авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СУШКИ ЗЕРНА В ЗЕРНОСУШИЛКАХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО

-- [ Страница 2 ] --

В настоящее время используются различные технологические схемы послеуборочной обработки зерна. Наиболее эффективная поточная технология в условиях зон повышенного увлажнения не всегда реализуема из–за низкой интенсивности процесса сушки в зерносушилках с.–х. назначения, не позволяющие за однократный пропуск зерна достижение кондиционной влажности. Это приводит к нарушению поточности процесса и к замене его на циклический, в результате значительно снижаются показатели экономической, технической и технологической эффективности. Для обеспечения поточности процесса сушки зерна необходимо предусмотреть ряд технологических мероприятий, обеспечивающих устойчивое функционирование зерносушильного оборудования с учетом скачкообразного и динамического характера изменения начальных параметров зернового материала. Поэтому для обеспечения гибкости технико–технологических показателей необходимо разработать модели имитирующие процесс сушки зерна и позволяющие в должной мере оперативно реагировать на изменение условий функционирования путем варьирования значений режимных и конструктивных параметров.

Рассмотрены основные методы и направления совершенствования процесса сушки зерна в сушил­ках с.–х. назначения с целью повышения производительности суши­лок, оптимизации конструктивных параметров и создания систем автоматического управления процессами с учетом поточной техноло­гии. Решение этих вопросов невозможно без детального изучения особенностей процессов, происходящих в сушильной каме­ре; характеристик зернового материала, поступающего в сушилку; условий их функционирования и идентификации сушильных камер, как объектов управления.

На основе поставленной цели и проведенного анализа состоя­ния вопроса определены следующие задачи исследования:

  1. Выявить структуру и характер взаимосвязей и взаимозависимостей конструктивных и режимных параметров зерносушилок.
  2. Разработать математические модели процесса сушки зерна в зерносушилках с.–х. назначения, и методику их настройки для конкретной сушилки и вида зерна.
  3. Провести экспериментальные исследования для определения теплофизических характеристик зерна и зернового материала, коэф­фициента теплообмена между теплоносителем и зерновым материалом в зависимости от влажности и температуры зерна; использовать полученные значения в качестве начального приближения модельных коэффициентов имитационной модели.
  4. Провести проверку адекватности имитационных моделей зерносушилок шахтного и барабанного типа путем сравнения результатов численного эксперимента на ЭВМ с опытными данными; провести проверку математической, физической и вычислительной корректности математической модели, исследовать ее свойства.
  5. Выявить качественный характер эффективных режимов сушки, получить методику определения эффективных значений режимных параметров, обосновать технологические приемы, способствующие повышению интенсивности сушки с сохранением необходимых качественных показателей сушимого зернового материала.
  6. Построить на основе полученной модели «вход–выходные» соотношения, определить степень линейной связи между параметрами
    процесса сушки зерна в различных зонах шахтной и барабанной
    сушилок, получить оценки технологической и технико–экономической эффективности дифференцированных режимов позонного способа сушки зерна.

В результате проведенного теоретического анализа выявлена необходимость системного моделирования, создания комплексной системы управления и контроля распределенными, динамически изменяющимися параметрами процесса сушки зерна на основе системы имитационных моделей.



Во втором разделе рассматриваются вопросы имитационного моделирования процесса сушки зерна, предложена методология построения многоуровневой общей аналитико–имитационной математической модели процесса сушки зерна и на ее основе, с использованием многоступенчатой процедуры идентификации разработана методика построения математической модели сушиль­ной камеры зерносушилки конкретного типа.

На процесс сушки зерна в сушильных установках с.–х. наз­начения в режиме их нормального функционирования влияют много­численные факторы. Некоторые из них являются общими для всех сушильных установок. Степень влияния одного и того же фактора на процесс сушки в зерносушилках разных типов различна. Функцио­нирование зерносушилки с.–х. назначения можно рассматривать как реакцию на входные внешние возмущения и управляющие воздействия, то есть сушильную камеру можно представить в виде динамической системы с оператором А (рисунок 1).

Рисунок 1 – Функциональная схема сушильной камеры зерносушилки с.–х.

назначения

Процесс построения математической модели процесса сушки включает в себя четыре этапа (рисунок 2), на каждом из которых имеется возможность получения математической модели соответствующего уровня.

1 этап – концептуализация. Получение модели элементарного слоя (упрощенной модели в виде системы из четырех алгебраических балансовых уравнений с использованием энерго – и массобалансового метода, положений теории сушки и метода термодинамической аналогии между хорошо изученными тепловыми процессами и представляющими определенную теплофизическую проблему, – и как следствие, – сложное математичес­кое описание, – влажностными процессами). Модель первого уровня представляет собой систему алгебраических уравнений приближенно описывающих статику процесса сушки. Она не пригодна для постановки и решения оптимизационных задач, но служит неотъемлемой базовой основой к построению моделей высшего уровня.

Анализ изменения коэффициентов в моделях типовых слоев показывает, что даже при одинаковом виде уравнений, они имеют разный порядок значений (таблица 1). Можно проследить и тенденцию этого изменения: с возрастанием порядкового номера группы (типа) слоя имеет место следующий характер изменения значений модельных коэффициентов. Коэффициент – увеличивает порядок своих значений, – увеличивает, но с меньшей интенсивностью, – уменьшает порядок своих значений, – тоже уменьшает, но с меньшей интенсивностью, – при переходе от групп слоев, характеризующихся малыми значениями геометрической доли активной (соприкасающейся с сушильным агентом) поверхности и малыми значениями степени ее обновляемости к типам слоев с более высокими значениями данных параметров.

Таблица 1 – Параметры, характеризующие слои зернового материала

Порядковый номер группы сло Схема Чис ло ура внений Чис- ло сте- пеней сво- боды Тип слоя Приме- нение в суши- лках Код Порядок значений коэффициентов модели и критериев подобия Харак–терные значе–ния
1 0 –3 2 2 плот ный непо движ ный бункера актив ного венти лиро вания 1 (–4 – 3,5) (–3,5 –3) (–3,5 –3) 0 80–90 7,0 0
4 –7 4 3 бунке рные 1 –3 –3 –3 0 85–95 7,2 10–20
2 10– 12
jpg">
4 3 плот ный под виж ный конвей ерные 2 –2 –2 –2,5 0 90–100 7,3 30–40
13 –16 2 3 шахт ные каме рные 2 –1 0 –2 0 100 7,5 40–80
3 20 –22 3 3 раз рых лен ный барабанные 2–3 –0,5 –2 –1,6 1 300 9,1 100–200
25 –27 4 3 рыхлый (гравитационно–падающий) комбини–рованные (I зона) 3 –0,5 –1 –1 1,5 500 14,6 150–250
4 30 –32 4 3 фонтанирующий комбиниро–ванные 3 –0,4 –3 0–0,5 2 700 23 200–300
33– –37 2 3 кипящий пневмогазовые 3–4 (–1) –3 1 3,5 2000 28 200–350
38– –40 2 2 взвешенный пневмогазовые 4 (–1) –3 1,5 3 2200 30 350–400

Применительно к шахтной зерносушилке данный подход к построению многоуровневой системы математических моделей может быть представлен в виде схемы, представленной на рисунке 3.

При переходе от первого ко второму этапу определяется опе­ратор () соответствующего типового слоя с учетом особенностей взаимодействия зернового материала и сушильного агента. Порядок погреш­ности этого перехода определяется двумя составляющими: погреш­ностью аппроксимации (системой алгебраических балансовых уравне­ний) модели элементарного слоя и идеализациями (допущениями) в схеме относительного движения (продувки) зернового материала теплоносителем (например, допущение о постоянстве вектора ско­рости движения зерна – к оператору () переноса в уравнениях плотного подвижного слоя).

  Схема построения-24

Рисунок 2 – Схема построения математической модели процесса сушки зерна

Модель первого уровня представляет собой систему уравнений баланса теплота и влаги:

, (1)
, (2)
, (3)
. (4)




2 этап – формализация, классификация и структурная идентификация. Составление моделей типовых слоев (плотных: неподвижно­го, малоподвижного и движущегося с механическим перемешиванием; рыхлых: разрыхленного интенсивным механическим перемешива­нием и рыхлого сочетающего фазы плотного состояния с гравитационно падающим и кипящим; псевдоожиженных: фонта­нирующего, виброкипящего, взвешенного) и на их основе построение общей модели процесса сушки зерна в слое.

  Представление сушильной-29

Рисунок 3 – Представление сушильной камеры шахтной зерносушилки

как последовательное соединение слоев

Модель второго уровня представляет собой систему линейных дифференциальных уравнений описывающих кинетику процесса сушки зерна (для плотного подвижного слоя – дифференциальные уравнения субстанционального переноса):

(5)
(6)

Отметим, что между коэффициентами уравнений соседних уровней системы существует «наследственная» связь (на каждой ступени процедуры идентификации осуществляющей преобразование модели на более высокий иерархический уровень в качестве начальных значений идентифицируемых модельных коэффициентов берутся результаты идентификации, полученные на предыдущем уровне).

Переход от второго этапа составления математической модели к третьему (то есть от уравнений слоев к уравнению сушильной камеры, которая может содержать некоторое число различных или однородных типовых слоев с определенными порядковыми номерами и значениями параметров для каждой зоны сушки) осуществляется с помощью методов ма­тематической композиции уравнений слоев зон, составляющих сушильную камеру. Погрешность этого пе­рехода можно оценить, например, для модели шахтной сушилки, по­лучаемой методами интегрирования (более точно взятием функцио­нала скользящего осреднения) – уравнений плотных подвижных слоев, она имеет порядок .

3 этап – декомпозиция, суперпозиция, собственно моделирование. Построение обобщенных имитационных моделей для сушильных камер заданного типа (шахтного, барабанного, камерного, бункерного, комбинированного) с учетом особенностей системообразующих внутриконструкционных элементов сушильных зон зерносушилки с определенной совокупностью или системой какого–то фиксированного числа известных типовых слоев. Например, сушильную камеру барабанного типа можно представить в виде одного разрыхленного слоя, динамически переходящего из рыхлого (полет под действием сушильного агента) во множество тонких плотных слоев (отлежка на полочках при вращении барабана).

Модель третьего уровня в обобщенном виде представляет собой систему дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих динамику процесса сушки:

(7)
(8)
(9)
(10)

Модель для шахтной зерносушилки представляется в виде:

(11)

Модель для барабанной зерносушилки представляется в виде:

(12)

Переход от третьего этапа к четвертому требует наличия некоторого объема экспериментальных данных о процессе в установившемся состоянии в каком–либо режиме (близком к нормальному), или данных о переходных процессах, либо статистических данных о состоянии и виде зернового материала для описания процесса сушки. Он осуществляется с использованием методов идентификации (методом решения обратной задачи тепломассообмена, методом наименьших квадратов, экспериментальным способом). Эти методы можно использовать последовательно в обратном порядке их пере­числения, т.е. определить начальные приближения значений коэффициентов модели методом цилиндрического зонда нестационарного теплового потока на лабораторной установке, (найти теплофизические параметры: коэффициенты теплоемкости , теплопроводности и температуропроводности как функции и, используя связь их через критерии подобия и получить зависимости теплообменных параметров: коэффициентов тепломассообменных параметров: коэффициентов тепло– и влагообмена для каждого типового слоя, которым соответствуют разные крите­риальные уравнения); или с помощью экспериментальных дан­ных о процессе в сушильной камере определить их методом наи­меньших квадратов; производить их уточнение за конечное число итераций (зависящее от близости к эталонным значениям начально­го приближения) методом решения обратной задачи тепломассопереноса. В отличие от предыдущих переходов, когда значения коэффи­циентов оценивались лишь порядком, и переход сопровождался пог­решностью, в этом происходит присвоение им конкретных числовых значений.

4 этап – функциональная и параметрическая идентификация. Идентификация функции, определяющей характер влагообмена, и коэффициентов, характеризующих теплообмен и влагообмен для конкретной ситуации – вида и состояния зернового материала и конструктивных особенностей конкретной сушилки определенного типа, т.е. настройка модели сушильной камеры данного типа.

Модель четвертого уровня представляет собой нелинейную систему обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих результирующую динамику процесса сушки:

, (13)
(14)


Pages:     | 1 |
2
| 3 | 4 |   ...   | 7 |
 
Авторефераты диссертаций  >>  Авторефераты по Агроинженерным системам

Похожие работы:








наверх


 
<<  ГЛАВНАЯ   |   КОНТАКТЫ
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.