автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Разработка и исследование методов, устройств и автоматизированной системы контроля характеристик тепло- и массопереноса дисперсных материалов

- -л

I о

На правах рукописи

Подольский Владимир Ефимович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ, УСТРОЙСТВ И АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОСА ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной

среды, вешеств, материалов и изделий

А в го ре ф ерах диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тамбов - 1996

Работа выполнена в Тамбовском государственном техническом университете

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор Мищенко Сергей 8ладимиров1и;

кандидат технических наук, доцент Чуриков Александр Алексеевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Арутюнов Борис Ашотович;

кандидат технических наук, доцент Чернышоз Владимир Николаевич.

Ведущая организация - ТамбовНИХИ

Защита диссертации состоится " ЗЗ " //О^У^А-^ 1996 г. ___^\£1_часов на заседании диссертационного Совета К 064.20.0 Тамбовского государственного технического университета по адрес] 392620, г. Тамбов, ул.Советская, 106, Большой зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тамбовског государственного технического университета.

Автореферат разослан ОАсТ&Зубг*? 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

■у,' Чуриков А.А.

ОБЩАЯ ХАЙШЗЕРИСШКа. РАБОТЫ '

Актуальность те?-ты. Развитие рыночных отношений и конкуренция производителей приводят к необходимости повышения качества продукции и увеличения эффективности производства. Эти задачи могут быть успешно решены на основе интенсификаднн производственных процессов и внедрения более эффективного технологического оборудования для получения изделий гарантированного качества. На качество продукции хи-вдгчеекей промышленности и других смежных с ней отраслей существенное влияние оказывают процессы, сопряженные с перекосом тепла и массы, точность проведения которых существенно зависит от точности определения характеристик тепло- и массопергноса (ТМП). При этом разнообразные дисперсные материалы характеризуются несвязанным тепло- к кас-соперенссом, для которых необходимо определять как их тегоюфизические характеристики (ТФХ), так и параметры массопроводноста Так как производство н эксплуатация эпк материалов обычно ведутся в широком диапазоне температур, то учет зависимости указанных характеристик от температуры и влажности становится обязательным при проектировании технологических процессов и оборудования. Требование оперативности получеши резупьтатсз измерения характеристик ТМП при сохранении состава гг состояния исследуемых объектов заставляет переходить к методам нерззру-шгющего- контроля, создавать на их базе автоматизированные установки и-объединять их в автоматизированные системы контроля.

Предмет исследований.. Новые 'методы неразрушающего контроля мйссопрсводиости и ТФХ дисперсных материалов. Измерительные зонды и ячейки, позволяющие реализовать на практике разработанные методы. Технические средства ЛСК, позволяющие как проводить автономные автоматизированные измерения, так и обеспечить доступ к ресурсам лекальных и глобальных научно-обрззователышх компьютерных. сетей. Программы для различных вычислительных платформ, реализующие разработаниьге методы контроля.' Исследование точности работы АСХ в целом. Точность мгтодоз контроля.

Научная новизна, На основе математических нелинейных моделей прецесссз тепло- и массопереноса разработаны метода ¡«разрушающего контроля ТФХ н характеристик 'шсеопереноса. Разработала »«тсдзпсч и измерительные устройства, позволяющие проводить ПК темперазурозави-симых ТФХ и коэффициента массопроводноста дисперсных материалов. Спроектирована АСК, позволяющая проводить НК характеристик ТМП дисперсных материалов, при этом данная система может работать з автономном режиме, а мозкег быть содатчсна з глобальные нзучно-образовагеяьние сет. Размотаны способа тгрулент разработанных методов з различные въгтелзпгшягз среда, а таске структура современ-

ной АСК с выходом в глобальные научно-образовательные сети. Построена имитационная модель системы и найдены способы измерения её численных параметров, обеспечивающих необходимую точность процесса измерения. Разработана методика измерения шгажности дисперсных материалов через измеряемые теплофизические характеристики.

Практическая ценность. Созданы установки автоматизированного контроля температурозавиишых ТФХ и массопроводности дисперсных матер: адов. Изготовлены и исследованы измерительные зонды для неразру-икаощего теялофизического контроля, контроля влажности к массопроводности дисперсных материалов. Разработанная система автоматазиро-ванного контроля характеристик ТМП дисперсных материалов построена на базе ЭВМ я позволяет проводить параллельное исследование ТФХ и характеристик массопереноса, при этом осуществляется процесс сбора и обработки данных в темпе с экспериментом.

Разработаны современные технические и программные средства моделирования и автоматизации контроля на платформах SUN, PC, Macintosh. Созданы рабочие места экспериментаторов с выходом в глобальную сеть Internet для обмена научно-технической информацией. Найденные теплофизические характеристики помещены в специальные разделы на vot-серверз для доступа к ним в реальном времени российским и иностранным ученым.

Реализация работы. Элементы разработанной системы внедрены в Воронежском государственно:.: университете, Дальневосточном геологическом институте ДВНЦ АН СССР, Институте физии* атмосферы АН СССР, в/ч 51105, ВНИИВО, ИВЦ Агропрома Тамбовской области, проектном институте "Гидрошахт" (г. Ленинград), объединении "йнтаугодь", ТшбовНИХИ, МНПО НИОПиК, ИВЦ Агропрома Тамбовской области, BIffiO "Агропромсиаб", Типрошагг", ГВЦ Госбанка СССР, Областном управлении Агропромбанка, УНИК "Кибернетика" (г. Томск), РосКЦ НТО, ГУ ДБ РФ по Тамбовской области, РосНИИ ИС. Работа вы. поднялась • в рамкзх научно-исследовательской программы "Телекоммуникационные системы обеспечения ВУЗов Центрального региона" (Тел евузцешр). Результаты работы внедрены в учебный процесс в Ti i У.

Апробация работу. Материалы диссертации докладывались на: научно-технических конференциях МИХМа и ТИХМа (Москва, 1973, 1974, 1975 гг.; Тамбов, 1976 - 1995 гг.), Международном семинаре "Современные методы исследования процессов тепло- и массообмена" (декабрь 1975 г., ИТМО АН ЬССР, г. Минск), I Всесоюзной конференции пользователей ЕС ЭВМ (Москва, 1975 г.), Региональном межвузовском научно-методическом совещании по математическому обеспечению ЭВМ в учебном процессе, НИР и управлении вузом (декабрь 1976 г., Воронежский

государственный университет), семинаре "Автоматизация инженерных исследований и эксперимента" (МДНТП им.Ф.Э.Дзержинского, 1973 г.), IX Всесоюзной тепяофизической нпсолг (Тамбов, 1988 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы компьютеризации управления в высшей школе (Тамбов, 1990 г.), научно-технической конференции "Перспекгизные информационные технологии в высшей школе" (Самара, 2993 г.), международной конференции "Дистанционное обучение и новые технологии образования" (Москва, 1994 г.), Всероссийской научно-методической конференции "Телематика-95" <и кТедематйка-96") (Санкт-Петербург), Всероссийской научно-технической конференции "Перспективные информационные технологии в высшей шкоде" (Тамбов, 1995 г.), второй .международной конференции по дистанционному образованию в России (Москва, 1996 г.).

Публикации. По теме диссертант опубликовано 28 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и основных результатов, изложена из 143.страницах машинопис-. кого текста, содержит 30 рисунков и 7 таблиц. Список литературы включает 179 наименований. Работа содержит приложение на 37 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во, квеле;щи обоснована актуальность работы, кратко изложены ее основные направления.

В первой главе проведен обзор методов и устройств для определения теплофизичесхих я шссопереносных характеристик дисперсных материалов.

В настоящее время осьлвными методами исследования теплофи-зических свойств влажных материалов стали методы, основанные на закономерностях нестационарного потока те план массы. Проведенный анализ известных методов и устройств определения характеристик ТМП дисперсных материалов показал, что они разработаны в основном для линейных систем связанного тепло- и массопер"носа, не учитывающих зависимости искомых коэффндггешоз от температуры н массосодержания.

Для массовых исследований ТФХ большого класса сырья, полупродуктов и готовых изделий решающим является кратковременность эксперимента. Это условно ведет к разработке методов и средств не тре&уишя. подготовки образцов строго заданной формы и размеров, а также исключающих внедрение датчиков в исследуемый образец. Такой вид я характер исследования нам дает неразрушатошлй контроль теплофизнчесмпс характеристик (НКТФХ) исследуешн образцов клл готовых изделий.

Проанализировано математическое обеспечение предлагаемых методов: вариационный метод, интегральный метод, методы итераций, методы

сведения к уравнениям, отлхгчаюяишся от нелинейного уравнения нестационарной шссопроводностн с помощью подстзкосок, метод возмущений, метод конечных разнсстсй, ыетоя прямых я др. Показывается роль ЭВМ при получении конечного результата, но в то же время отмечается, что совместное применение аналитических п численных методов при использовании ЗВМ может дать такие результаты, которые иногда недоступны чисто численным методам.

Проведен анализ автоматизированных установок тешюфизического контроля..

Поставлены задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены теоретические основы предлагаемых методов неразрушаклцего контроля ТФХ образцов из дисперсных материалов.

Исследуемый образец моделируетеяв виде полуограниченного к тепловому воздействию тела. Основываясь ка возможностях практической реализации и математического описания теплового процесса, выбран круг

- как участок поверхности исследуемого тела, через который поступает тепловой поток.

Разработаны два метола: абсолютный (главным образом для мелкодисперсных материалов) и 'сравнительный (для крупнодисперсных материалов), которые лежат в основе созданных измерительных устройств -зондов, действующих в составе автоматизированной системы. В абсолютном методе измеряются тепловой поток, направленный в исследуемое тело через круглый участок поверхности и температура этого участка поверхности. В сравнительном методе используются два полуограниченных образца, в плоскости контакта которых помещен плосхий, круглый источник тепла с известной мощностью. ТФХ одного из образцов известны, другого

- подлежат определению. Экспериментально измеряемой величиной является только температура плоскости контакта двух педуограниченных тел.

Решение, задач теплопроводности в работе проводится на основе метода интегральных характеристик (ИХ).

В абсолютном методе определения температурной зависимости ТФХ принята следующая 'модель теплового процесса.

Исследуемое пояуограшкешюе (в тепловом огшошешш) тело О s г s ra ¿ 0 -л- г й со, ¿мающее начальную температуру С(0,г,г)=0, начиная с момента времени t*Q, нагревается через круг радиусом R поверхности

тешювый; потоком плотностью q{t, г). Величина ф, г) является ку-сочно-поаояйной неубывающей функцией времени. Предполагается, что материал тела iímcct достаточногладкие зависимости ТФХ от температуры U. Соответственно этому, тепловой процесс разбивается ка отдельные повремени {'7';.;, T¡), отапы нагрева: от начальной температуры

ЦО, г, г)=0 до заданной конечной U(tK ,r, г) = UK(r, г). При этом предполагается, что исследуемое тело прогревается до заданной - температуры только е области нагрггатедя. Назовем произвольный этап нагрева {'-км эгапом, тогда все параметры теплового процесса, на /-ом этапе будут иметь соотаетстиующий индекс /: ,a¡, Xh U¡, q¡ и т.д. Согласно выбранной модели нелинейная краевая задача теплопроводности заменяется решением

п линейных задач. Температура полуограшгченного тела в /-ом эта-

пе нагрева будет определялся из решения соответствующей линеГшой краевой задачи.

' В эксперименте измеряется поверхностная интегральная характеристика (ПИХ) нагреваемого хруга поверхности г~0 тонким металлическим термометром сопротивления, уложенным по спирали, близкой по виду к спирали Архимеда. Значение ПИХ равно

(1)

¿X о

Из решения линейной задачи в области преобразований Лапласа была получена поверхностно-временная интегральная характеристика (ПВИХ) нагреваемого круга для г)=д.(г):

ЭД-- / ¿Г^-'ЛЧ^)^ ехр^^л:)/;^.^^ (2),

Л( О О Э

где Л (I, г) - объемная интегральная характеристика (ОЙХ) начального распределения температуры, которое создается зо вреда эксперимента; ^ -функция Бесселя 1-го рода и первого порядка.

В процессе организации исследования измеряется избыточная, по сравнению с начальным для /-го этапа, величина ПИХ, равная

З,«) = зло - з

Для дзух заданных значений параметра р преобразования Лапласа получено уравнение для определения параметра

_ _(з>

При этом гзсспгрилкнтально находится отношение 0, = ¿\'(р}/.5'(кр). Из уравнения (3) <$>(&-, .¿)=9/ для заданных фиксированных рак определяется gl (р). По численному значению этого параметра находится коэффициент температуропроводности

й = ¿=1,2,... лэ. (4)

& ' ■ • .

Коэффициент теплопроводности материала для 1-го этапа нагрева определяется для значения х,- ~ Д^,,-/ (5^ - ^.(/-о) из равенства:

^«/ДМ, (5)

^(РД; »и-у/я + и

где величина вычисляется по ранее найденному значений . ....

Найденные значения Я,- и я,- относятся к значению средней темпера'-' туры С/, /-го этапа нагрева: К, = (5СТ./ - Дп.(/-!>)/ 2В ссног.3 сравнительного метода неразрушающего контроля температурной зависимости ТФХ лежит следующая модель теплового проперся., Два полуограничепных (в тепловом отношении) тела соприкасаются ПЛЗ*

б

скимя поверхностями в сечении г-0, где действует плоский источник тепла в вицг круга 0<, г i М, выделяющий удельную тепловую мощность Q[i постоянную по координате т. Значения теплопроводности ^(i/) и температуропроводности ß3{ 1Ц одного из контактирующих тел (эталонного) известны. При нагрева выполняются следующие условия: сумма тепловьв потоков, идущих от источника QU)- ПИХ температуры в круг«

О <rs Я плоскости контакта одинакова для двух тел: S,(t) = S(ti

Как и в абсолютном методе тепловая мощность Q(t) является кусочно-постоянной неубывающей функцией времени f. Причем, за интерва; времени Т,) на /-ом этапе достигается стационарное значение ПЮ S(t) температуры круга 1С плоскости контакта г=0, и при этом выполняются услощш:

ScT^^t.i , а также (i),

При условия, что Q*(p)~q*(py*-q*3(p) получается уравнен» неразрушающсго контроля безразмерного параметра g; дав Qcit) - Qi" const:

f__Q,__Ki }

\k;s:(kp)z, ms J J

( a )

По измеренным и {¿-0» определяется средняя* температура /-ог<

этапа: Fj. По этой температуре находится X-^-XJßi) и e3i ~а3( £/,-), а тахж КЗэХ/О) и Щ^-J-P))- По известной удельной тепловой мощности Qi и из меренным в /- ом этапе иагреаа значениям ПИХ ¿40 определяют ве

Л51ЧЩ1У ©(.

Коэффициент температурохфоводноета исследуемого тела на первог этапе определяется в той же последовательности, что и для абсолютной метода. Из уравныня в,- -<t>(g/, к) находят численное значение параметр! а затем определяют коэффициент темперзтуроярогодкссти по формуле : (¡¡-pRl/g,, ¡'~l,2r3...«;j. (7

Уравнение дшз определения коэффициента теплопроводности в это; случае имеет гид:

^■ЧйЖ-пйглЬ»' 18

гае V(gb паходител по значению g„ определенному ранее.

Как для абсолютного, так и для сравнительного методов знамени удельной объемной теплоемкости Ср< определяется m отношения:

CP( = ii. (9

Полученные в /;э этапах нагсева дискретные значения а{Щ, ЦЩ \

Ср{Щ позволяют получить искомую температурную зависимость ТФХ исследуемого материала: температуропроводность а(Ц), теплопроводность л((/) и удельную объемную теплоемкость Ср(Ц).

Рассмотрено устройство ПИХ-шгтегратороз, разработана методика и проведен анализ точности расчета интегральных характеристик температуры поверхности всслеауемого образца. Методика позволил;-, определить численное значение параметра интегрирования р, которое с наименьшей погрешностью позволяет определять численное значение ннте-рзльны.х ?:а-рзктеристш: &(р) и 5"(кр), участвующих в расчетных формулах для нахождения комплекса ТФХ. Выявлены условия проведения измерений ТФХ с минимальной погрешностью.

Для реализации предложенных методов НХТФХ разработано измерительное устройство - выносной зонд, помещаемый на плоски;"; участок по-верхнсст исследуемого тела и служащий для создания теплового воздействия, а тпкке получения первичной тепловой информации с поверхности тела з зиле значений плотности теплового- потока и значений ПИХ 5(/) круга радзгусом Я {ряс. 1).

11

Л/"

I А

' лУ'

V,

Рис. I. Схема измерительного устройства зонда для абсолютного метода: 1,2 - вторичные приборы Для измерения теплового потока а температуры; 3 - оперный цилиндр; 4 - исследуемый образец

В устапойках неразрушаюшегс контроля используются зонда, для реализации абсолютного и сравнительного методов неразрушзюшего контроля. Отличие лишь в наличии п зонде для абсолютного метода даш!ка теплового потока, в остальном состав и конструкция зонтов - одинаковы. Измерение ПИХ на поверхности тела производится интегратором из медного термометра сопротивления.

Максимальная погрешность измерения температуры не превосходит 0,8 %.

Разработана установка для неразрушатошего контроля теплофн-зических'свойств твердых материалов. На рис. 2 показана структурная схема установки НКТФХ:

Рис.* 2. Структурная схема а- томатизированной установки ««разрушающего контроля теплофизических свойств дисперсных материалов: УКЗ - устройство крепления зонда на участке поверхности исследуемого тела; БАУТЭ - блок автоматического управления ходом теплофизичесхого эксперимента и сбором экспериментальной информации; АЦП - аналого-цифровой преобразователь; УВИ - устройство согласования и ввода данных эксперимента и управляющих сигналов во внешнюю ЭВМ; УЭВМ - управляющая ЭВМ

Проведен анализ шшяшьа параметров реального измерительного устройства на точность неразрушаюшего контроля теплофизических характеристик дисперсных материалов.

Для получений простого алгоритма нахождения ТФХ интегральные функции ¥{к, §) и Ф{к, £) аппроксимировались полиномами степени не выше четвертой.

Максимальная относительная погрешность аппроксимации при про-ведешш неразрущающего контроля ТФХ: для функции Щ) не более 0,2 %; для параметра g -0,9 %; для функции Ф(£, /;) - 0,3 %.

Разброс знйчаний теплофизических характеристик, соответствующих интересующим нас значениям температуры, не превышает по результатам проведенной серии экспериментов

- для коэффициента теплопроводности ± 10%;

- для коэффициента температуропроводности ±10+12%.

Результаты исследования ряда.веществ приведены на рис. 3.

т гм пз ш зя и,к

Рис. 3. Зависимости коэффициент-оз температуропроводности (а) и теплопроводности (X) материалов от температуры: ! - полиметилметакрилат; 2 - мелкодисперсный лезик;

3 - эбонитовая композиция ЛМ-10; тонкие волнистые линии - известные лакиые Третья ¡глава посвящена разработке методов и устройств для контроля ¿ассопрсводкостй днсперсных материалоз.

В данной главе описыЕгются метод и измерительное устройство, которые реализуются в автоматизированной системе контроля (АСК) с мош-гой ЭВМ. Благодаря этому разработан и опробован метод нерлзрушающего контроля потенциаломвисимого коэффициента диффузии влаги дисперсного материала на основе вариационного подхода.

Для реализации вариационного подхода к контролю массопроводно-гтн дисперсны;: материалоз в качестве одного из источников для формирования функционала невязки используется численное решение прямой нелинейной задачи массспроводноста В диссертации разработаны методы решения прямых нелинейных задач изотермической массопроводност» fía оснозе метода Ньютона-Канторовича, метода последовательных приближений с применением аппарата функций Грина, вариационного .метода.

Для нахождения массопроводносга дисперсных материален рассматривается краевая задача изотермической массопроводности з дисперсной среде:

m*.t)

~ дх[

di

~[m(xj))dU

ex

= 0; ле[0,Л], г > 0,

(10)

í/(x,0) С = coks/,

au_\

дх \ х ■

= 0, U(x,® = /(r>,

(11)

где II- кошшгграция распределенных в твердой фазе веществ, кг/кг; К - коэффициент диффузии массы, м2/с; х - пространственная координата, и; I - время, с.

Задачу контроля потеншшозавдсимого коэффициента диффуз!

рассматриваем как задачу мшшюашш функционала

J{K) = jp{0,t)-V(t)\dt, (1

п р г д ста г. л я ю i ц с го собой отклонение функшш Ü(0,f), полученной при р шеннк прямой задачи (11) - (12), от экспериментально полученной б т< же точке функции ¥{(), где К принадлежит к классу допустимых для ура кения (! 1). Задачу отыскания потеншшэзазкенмого коэффициента дн< фузии будем представлять кажмхпением такой фуикшш K(U); которая до тавяяет минимум функционалу (12) при ограничениях (10), (И).

Для нахождения минимума функционала использовался птсрацио ный процесс, в котором аа'основе некоторой произвольной K{U)- Kq{ решается прямая задача (11) - (12) я получается решение Щ(х, t). Прим nun к нему некоторое преобразование R

не изменяющее основных. свойств U0, но - дающее функш 0„(:М)таку}О, что ¿/„(О,/) в K(f),

полушм

||£70(х,/)&

Л*

fcr-Х

Ügtzj)\

■гх |х = £

где LziQJl}.

Далее итерационный- процесс тфодоякаэтея до обеспечения близос соседта; ¿рц&ккжеккй. Контрольные примеры показали, что для нахала ша K{U) врэджшенюш методом необходимы 2-3 итерации. При эп отклонение соседних при&псиений не превышает 1,5%.

Для определения коэффициента диффузии была разработана ашт тнзироьйнная система научных исследований (АСНИ), структурная схе которой предстаьаана ка ряс. 4.

.5 !

5

Рис.- 4. Структурная схема автоматизированной системы научных исследований массопровадности листовых полимерных материалов

Исследуемый образец 1 в виде листа толщиной Л с равномерным начальным распределением растворителя £/(.*,0)=С=соп51, помещен в сушильную камеру, где он размещен на непроницаемой подложке 2, в поверхность которой вмонтированы термопара 5 и потеяшюметрический преобразователь 6. Для контроля температуры и содержания паров растворителя в паровоздушной среде сушильной камеры использованы преобразователи 7, 8. На верхней поверхности образца закреплены термопара 3 и потенциометрический преобразователь 4.

В процессе исследования на ЭВМ И через блок согласования 9 и адаптер 10 поступают сигналы преобразователей 3...8, ЭВМ управляет нагревателями !2 сушильной камеры, парогенератором 14 и приточно-вытяжкой системой 15 для создания заданных параметров паровоздушной среды, а также вентилятором 13 для обеспечения заданной скорости обдува поверхности х — И образца. В течение эксперимента фиксируются изменения во времени э.д.с. термопар 3, 5 £/0, г) и Е^Я, <) соответственно, а также потенциометринеских преобразователей 4, 6 £х(0,/) и ЕХ(Я, г), которые служат основанием для расчета изменений концентрации ЩОд) и ЩЯ, I) с использованием гралуировочных баз данных.

Результаты исследований коэффициентов диффузии ряда полимерных материалов на основе различных производных целлюлозы представлены в гиде сплошных линий на рис. 5, 6 (стадия удаления растворителей), и на рис. 7, 8 (стадия сушки). В связи с отсутствием эталонов дисперсных материалов с заданной массопроводностью в качестве базы сравнения для разработанного метода выбраны результаты определения коэффициентов диффузии рассмотренных материалов методом Ермо-яенко-Журавлевой (рис. 5 - Е точки). Для получения температурной зависимости коэффициента диффузии сушка образцов производилась при различных значениях температуры парогазовой среды в сушильной камере. Отклонения результатов исследований двумя методам!! не превышают 14%.

X 3,0

1.5

2.6 1,3 1,«

К-10*. У© е

© у г© \шк О , >

?пк о

•б е

и-1 >* ЕГЬа

15

и

Рис. 5. Зависимость коэффициента

диффузии органического растворителя в композиционном материале марки АЛ-18 от концентраций при различной температуре

У» 1,-3

1Д

е,5

К-10* >

© Лжв Л1К -1 о/* 9-

я У >

о ¿Ко газ к р. ©> в

е и-1 ¡г,Ех/гг

4

12

15

18

Рис. 6. Зависимость коэффициента

диффузии органического растворителя в композиционном материале марки АП-37 от концентрации при различно?* температуре

Рис. 7. Зависимость коэффициента Рис. 8. Зависимость коэффициента диффузии Елага в композиционном диффузии атагк в композиционном материале марки АП-18 от материале марки АП-37 от

кяагосодержанкя при различной ■ слагссодерлиания при различной

температуре на стадии сушки температуре на сгпанн сушки

«

Нами яояучеш метедкеа щмкретга начального елагосодеркани; дисперсного материала ддя рассмотренного е третьей главе метода кон троля кассонроБОШостн. Эта методика позеоляет пр1*мешпъ устройств НК ТФХ для едхновршёнвого измерения'ТФХ и влажности различны:

родуктов и бгсоматериалов. Результаты экспериментальных ясследовз-иЛ (табл. 1) хорошо согласуются с известными данными.

Таблица 1

Значешш ТФХ и влажности сиолродуктов и материзлоз для температуры 293 К

Продукт ТФХ Влажность IV, %

сЛ О7, и1/с Вт/(м-К)

Картофель 1,34.'.. 1,40 0,246...0,368- 70... 85

Картофель (срез) (,28...1,35 0,262...0,365 65...75

Патиссон 1,2... 1,3 0,510...0,530 50...60

Патиссон (срез) 1Д...1Д5 0,567..,0,580 ' 42...47

Свекла 1,31...1,35 0,266...0,283 74...78

Свекла (срез) 1,2... 1,25 0,25?...0,288 55...63

Морковь 1,0.. .1,2 0,700...0,780 50...55

Морковь (срез) 1,0...1,15 0,713-0,790 40...50

Предложенные в разделах 2 и 3 методы и установки для их реализации разработаны с учетом 1Н использования в автоматизированных системах контроля (АСК) на базе ЭВМ.

Глава 4 рассматривает создание автоматизированного рабочего места исследователя характеристик ТМП дисперсных материалов. С учетом сложности задач исследования, приводящих к практически обязательному использованию ЭВМ на стадии получения конечных результатов, решалась задача достижения максимально воз?лол<яого уровня автоматизации исследований.

Одновременное проведение исследования конкретных процессов и автоматизации этих исследований на разных этапах приводило к созданию комплекса аппаратно-программных средств, который использовался другими исследователями для интенсификации их труда, т.е. прямая цепочка язтчик-усталоЕка-устройстБо сопряжения с ЭВМ - ЭВМ разворачивалась в некоторое количество обратных цепочек с обогащением конкретных исследователей новыми средствами контроля за ходом процесса и средствами отображения полученных результатов.

Выделено три этапа в создании автоматизированных систем контроля.

На первом этапе разработано устройство сопряжения с ЭВМ и управления ходом эксперимента - пульт экспериментатора. Построена структурная схема математического обеспечения АСК и разработаны ее компоненты. Определен состав АРМ исследователя. Для определения погрешностей, вносимых собственно программными и техническими средствами ВТ, используем;,лет в АСК, построенз имитационная модель, разработан моделирующий алгоритм. Результаты моделирования показали, что для рассматриваемой области исследований этими погрешностями можно пренебречь.

На втором этапе создана АСК с максимальным использованием се рийных технических и программных средств. Она имеет иерархически трехуровневую структуру.

Обзор существующих средств создания АРМ исследователя в соста ве АСК привел нас к использованию case-технологий и осносанного н них пакета LabVIEW. При этом можно лспользоБать компьютерны платформы Macintosh, Microsoft Windows, Windows NT, Sun Sparcstaiioi Состав использованного нами АРМ приведен на рис. 9.

Рис. Э. Ссстгз использованного АРМ

Во время проведения экспериментов создана еозмолшость обраш ния в реальной ершена к накопленных! со всем ш$ре базам данных рассматриваемой области чер-гз сеть Internet.

При это?,! исследователь получил возможноег» общения б реально масштабе времени со всеми абоЬгнтамн cení, пользуясь ПТ-серверам! гипертекстовыми! WWW-серверами. Создана возможность «шхронизаш! несколько экспериментов, проходящих в разных точках мира п обмен: ваюшнхея получаемой информацией б темпе с экспергшеитами.

Технически узел сети состоит из ЭВМ SUN Sparcssrvcr 20, четыр« ПЭВМ IBM-486, рэугерг, кагашьного оборудования, епутшжозого кан; ла со скоростью 64 Кбиг/сек. При зтом применяется земная спутников; станция "Кедр-М".

В работе приведена схема созванной опорной сеш с выходок АРМ исследователей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработаны методы и измерительные устройства для неразру-юшего контроля температурозазисимых ТФХ дисперсных материалов.

2. На основе вариационного подхода к решению обратных7задач wo- и массопроводносги разработан метод НК потеициалозависимых эффициентов диффузии дисперсных материалов.

3. Предложена методика определения влажности дисперсных мате-злов по их ТФХ методами НК.

4. Приведен анализ и расчет погреши остей методического и систе-гаческого характера при проведении неразрушаюшего контроля ТФХ важности дисперсных материалов.

5. Разработана структура АРМ исследователей в составе АСК на зличных этапах работы, позволяющая проводить комплексное иссле-вание дисперсных материалов (содержггг различные зонды и измери-тьные устройства).

6. Спроектированы и созданы АСК, реализующие предложенные тадики НК ТФХ и характеристики ТМП.

7. Исследована и создана инфраструктура для включения экспери-аггатороз в мировое научно-образовательное компьютерное простран-во.

8. Проведены экспериментальные исследования температурозави-мых ТФХ и характеристик ТМП ряда дисперсных материалов.

Содержание диссертации отражено в следующих основных публикациях:

1. Подольский В.Е. Об одном итерационном методе решения неко-!рых инверсных нелинейных задач теплопроводности // Тр. МИХМа. [., 1975. Вып. 64. С. 113-114.

2. Казаков В.Н., Подольский В.Е. О применении средств прямого правления для ввода экспериментальных данных // Тез. докл. Первой сесоюз. конф. пользователей ЕС ЭВМ. М., 1975. С. 91-93.

3. Пульт экспериментатора - устройство управления вводом-вводом результатов теплофизического эксперимента для ЭВМ / В. 8. ласоз, В.Н. Казаков, В.Е. Подольский и яр. // Приборы и техника экс-еримента. 1978. N> 1. С. 241.

4. Власов В.В., Казаков В.Н., Подольский В.Е. Разработка АСУ те-лофизическим экспериментом на базе ЕС ЭВМ // .Автоматизация ин~ :енерньк исследований и' эксперимента /' МДНТП им.Ф.Э.Дзержин-кого. М., 1978. С. 47-50.

5. Власов В.В., Казаков В.Н., Подольский В.Е. Управляющая про-рамма АСУ теплофизичесхзш экспериментом на базе ЕС ЭВМ // Про-раммирование. 1978. М> 2. С. 88-91."

6. Пульт управления веодом данных теплофизического эксперк-!ента s ЭВМ ЕС-1020 / В.В. Власов, В.Н. Казаков., В.Е. Подольский и р. // Автометрия. 1979. № 2. С. 34-86.

7. Математическое обеспечение п программа управления АСУ та лофизичесхим экспериментом на базе ЕС ЭВМ / В.В. Власов, В.Н. К закон, В.Е. Подольский, А.В. Шаповалов // -Теплообмен и моделкров, ние в энергетических установках: Тездохл.Всссо:оз. науч.-техн. кош Тула, 1979. Ч.З. С. 222-223.

8. Подольскш В.Е. Имитационная модель одной системы актом; тизащш научного эксперимента на базе ЕС ЭВМ // Матемагическ< обеспечение ЭВМ вузов. Воронеж, 1980. С. 128-131.

9. Подольский В.Е. Иерархическая АСНИ в области процессов п пло- и массообмена // Крат. тез. докл. IX Всесоюзной теплофиз. ш Тамбов, 1S88. С. 154.

10. Мишекко С.В., Подольск«! В.Е., Чурккоз АЛ. Автоматизир« ванная система научных исследований из стандартных компонентов , Пром. теплотехника, 1988. Т. 10, № 5. С. 10Ы03.

11. Мищенко С.В., Чурккоз А.А., Подольский В.Е. Неразрушак шнй контроль вягаагости материалов // Техника в сельском хозяйств; 1989. N2 4. С. 35-38.

12. Мищенко С.В., Чуйков А А., Подольский В.Е. Метод теплоф* зического когггроля дая автоматизированной системы научне технического эксперимента // Термодинамика и тепдофизически свойства веществ: Сб. науч. тр. / МЭИ. М., 1989. К=> 206. С. 6S-71.

13. Mishchenko. S.V., Puchkov N.P.,Pcdcls5:y V.E. The technical uni versity experience сf using the electronic mail in educational process // Dii tancc learning and new technologies in education: The First Interaction; Conference oa Distance Education in Russia. Moscow, 1994. P. 149.

14. Мищенко C.B., Чурихоз AA, Подольский В.Е. Метод нераз рушазошего контроля при исследовании температурной зависимости теп лофизкческих характеристик массивных образцов // Вестник "ПТУ. 199: T.I, N? 3-4. С. 246-255.

15. Иссяедоаашгг массапроголносга полимерных материалов са риашгошшм методом / С.В.Мищешсо, В.Е.Полольский, П.С.Беляег А. А. Шлыков // Весгашс ТПУ; 1996. Т.2, № 1-2. С. 36-40.