CC BY
44
Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология
дальностях, которые возникают в локальном классификаторе F1 (рисунок 4), и существенно уменьшает область, где принимаются неправильные решения.
Заключение
В работе предлагается методика построения автоматических классификаторов динамических объектов на основе каскада многослойных нейронных сетей прямого распространения. Демонстрируется применение этой технологии при разработке классификатора летательных аппаратов, и приводятся числовые показатели распознавания трех типов ЛА.
Литература
1. Bishop, Chris. M. Neural Networks for Pattern Recognition. -Oxford: University Press, 2005.
2. Ту Дж., Гонсалес P. Принципы распознавания образов. - M.: Мир, 1978.
3. Фукунага К. Введение в статистическую теорию распознавания образов. -М.: Наука, 1979.
4. Потапов A.C. Распознавание образов и машинное восприятие. -Изд. Политехника, 2007.
5. Хайкин, Саймон. Нейронные сети: полный курс.: Пер. с англ. - М.: «Вильяме», 2006.
6. Осовский С.. Нейронные сети для обработки информации. -М.: Финансы и статистика, 2004.
7. Бакулев П. А. Радиолокационные системы. - М.: Радиотехника, 2004.
Теплофизические зависимости при гранулировании в жидком азоте дисперсных частиц диаметром от 1 до 5 мм
к.т.н. проф. Белуков C.B., Кименс П.Ю.
Университет машиностроения 8(499)267-07-14
Аннотация. В работе рассмотрены разные математические модели для решения задачи криолганулирования жидких капель вещества в криоагенте. Получены расчетные данные и построены характерные зависимости процесса.
Ключевые слова: криогранулирование, криоагент, замораживание, теплопроводность, теплообмен.
Криогенный процесс - термодинамический процесс, частично или полностью протекающий при криогенных температурах.
Источником криогенной температуры служит жидкий азот (77 К). В процессе замораживания рабочее тело находится при криогенных температурах в газообразном и конденсированном состоянии.
Попадая в среду жидкого азота вещество, имеющее первоначально температуру окружающей среды, охлаждается, а затем замерзает, претерпевая фазовый переход из жидкого состояния в твердое. При высокой скорости протекания процесса криогранулирования происходит образование гранул мелкой кристаллической структуры, а, следовательно, в итоге получаем материалы с меньшим числом повреждений [1, 2].
При конструировании криогранулятора для приведения системы к лучшим параметрам и повышения эффективности работы устройства необходимо знать продолжительность основных процессов. Один из главных процессов в криогранулировании процесс замораживания жидкой капли вещества в среде криоагента играет решающую роль.
Задача определения времени, за которое гранула промерзает, попадая в жидкий азот, представляет собой задачу Стефана, так как присутствует фазовое превращение.
В рассматриваемом примере имеем нестационарную теплопроводность, которая меняется по координате и по времени в процессе распространения теплоты в веществе. Данный режим имеет место только для тепловых процессов, которые не успевают выйти на стацио-
Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология нарный режим и занимают очень короткий промежуток времени [5].
Для решения поставленной задачи, рассмотрим следующие варианты:
Одномерная задача.
Расчетная область - сферическая капля воды. Однородный процесс теплообмена осуществляется одновременным действием теплопроводности и конвекции. Исходная функция температуры задана на границе.
Уравнение теплопроводности имеет следующий вид:
. я-г 1 Я
1 6т Г бг
дТ; ~6г
где г = 1, 2 - соответственно для твердой и жидкой фазы; X - коэффициент теплопроводности; г - радиус капли; рт - массовая плотность; Ср - теплоемкость; Т - температура; т - время протекания процесса.
Начальные условия принимаем: при г = 0, Т = То.
Граничные условия: при г = 0, дТ/дг = 0;
при г = гр, -X дТ/дг = а(Тй - 7).
Одномерная модель не полностью описывает тепломассообмен процесса. Капля жидкости с температурой окружающей среды попадает в криоагент, который мгновенно вскипает, образовывая паровую прослойку, не дающую капле утонуть некоторое время за счет избыточного давления. В процессе выравнивания температуры между гранулой и азотом, пленка буде утоньшаться, в конечном итоге давая капле утонуть. Следовательно, необходимо рассмотреть двумерную задачу [4].
Двумерная задача.
Расчетная область - сферическая капля воды, не полностью погружена в азот под действием избыточного давления паров криоагента. Между гранулой и жидким азотом существует паровая пленка [3]. Неоднородный теплообмен: конвективный теплообмен при пленочном кипении и теплообмен излучением с окружающим пространством.
Уравнение теплопроводности для двумерной задачи имеет следующий вид:
с
' йт
/
а егл 1
1 в
^ё? дг ) ' г2 3 53
г
г' — +
5111 3
ёТ ~6Э
Начальные условия принимаем: при г = 0, Т = Т0. Граничные условия: при г = 0, дТ/дг = 0; при 0 < г < гр, 3 = 0; 3 = к, дТ/дг = 0; при г = гр, 0 < 3 < -Эь -X дТ/дг = а1(Т- Т) + ва(Т4 - Т04), З1 < 3 < ж, -X дТ/дг = а^Т- ТД где г - текущий радиус в капле; гр - радиус капли, м. $ - текущий угол; Т), Т0 - соответственно, температуры криогенной жидкости и начальная температура капли, К; а1, а2 - коэффициенты теплоотдачи, соответственно, на сухой и смоченной поверхностях капли; в - степень черноты для сферической капли; а - постоянная Стефана-Больцмана.
Решая задачи с помощью численного метода конечных разностей, получены данные о поведении замораживаемых капель на поверхности жидкого азота и определена продолжительность процесса замораживания для одиночной капли.
Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология
(. с
2 .......!
1 ■ ■ лГ" • 1 Г Г' ' г..<-*...... ■ Ч р.-""'
Рисунок 1. Время замораживания капель разного диаметра: 1 - двумерная задача; 2 - эксперимент; 3 - одномерная задача
1=с
Рисунок 2. График зависимости времени от радиуса для капель диаметром 1 - 5 мм до момента достижения предельного перепада температур
Сравнение результатов, полученных с помощью математических моделей, с экспериментальными данными, показывают, что двумерная задача в большей степени соответствует эксперименту, чем одномерная (рисунок 1), что приближает теплофизические расчеты к действительным.
Для гранул диаметром от 1 до 5 мм по данным, полученным для двумерной задачи, были составлены графики изменения времени (рисунок 2) и теплоты, отведенной при охлаждении (рисунок 3) в зависимости от радиуса гранул для условия достижения необходимого перепада температур между поверхностью сферы и поверхностью криогенной жидкости.
Серия 4. Химическое машиностроение и инженерная экология
Рисунок 3. Изменение количества теплоты, отведенного при охлаждении в зависимости от радиуса для капель диаметром 1 - 5 мм до момента достижения предельного перепада температур
Для оценки всего процесса получения гранул с заданными параметрами необходимо знать следующее: так как за небольшой отрезок времени капля жидкости претерпевает фазовый переход и время ее замораживания дает определенную погрешность, по сравнению со временем замораживания, полученным экспериментальным путем, то зная теплофизические параметры вещества и сделав предварительный расчет для двумерной модели с помощью программы, можно, учитывая поправочный коэффициент, определить истинное время замораживания гранул в криогенной жидкости.
Литература
1. Белуков C.B., Соколов A.B. Программное замораживание при условиях плавания гранул жидкофазных суспензий в процессе криогранулирования. Вестник международной академии холода. 2012. Выпуск 1. С. 15 - 18.
2. Белуков C.B., Соколов A.B. Криогранулирование в жидком азоте как способ получения заданных параметров материалов: инженерный подход. Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2012. №8. С. 30 - 33.
3. Генералов М.Б. Криохимическая нанотехнология. Учебное пособие для вузов. М.: ИКЦ Академкнига. 2006. 325с.
4. Самарский A.A., Вабищевич П.Н. Численные методы решения задач конвекции-диффузии. М.: Едиториал УРСС, 2004. 248 с.
5. Юдаев Б.Н. Теплопередача. Учебник для втузов. М.: Высшая школа. 1973. 360 с.
