с площадок (3). Таким образом, весь пакет гофрированных листов частично заполняется жидкостью, и определенный уровень жидкости постоянно присутствует в ромбовидных каналах. При этом жидкость стекает зигзагообразно, постоянно изменяя направление, что способствует перемешиванию и увеличению интенсивности тепло - и мас-сообмена. Газ поднимается снизу вверх по зигзагообразным каналам, эжектируя жидкость, стекающую с площадок (3). Газ устремляется в область (6), при этом захватывает стекающую жидкость с площадок (3), тем самым создавая эффект эжектирования. Он не может пройти через прорези (4), так как ему препятствует слой жидкости, который постоянно присутствует в ромбовидных каналах (в области (5)), а также некоторое препятствие создает наклон вверх площадки (3) (до 10°). Взаимодействие газа и жидкости осуществляется в ромбовидных каналах. При истечении с площадки (3) сначала струи жидкости и газа движутся параллельно, прямоточно, а затем ударяются о противоположную стенку, интенсивно перемешиваясь. Это приводит к увеличению интенсивности процессов тепло- и массообмена и повышению эффективности работы насадки. Это, в свою очередь, приведет к снижению габаритов аппарата.
Взаимодействие газа и жидкости (рис. 2) в ячейке (ромбовидном горизонтальном канале) происходит в три этапа.
Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
m
дс д2 c
дт дх2 '
(1)
где с - концентрация компонента в жидкости, кмоль/м3; В - коэффициент диффузии, м2/с; х -линейный размер, м.
В соответствии с моделью кратковременного контакта фаз предполагается, что к поверхности жидкости постоянно подходят свежие элементы жидкости, которые вытесняют порции жидкости, уже насыщенные поглощаемым компонентом. Таким образом, элемент жидкости находится в контакте с газом в течение очень короткого отрезка времени, когда глубина проникновения газа в жидкость мала сравнительно с толщиной слоя жидкости. При этом концентрация растворяемого компонента на поверхности жидкости остается постоянной, равной равновесной.
Интегрирование уравнения (1) дает выражение для коэффициента массоотдачи в жидкости [2, 3]:
Рис. 2. Схема потоков газа и жидкости на новой насадке
Первый этап состоит в прямоточном контакте двух параллельных горизонтальных плоских струй газа и жидкости, истекающих с площадки (3). При этом плоская горизонтальная струя жидкости как бы лежит на плоской горизонтальной струе газа. На втором этапе происходит удар двух струй о противоположную стенку ячейки, при этом происходит интенсивное перемешивание потоков. На третьем этапе потоки газа и жидкости разделяются, газ выходит через отверстие вверху ячейки, а жидкость -через нижнее отверстие.
С точки зрения математического моделирования взаимодействие потоков на первом этапе, когда плоские струи газа и жидкости в течение некоторого времени движутся прямоточно, можно рассматривать с позиций модели кратковременного контакта фаз [2, 3]. Данная модель предполагает, что взаимодействие элементов потоков происходит нестационарно в течение некоторого времени т. При этом массоперенос описывается уравнением нестационарной диффузии:
(2)
Уравнение массоотдачи позволяет определить количество поглощенного компонента:
2с * Г
M = ßM с Ft = -
■4dt ,
(3)
где с - равновесная концентрация компонента в жидкости, кмоль/м3; Г - поверхность контакта фаз, м2.
По уравнениям (2-3) выполнен расчет для системы СО2 - вода для следующих условий: равновесная концентрация углекислого газа в воде при температуре 20°С и давлении 1 ат составляет 0,117 кмоль/м3 [4, 5]; коэффициент диффузии СО2 в воде при 20 °С 1,8х10"9 м2/с [5]; длина струи 0,07 м; ширина струи 0,2 м. Результаты расчетов для различных скоростей струи представлены на рис. 3.
Результаты расчета по уравнениям (2) и (3) показывают, что при увеличении скорости струи количество поглощенного компонента на первом этапе снижается. Это связано со снижением времени пребывания жидкости в струе. Из этого не следует, что при увеличении скорости струи снизится общая эффективность массопередачи в ячейке, так как при этом возрастет кинетическая энергия струи и интенсивность перемеши-
□ =
§ 4=0Е-08--
и
Е 2=0Е-08--
¿3
"О^ОЕ-ОО -I-1-1-1-1-1-1-1
О ОД 0,2 0,3 0=4 0,5 0,6 0:.7
Скорость струи,м/с
Рис. 3. Зависимость количества поглощенного газа на начальном участке от скорости струи
вания газа и жидкости при ударе струй о противоположную стенку. Эффективность массопе-реноса на следующих двух этапах взаимодействия газа и жидкости позволят выяснить дальнейшие экспериментальные исследования.
Принципиальная возможность работы насадки была подтверждена в ходе экспериментов на лабораторной установке. Установка содержала насадочный аппарат, напорную емкость с водой, баллон с газом (СО2) и вентили. Пакет насадки состоял из трех гофрированных металлических листов высотой 0,15 м, шириной 0,10 м. Имелось три гофры на каждом листе, угол сгиба гофр составлял 90°. Шаг гофр составлял 0,05 м, высота гофр 0,03 м. Устанавливался расход жидкости, равный 150 мл/с, и расход газа 1 л/с. Через прозрачную стенку корпуса пакета насадки, выполненную из оргстекла, наблюдали за течением жидкости и газа. Проведенные эксперименты подтвердили принципиальную возможность работы насадки и доказали, что насадка обеспечивает эффективное взаимодействие газа и жидкости внутри ромбовидных каналов с образованием развитой поверхности контакта фаз.
В результате предварительных экспериментов установлено, что жидкость стекает с площадки (3) (рис. 1) в виде плоской струи, местами разрываемой потоком газа. Угол падения струи, как показали наблюдения, зависит от скорости потока газа. Чем больше скорость газа,
тем ближе угол падения струи жидкости к 90 ° (к горизонтальному потоку). При более высокой скорости газа возможен изгиб струи жидкости вверх.
Площадку (3) (рис. 1) можно выполнить гофрированной, в этом случае поток жидкости разобьется на множество ниспадающих струй, что приведет к увеличению поверхности контакта газа и жидкости и изменит характер их взаимодействия.
Как указывалось выше, другим направлением совершенствования насадки может быть изготовление листов (2) (рис. 1) в перфорированном виде, с отверстиями или просечками. Это позволит увеличить свободное сечение насадки и, как следствие, снизить ее гидравлическое сопротивление. При этом изменится механизм взаимодействия газа и жидкости в ячейке. Струи газа и жидкости будут не параллельными друг другу, а будут взаимодействовать перекрестно, причем поток газа будет входить в ниспадающую пленку жидкости снизу под некоторым углом. Это должно привести к дополнительному дроблению потока жидкости и увеличению поверхности контакта фаз.
Конструктивные размеры новой насадки определяются расходом газа и жидкости. Размер прорезей (4) (рис. 1) будет зависеть также от загрязненности жидкости. Чем выше загрязненность, тем больше ширина прорези.
Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
ш
Таким образом, в новой конструкции регулярной насадки, выполненной из гофрированных листов, создаются благоприятные условия для протекания процессов тепло- и массообмена между газом и жидкостью, и можно заключить, что предложенная насадка окажется конкурентоспособной в сравнении с насадками известных конструкций.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бальчугов А. В., Васильев А. В., Кузора И. Е.
Регулярная насадка для тепло- и массообмен-
ных аппаратов // Заявка о выдаче патента № 2011107769.
2. Аксельрод Ю. В. Газожидкостные хемосорб-ционные процессы. - М. : Химия, 1989 -240 с.
3. Рамм В. М. Абсорбция газов. - М. : Химия, 1976. - 620 с.
4. Дж. Перри. Справочник инженера-химика. Т. 1. - Л. : Химия, 1969. - 640 с.
5. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л. : Химия, 1976. - 552 с.
УДК 004.896(06) Молчанова Елена Ивановна,
д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры информатики ИрГУПС,
e-mail: moleli59@gmail.com Федоров Вячеслав Викторович, начальник отдела РиСПО ИрГУПС, e-mail: spawn_f@mail.ru
Щербаков Иван Вячеславович, аспирант, ИрГУПС, e-mail: anti1am3r@gmail.com
МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К СОЗДАНИЮ ГИБРИДНЫХ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ КАК WEB-ПРИЛОЖЕНИЙ
E.I. Molchanovа, V. V. Fedorov, I. V. Shcherbakov
METHODICAL APPROACH TO BUILDING HYBRID EXPERT SYSTEMS AS WEB-BASED APPLICATIONS
Аннотация. Предложен методический подход к созданию гибридных экспертных систем как web-приложений. Подход основан на разработке унифицированной модели базы знаний, не привязанной к онтологии предметной области. В качестве решателя используется система CLIPS, взаимодействие оболочки экспертной системы с пакетами прикладных программ осуществляется с помощью специально разработанной программы - демона CLIPS.
Ключевые слова: гибридная экспертная система, база знаний, база данных, механизм логического вывода, пакеты прикладных программ.
Abstract. We propose a methodological approach to the development of hybrid expert systems as web-based applications. The approach is based on developing a unified model of the knowledge base unattached to the domain ontology. System of CLIPS is used as a solver, the interaction of expert system shell with the application package is carried out by using a specially designed program - daemon CLIPS.
Keywords: hybrid expert system, knowledge base, database, inference, application packages.
Введение
В ИрГУПС выполняется разработка оболочки для создания гибридной экспертной системы (ЭС). Предметной областью разрабатываемой экспертной системы является рентгенофлуоресцент-ный метод анализа (РФА). Этот метод анализа химического состава вещества обладает развитой теорией и для решения своих задач традиционно привлекает аппарат математического моделирования, математическую статистику, теорию планирования эксперимента, системы управления базами данных. Создано множество пакетов прикладных программ (ППП) и специализированных программных комплексов (ПК), реализующих те или иные из перечисленных выше задач, например [1]. Вместе с тем, корректное применение разработанных программ является задачей высокопрофессиональной и требует привлечения экспертных знаний, что и обусловило необходимость выполняемой разработки.
Экспертная система обучения основам использования математических моделей возбуждения интенсивности рентгеновской флуоресценции через сеть Интернет может быть использована
