განაცხადის სამეცნიერო ბაზაკონცეპტუალური, დიზაინის, ტექნოლოგიური და მასალების მეცნიერების გადაწყვეტილებები მანქანებისა და სტრუქტურების შექმნის ყველა ეტაპისთვის უნდა იყოს ფიზიკური და მათემატიკური მოდელირების პრინციპები და მეთოდები.
ფიზიკური და მათემატიკური მოდელირებამანქანათმშენებლობაში ის ეფუძნება ფუნდამენტურ მეცნიერებათა საფუძველზე შემუშავებულ ზოგად მიდგომებს, პირველ რიგში მათემატიკას, ფიზიკას, ქიმიას და ა.შ. მათემატიკური მოდელირება და გამოთვლითი ექსპერიმენტი ხდება რთული მანქანების, სამუშაო პროცესების და მანქანა-ადამიანის ანალიზის ახალი მეთოდი. -გარემოს სისტემა. ფიზიკურ-მათემატიკური მოდელირება რამდენიმე ეტაპად ხორციელდება.
სიმულაცია იწყებაპრობლემის დაყენებიდან და დახვეწიდან, ფიზიკური ასპექტების გათვალისწინებით, სიმულირებული სისტემების ან პროცესის ფუნქციონირების დაპროგრამებულ პირობებში სხვადასხვა ფაქტორების სიმულაციურ პროცესებზე გავლენის ხარისხის განსაზღვრა. ამის საფუძველზე აგებულია ფიზიკური მოდელი. შემდეგ მის საფუძველზე აგებულია მათემატიკური მოდელი, რომელიც მოიცავს სიმულირებული პროცესის ან მექანიკური სისტემის მათემატიკურ აღწერას კინემატიკისა და დინამიკის კანონების შესაბამისად, მასალების ქცევას დატვირთვისა და ტემპერატურის გავლენის ქვეშ და ა.შ. მოდელი. გამოკვლეულია ისეთ სფეროებში, როგორიცაა ამოცანის შესრულება, არსებობის გადაწყვეტილებები და ა.შ.
შემდეგ ეტაპზეარჩეულია გამოთვლითი ალგორითმი მოდელირების პრობლემის გადასაჭრელად. თანამედროვე რიცხვითი მეთოდები შესაძლებელს ხდის მოხსნას შეზღუდვები მათემატიკური მოდელების სირთულის ხარისხზე.
შემდეგი ნაბიჯი არის პროგრამირებაგამოთვლითი ალგორითმი კომპიუტერებისთვის. ამავდროულად, იქმნება პრობლემაზე ორიენტირებული აპლიკაციების პაკეტები, რომლებიც შესაძლებელს ხდის მათ საფუძველზე შეიქმნას რთული პროგრამები პროცესების, მანქანებისა და მანქანების სისტემების ყოვლისმომცველი აღწერისთვის.
შემდეგ ეტაპზე გამოთვლები სრულდება კომპიუტერზე შემუშავებული პროგრამების მიხედვით. ამ შემთხვევაში აუცილებელია საბოლოო შედეგების რაციონალური წარმოდგენა. დასკვნითი ეტაპი გულისხმობს მიღებული შედეგების ანალიზს, მათ შედარებას პროდუქციის სრულმასშტაბიანი ნიმუშების ფიზიკური ექსპერიმენტების მონაცემებთან. საჭიროების შემთხვევაში, ამოცანაა შერჩეული მათემატიკური მოდელის დახვეწა ზემოაღნიშნული ნაბიჯების შემდგომი განმეორებით.
ფიზიკურ და მათემატიკურ მოდელირებაზე მუშაობის დასრულების შემდეგ, ყალიბდება ზოგადი დასკვნა და დასკვნები დიზაინის, ტექნოლოგიური და ოპერატიული ღონისძიებების შესახებ, რომლებიც დაკავშირებულია ახალი მასალებისა და ტექნოლოგიების შექმნასთან, მანქანების საიმედო და უსაფრთხო მუშაობის პირობების უზრუნველსაყოფად, ერგონომიკის მოთხოვნების დაკმაყოფილებაზე. და ეკოლოგია. ახალი მანქანებისა და სტრუქტურების შექმნა ოპერაციული პარამეტრების გაზრდილი დონით, გარემოსდაცვითი და ერგონომიული მოთხოვნებით არის რთული რთული პრობლემა, რომლის ეფექტური გადაწყვეტა ეფუძნება ფიზიკურ და მათემატიკურ მოდელირებას. მანქანების შექმნის სხვადასხვა ეტაპზე სიმულაციის გამოყენების ზოგადი სქემა ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ სურათზე.
პროექტის დიზაინის შემუშავება ითვალისწინებსპროტოტიპების შექმნის გამოცდილებაზე დაფუძნებული ფიზიკური მოდელების აგება. მათემატიკური მოდელები მოიცავს ახალ ცოდნას სტრუქტურული და კინემატიკური სქემების ანალიზისა და სინთეზის შესახებ, ძირითად ელემენტებს შორის ურთიერთქმედების დინამიური მახასიათებლების შესახებ, სამუშაო გარემოსა და პროცესების გათვალისწინებით. ამავე ეტაპზე ყალიბდება და წყდება ზოგადი თვალსაზრისით ეკოლოგიისა და ერგონომიკის საკითხები.
ტექნიკური პროექტის შემუშავებისასუნდა მოხდეს ლაბორატორიაში შემოწმებული ძირითადი ერთეულების ფიზიკურ მოდელებზე გადასვლა. ტექნიკური პროექტის მათემატიკური მხარდაჭერა მოიცავს კომპიუტერულ საპროექტო სისტემებს.
ფუნდამენტურად ახალი მანქანების შექმნა (მომავლის მანქანები)მოითხოვს მათემატიკური მოდელირების მეთოდების გაუმჯობესებას და ახალი მოდელების აგებას. ეს დიდწილად ეხება ახალი ტექნოლოგიების უნიკალურ ობიექტებს. (ბირთვული და თერმობირთვული ენერგეტიკა, სარაკეტო, ავიაცია და კრიოგენული ტექნოლოგია), ასევე ახალ ტექნოლოგიურ, სატრანსპორტო მანქანებსა და მოწყობილობებზე (ლაზერული და იმპულსური პროცესის ერთეულები, მაგლევის სისტემები, ღრმა ზღვის წყალქვეშა ნავები, ადიაბატური შიდა წვის ძრავები და ა.შ.). ამავდროულად, მათემატიკური მოდელირების ამოცანების განსახორციელებლად საჭიროა სუპერ მძლავრი კომპიუტერები და ძვირადღირებული პროგრამები.
დეტალური დიზაინის ეტაპზე ფიზიკური მოდელირება გულისხმობს მაკეტების და სატესტო სკამების შექმნას დიზაინის გადაწყვეტილებების შესამოწმებლად. ამ ეტაპის მათემატიკური მხარე დაკავშირებულია ტექნიკური დოკუმენტაციის მომზადების ავტომატური სისტემების შემუშავებასთან. მათემატიკური მოდელები დახვეწილია, როგორც საპროექტო პრობლემების სასაზღვრო პირობების დეტალიზაცია და დახვეწა.
დიზაინთან ერთადმოგვარებულია მასალების არჩევის დიზაინი და ტექნოლოგიური პრობლემები, წარმოების და კონტროლის ტექნოლოგიების მინიჭება. სტრუქტურული მასალების მეცნიერების სფეროში, ლაბორატორიულ ნიმუშებზე ფიზიკური და მექანიკური თვისებების ექსპერიმენტული განსაზღვრა გამოიყენება როგორც სტანდარტულ ტესტებში, ასევე ოპერაციულობის სიმულაციის პირობებში ტესტებში. ახალი მასალებისგან მაღალი პასუხისმგებლობის მქონე ნაწილებისა და შეკრებების წარმოებაში (მაღალი სიმტკიცის კოროზიისა და რადიაციისადმი მდგრადი, მოპირკეთებული, კომპოზიტური და ა.შ.)აუცილებელია სპეციალიზებული ტესტების ჩატარება ზღვრული მდგომარეობისა და დაზიანების კრიტერიუმების დასადგენად. მათემატიკური მოდელირება გამოიყენება სხვადასხვა დატვირთვის პირობებში მასალების მექანიკური ქცევის სიმულაციური მოდელების შესაქმნელად, მასალების მოპოვებისა და მანქანების ნაწილების ფორმირების ტექნოლოგიის გათვალისწინებით. სიმულაციური მოდელები გამოიყენება თერმული, დიფუზიური, ელექტრომაგნიტური და ახალ ტექნოლოგიებთან დაკავშირებული სხვა ფენომენების რთული მათემატიკური ანალიზის შესასრულებლად.
ფიზიკურ და სიმულაციური მოდელების საფუძველზემიიღეთ ფიზიკური და მექანიკური თვისებების რთული ნაკრები, რომელთა მახასიათებლები უნდა იქნას გამოყენებული თანამედროვე და პერსპექტიულ მასალებზე კომპიუტერზე დაფუძნებული მონაცემთა ბანკების შექმნისას.
მთლიანად ნაწილების, შეკრებებისა და მანქანების წარმოების ტექნოლოგიის შემუშავების ეტაპზე ფიზიკური მოდელირება გამოიყენება ტექნოლოგიური პროცესების ლაბორატორიულ და საპილოტე ტესტირებაში, როგორც ტრადიციული. (დამუშავება, ჩამოსხმა და ა.შ.)და ახალი (ლაზერული დამუშავება, პლაზმური, ფეთქებადი, მაგნიტურ-პულსური და ა.შ.).
ტექნოლოგიური პროცესების პარალელურადშემუშავებულია ფიზიკური მოდელები, ასევე მასალებისა და მზა პროდუქციის კონტროლისა და ხარვეზის გამოვლენის პრინციპები. ტექნოლოგიური პროცესების მათემატიკური მოდელები საშუალებას იძლევა გადაჭრას თერმოგამტარობის, თერმოელასტიურობის, სუპერპლასტიურობის, ტალღის და სხვა ფენომენების რთული პრობლემები, რათა რაციონალურად აირჩიონ ეფექტური მეთოდები და დამუშავების პარამეტრები ამ ნაწილებისთვის.
მანქანებისა და სტრუქტურების შექმნის ეტაპზეროდესაც ტარდება პროტოტიპების და საპილოტე პარტიების დაზუსტება და ტესტირება, ფიზიკური მოდელირება ითვალისწინებს სკამზე და სრულმასშტაბიან ტესტებს. სკამების ტესტები უზრუნველყოფს მაღალი ინფორმაციის შემცველობას და ამცირებს მასობრივი და ფართომასშტაბიანი წარმოების პროდუქტების პროტოტიპების დასრულების დროს. ექსტრემალურ პირობებში უნიკალური პროდუქტების მუშაობისა და საიმედოობის შესაფასებლად აუცილებელია სრულმასშტაბიანი ტესტები. ამავდროულად, ალგორითმები და ტესტების მართვის პროგრამები ხდება მათემატიკური მოდელირების ამოცანები. მიღებული ექსპერიმენტული ინფორმაციის ანალიზი უნდა განხორციელდეს კომპიუტერზე რეალურ დროში.
მანქანების მუშაობისასფიზიკური მოდელირება გამოიყენება მდგომარეობის დიაგნოსტიკისა და უსაფრთხო ოპერაციის ვადის გაგრძელების გასამართლებლად. მათემატიკური მოდელირება ამ ეტაპზე მიზნად ისახავს საოპერაციო დაზიანების მოდელების შექმნას დიზაინში მიღებული კრიტერიუმების მიხედვით: ასეთი მოდელების შემუშავება ამჟამად მიმდინარეობს ბირთვული და თბოელექტროენერგეტიკის, სარაკეტო და საავიაციო ტექნოლოგიების და სხვა ობიექტებისთვის.
მათემატიკური მოდელირება იძლევა საშუალებასკომპიუტერის გამოყენებით ოპერაციული რეჟიმების კონტროლის ავტომატიზაცია, მითითებული პროგრამების მიხედვით, გარდამავალი პროცესების ოპტიმალური კონტროლის უზრუნველსაყოფად და ავტომატური დაცვის სისტემების დახმარებით გამორიცხოს შემზღუდავი სიტუაციების მიღწევა, რაც იწვევს საგანგებო ავარიას.
ქვეშ ობიექტიმოდელირება გვესმის ნებისმიერი საგანი, პროცესი ან ფენომენი, რომელიც შეისწავლება მოდელირებით. ობიექტის შესწავლისას მხედველობაში მიიღება მხოლოდ ის თვისებები, რომლებიც აუცილებელია მიზნის მისაღწევად. მოდელის აგებისას ობიექტის თვისებების არჩევანი მნიშვნელოვანი ამოცანაა მოდელირების პირველ ეტაპზე.
ობიექტის მოდელი -ეს:
1) ისეთი ფსიქიკურად წარმოდგენადი ან მატერიალურად რეალიზებული სისტემა, რომელიც ასახავს ან ამრავლებს კვლევის ობიექტს, შეუძლია შეცვალოს იგი ისე, რომ მისი შესწავლა იძლევა ახალ ინფორმაციას ობიექტის შესახებ.
2) ობიექტი არის შემცვლელი, რომელიც ითვალისწინებს ობიექტის რეალურ თვისებებს, რომლებიც აუცილებელია მიზნის მისაღწევად.
მოდელის მთავარი ფუნქციააარა მხოლოდ ობიექტის აღწერას, არამედ მის შესახებ ინფორმაციის მოპოვებას.
არსებობს ფიზიკური და მათემატიკური მოდელირება.
ფიზიკური მოდელირება- სხვადასხვა ფიზიკური მოვლენის ექსპერიმენტული შესწავლის მეთოდი, მათზე დაყრდნობით ფიზიკური მსგავსება. მეთოდი გამოიყენება შემდეგ პირობებში:
- მეცნიერების განვითარების ამ დონეზე ფენომენის ამომწურავად ზუსტი მათემატიკური აღწერა არ არსებობს, ან ასეთი აღწერა ზედმეტად შრომატევადია და გამოთვლებისთვის საჭიროებს თავდაპირველი მონაცემების დიდ რაოდენობას, რაც ძნელი მოსაპოვებელია.
- შესწავლილი ფიზიკური ფენომენის რეპროდუქცია ექსპერიმენტის მიზნით რეალურ მასშტაბში შეუძლებელია, არასასურველი ან ძალიან ძვირი (მაგალითად, ცუნამი).
ფართო გაგებით, ნებისმიერი ლაბორატორიული ფიზიკური ექსპერიმენტი არის სიმულაცია, რადგან ფენომენის კონკრეტული შემთხვევა შეინიშნება ექსპერიმენტში კონკრეტულ პირობებში და საჭიროა ზოგადი შაბლონების მიღება მსგავსი ფენომენების მთელი კლასისთვის ფართო სპექტრის პირობებში. . ექსპერიმენტატორის ხელოვნება მიღწევაა ფიზიკური მსგავსებალაბორატორიულ პირობებში დაკვირვებულ ფენომენსა და შესასწავლ ფენომენთა მთელ კლასს შორის.
მათემატიკური მოდელირება, ფართო გაგებით, მოიცავს კვლევას არა მხოლოდ წმინდა მათემატიკური მოდელების დახმარებით. აქ ასევე გამოიყენება საინფორმაციო, ლოგიკური, სიმულაციური და სხვა მოდელები და მათი კომბინაციები. ამ შემთხვევაში, მათემატიკური მოდელი არის ალგორითმი, რომელიც მოიცავს მახასიათებლებს, პარამეტრებსა და გამოთვლის კრიტერიუმებს შორის კავშირის განსაზღვრას, სისტემის ფუნქციონირების პროცესის პირობებს და ა.შ. ეს სტრუქტურა შეიძლება გახდეს ფენომენის მოდელი, თუ იგი ადეკვატურად ასახავს მის ფიზიკურ არსს, სწორად აღწერს თვისებების ურთიერთობას და დასტურდება ტესტის შედეგებით. მათემატიკური მოდელების და კომპიუტერული ტექნოლოგიის გამოყენება ახორციელებს სამეცნიერო კვლევის ერთ-ერთ ყველაზე ეფექტურ მეთოდს - გამოთვლითი ექსპერიმენტი, რომელიც შესაძლებელს ხდის შევისწავლოთ რთული სისტემების ქცევა, რომელთა ფიზიკურად მოდელირება რთულია. ხშირად ეს გამოწვეულია ობიექტების დიდი სირთულითა და ღირებულებით, ზოგიერთ შემთხვევაში კი ექსპერიმენტის რეალურ პირობებში რეპროდუცირების უუნარობით.
საინფორმაციო სისტემების გამოყენების ეფექტურობა განათლების სფეროში. IS-ის მიერ გადაჭრილი ამოცანები განათლების სფეროში. განათლების დარგში სასწავლო და მმართველი პერსონალის საინფორმაციო საჭიროებების სპეციფიკა. განათლების სფეროში ინფორმაციული მხარდაჭერის ხარისხის ძირითადი მაჩვენებლები და მათი რაოდენობრივი მნიშვნელობების მოთხოვნების დასაბუთება
თანამედროვე საზოგადოებაში ინფორმაციული ტექნოლოგიების გამოყენება ცხოვრების ყველა სფეროში გახდა სავალდებულო თანმხლები კომპონენტი. განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი როლი ენიჭება მის გამოყენებას შემეცნების, შესწავლის სფეროში, ე.ი. განათლების სფეროში. IT ტექნოლოგიები ერთ-ერთ წამყვან ადგილს იკავებს ადამიანისა და მთლიანად საზოგადოების ინტელექტუალიზაციაში, ამაღლებს თითოეული მოქალაქის კულტურულ და საგანმანათლებლო დონეს.
ბოლო დროს განათლების სფეროში სულ უფრო ხშირად გამოიყენება მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უახლეს კომპიუტერულ და აუდიოვიზუალურ მიღწევებზე დაფუძნებული საინფორმაციო ტექნოლოგიები. საგანმანათლებლო სერვისების განხორციელების ერთ-ერთი ეფექტური მიმართულებაა საინფორმაციო და სასწავლო ტექნოლოგიებზე დაფუძნებული განათლების სხვადასხვა ფორმების გამოყენება.
გარდა ამისა, განათლების სფეროში თანამედროვე საინფორმაციო ტექნოლოგიების აქტიურად გამოყენების სურვილი ორიენტირებული უნდა იყოს ტრენინგის დონისა და ხარისხის ამაღლებაზე. ყოველწლიურად იზრდება ორგანიზაციებისა და საწარმოების რიცხვი, რომლებიც მიმართავენ საგანმანათლებლო მომსახურების ბაზარზე. ამ მხრივ ყველაზე ხელსაყრელი პირობებია ის საგანმანათლებლო დაწესებულებები, რომლებიც მოიცავს წინასაუნივერსიტეტო, საუნივერსიტეტო და დიპლომისშემდგომ განათლებას ახალი საგანმანათლებლო ტექნოლოგიების გამოყენებით.
ამჟამად იზრდება ინფორმაციული და სოციალური ტექნოლოგიების როლი განათლებაში, რაც უზრუნველყოფს სტუდენტებისა და მასწავლებლების უნივერსალურ კომპიუტერიზაციას იმ დონეზე, რომელიც საშუალებას იძლევა გადაჭრას მინიმუმ სამი ძირითადი ამოცანა:
- საგანმანათლებლო პროცესის თითოეული მონაწილისთვის და, სასურველია, ნებისმიერ დროს და სხვადასხვა საცხოვრებელი ადგილიდან ინტერნეტთან წვდომის უზრუნველყოფა;
- საგანმანათლებლო ინდუსტრიის ერთიანი საინფორმაციო სივრცის შემუშავება და მასში ყოფნა სხვადასხვა დროს და ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად საგანმანათლებლო და შემოქმედებითი პროცესის ყველა მონაწილისგან;
– მართული საინფორმაციო საგანმანათლებლო რესურსების შექმნა, განვითარება და ეფექტური გამოყენება, მათ შორის პერსონალური მომხმარებლის მონაცემთა ბაზები და სტუდენტებისა და მასწავლებლების მონაცემთა და ცოდნის ბანკები მათთან მუშაობის ფართო წვდომის შესაძლებლობით.
თანამედროვე საინფორმაციო ტექნოლოგიების ძირითადი უპირატესობებია: ხილვადობა, ინფორმაციის პრეზენტაციის კომბინირებული ფორმების გამოყენების შესაძლებლობა - მონაცემები, სტერეო ხმა, გრაფიკა, ანიმაცია, დიდი მოცულობის ინფორმაციის დამუშავება და შენახვა, მსოფლიო საინფორმაციო რესურსებზე წვდომა, რაც საფუძველი უნდა გახდეს. სასწავლო პროცესის მხარდასაჭერად.
სტუდენტის დამოუკიდებელი მუშაობის როლის გაძლიერების აუცილებლობა მოითხოვს მნიშვნელოვან ცვლილებებს სასწავლო პროცესის სტრუქტურასა და ორგანიზაციაში, ტრენინგის ეფექტურობისა და ხარისხის გაუმჯობესებას, შემეცნებითი საქმიანობის მოტივაციის ამაღლებას თეორიული და პრაქტიკული საგანმანათლებლო მასალის შესწავლის პროცესში. კონკრეტული დისციპლინა.
განათლების ინფორმატიზაციის პროცესში გასათვალისწინებელია, რომ კომპიუტერის გამოყენების მთავარი პრინციპია ფოკუსირება იმ შემთხვევებზე, როდესაც ადამიანი ვერ ასრულებს პედაგოგიურ დავალებას. მაგალითად, მასწავლებელს არ შეუძლია ვიზუალურად წარმოაჩინოს ფიზიკური პროცესების უმეტესობა კომპიუტერული სიმულაციის გარეშე.
მეორე მხრივ, კომპიუტერი უნდა დაეხმაროს სტუდენტების შემოქმედებითი შესაძლებლობების განვითარებას, ახალი პროფესიული უნარებისა და შესაძლებლობების შესწავლას და ლოგიკური აზროვნების განვითარებას. სასწავლო პროცესი არ უნდა იყოს მიმართული გარკვეულ პროგრამულ ინსტრუმენტებთან მუშაობის უნარზე, არამედ სხვადასხვა ინფორმაციასთან მუშაობის ტექნოლოგიის გაუმჯობესებაზე: აუდიო და ვიდეო, გრაფიკა, ტექსტი, ცხრილები.
თანამედროვე მულტიმედიური ტექნოლოგიები და ხელსაწყოები შესაძლებელს ხდის კომპიუტერული სასწავლო პროგრამების მთელი სპექტრის განხორციელებას. თუმცა მათი გამოყენება მასწავლებლებისგან მაღალკვალიფიციურ მომხმარებლებს მოითხოვს.
ახალი მანქანების შექმნასთან დაკავშირებული სამეცნიერო კვლევა
ტექნიკისა და აღჭურვილობის ხარისხის, საიმედოობისა და უსაფრთხოების გაუმჯობესებასთან დაკავშირებული სამეცნიერო კვლევის ძირითადი სფეროებია:
ფუნდამენტური კვლევები ახალი სამუშაო პროცესების, რესურსების დაზოგვის ტექნოლოგიებისა და ახალი სამშენებლო მასალების სფეროში;
მანქანების დიზაინის თანამედროვე მეთოდების შექმნა, შემუშავება და დანერგვა, მათი ოპტიმალური მუშაობის პარამეტრების დასაბუთება, საპროექტო ფორმები;
ახალი მასალების მოპოვება, ნაწილების, შეკრებებისა და შეკრებების დამუშავება ტექნოლოგიური პარამეტრების მოთხოვნების შესაბამისად;
ახალი მეტროლოგიური მეთოდების, სისტემებისა და საშუალებების შემუშავება;
მოდელების და სრულმასშტაბიანი პროდუქტების საიმედოობისა და მომსახურების ვადის დაჩქარებული და ჩვეულებრივი ტესტების ჩატარება;
მექანიზმების მუშაობის ორგანიზება საიმედოობის, უსაფრთხოების, ეფექტურობის მოცემული ხარისხით, ერგონომიკისა და ეკოლოგიის მოთხოვნების დაცვით.
თანამედროვე მანქანათმშენებლობაში უმთავრესი მნიშვნელობა აქვს აღჭურვილობის საიმედოობისა და უსაფრთხოების პრობლემებს, ადამიანური ფაქტორის როლის გათვალისწინებით.
მანქანებისა და სტრუქტურების შექმნის ყველა ეტაპისთვის კონცეპტუალური, დიზაინის, ტექნოლოგიური და მასალების მეცნიერების გადაწყვეტილებების გამოყენების სამეცნიერო საფუძველი უნდა იყოს ფიზიკური და მათემატიკური მოდელირების პრინციპები და მეთოდები.
ფიზიკური და მათემატიკური მოდელირება მანქანათმშენებლობაში ემყარება ფუნდამენტურ მეცნიერებათა საფუძველზე შემუშავებულ ზოგად მიდგომებს, პირველ რიგში მათემატიკას, ფიზიკას, ქიმიას და ა.შ.
მათემატიკური მოდელირება და გამოთვლითი ექსპერიმენტი ხდება ახალი მეთოდი რთული მანქანების, სამუშაო პროცესების და მანქანა-ადამიანი-გარემო სისტემის ანალიზისთვის. ფიზიკურ-მათემატიკური მოდელირება რამდენიმე ეტაპად ხორციელდება.
მოდელირება იწყება პრობლემის დაყენებით და დახვეწით, ფიზიკური ასპექტების გათვალისწინებით, სიმულირებული სისტემების ან პროცესის ფუნქციონირების დაპროგრამებულ პირობებში სხვადასხვა ფაქტორების სიმულაციურ პროცესებზე გავლენის ხარისხის განსაზღვრით. ამის საფუძველზე აგებულია ფიზიკური მოდელი.
შემდეგ მის საფუძველზე აგებულია მათემატიკური მოდელი, რომელიც მოიცავს სიმულირებული პროცესის ან მექანიკური სისტემის მათემატიკურ აღწერას კინემატიკისა და დინამიკის კანონების შესაბამისად, მასალების ქცევას დატვირთვისა და ტემპერატურის გავლენის ქვეშ და ა.შ. მოდელი. გამოკვლეულია ისეთ სფეროებში, როგორიცაა ამოცანის შესრულება, არსებობის გადაწყვეტილებები და ა.შ.
მესამე ეტაპზე შერჩეულია მოდელირების პრობლემის გადაჭრის გამოთვლითი ალგორითმი. თანამედროვე რიცხვითი მეთოდები შესაძლებელს ხდის მოხსნას შეზღუდვები მათემატიკური მოდელების სირთულის ხარისხზე.
გარდა ამისა, თანამედროვე მათემატიკური პროგრამული პაკეტების გამოყენებით, როგორიცაა MathCad, Matlab, რომლებსაც აქვთ შესაძლებლობებისა და ფუნქციების დიდი ნაკრები და იძლევა ამოცანების გადაჭრის საშუალებას როგორც ანალიტიკური, ასევე რიცხვითი, გამოთვლითი ექსპერიმენტების ჩატარება.
გამოთვლების ჩატარებისას და შედეგების მიღებისას განსაკუთრებული ყურადღება უნდა მიექცეს გადაწყვეტილებების წარდგენის წიგნიერებას და სისწორეს.
დასკვნითი ეტაპი გულისხმობს მიღებული შედეგების ანალიზს, მათ შედარებას პროდუქციის სრულმასშტაბიანი ნიმუშების ფიზიკური ექსპერიმენტების მონაცემებთან. საჭიროების შემთხვევაში, ამოცანაა შერჩეული მათემატიკური მოდელის დახვეწა ზემოაღნიშნული ნაბიჯების შემდგომი განმეორებით.
ფიზიკურ და მათემატიკურ მოდელირებაზე მუშაობის დასრულების შემდეგ, ყალიბდება ზოგადი დასკვნა და დასკვნები დიზაინის, ტექნოლოგიური და ოპერატიული ღონისძიებების შესახებ, რომლებიც დაკავშირებულია ახალი მასალებისა და ტექნოლოგიების შექმნასთან, მანქანების საიმედო და უსაფრთხო მუშაობის პირობების უზრუნველსაყოფად, ერგონომიკის მოთხოვნების დაკმაყოფილებაზე. და ეკოლოგია.
ბოლო დროს წმინდა მათემატიკური მოდელირება ძალზე იშვიათია მექანიზმებისა და ნაწილების დიზაინსა და მშენებლობაში. ტრადიციული მათემატიკური მოდელირება თანამედროვე მექანიზმებისა და ნაწილების დიზაინში ჩანაცვლებულია კომპიუტერული მოდელირებით. ძირითადი მეთოდი, რომელსაც იყენებენ თანამედროვე პროგრამული პროდუქტები, არის სასრული ელემენტების მეთოდი. ასეთი მოდელირება, გარდა გაანგარიშების სიზუსტისა და მოცემულ პირობებში კვლევის ობიექტის ქცევის ვიზუალური წარმოდგენისა, აჩქარებს დიზაინის პროცესს და ამცირებს ფიზიკური მოდელებით კვლევის ჩატარების ხარჯებს.
ახალი მანქანებისა და სტრუქტურების შექმნა ოპერაციული პარამეტრების გაზრდილი დონით, გარემოსდაცვითი და ერგონომიული მოთხოვნებით არის რთული რთული პრობლემა, რომლის ეფექტური გადაწყვეტა ეფუძნება ფიზიკურ და მათემატიკურ მოდელირებას.
წინასწარი დიზაინის შემუშავება გულისხმობს ფიზიკური მოდელების მშენებლობას პროტოტიპების შექმნის გამოცდილების საფუძველზე. მათემატიკური მოდელები მოიცავს ახალ ცოდნას სტრუქტურული და კინემატიკური სქემების ანალიზისა და სინთეზის შესახებ, ძირითად ელემენტებს შორის ურთიერთქმედების დინამიური მახასიათებლების შესახებ, სამუშაო გარემოსა და პროცესების გათვალისწინებით. ამავე ეტაპზე ყალიბდება და წყდება ზოგადი თვალსაზრისით ეკოლოგიისა და ერგონომიკის საკითხები.
ტექნიკური პროექტის შემუშავებისას უნდა მოხდეს გადასვლა ლაბორატორიულ პირობებში შემოწმებული ძირითადი კომპონენტების ფიზიკურ მოდელებზე. ტექნიკური პროექტის მათემატიკური მხარდაჭერა მოიცავს კომპიუტერულ საპროექტო სისტემებს.
ფუნდამენტურად ახალი მანქანების (მომავლის მანქანები) შექმნა მოითხოვს მათემატიკური მოდელირების მეთოდების გაუმჯობესებას და ახალი მოდელების მშენებლობას. ეს დიდწილად ეხება ახალი ტექნოლოგიის უნიკალურ ობიექტებს (ბირთვული და თერმობირთვული ენერგეტიკა, რაკეტა, ავიაცია და კრიოგენული ტექნოლოგია), ასევე ახალ ტექნოლოგიურ, სატრანსპორტო მანქანებსა და მოწყობილობებს (ლაზერული და იმპულსური ტექნოლოგიური დანადგარები, მაგნიტური შეჩერების სისტემები, ღრმა ზღვის მანქანები, ადიაბატური შიდა წვის ძრავები და ა.შ.).
დეტალური დიზაინის ეტაპზე ფიზიკური მოდელირება გულისხმობს მაკეტების და სატესტო სკამების შექმნას დიზაინის გადაწყვეტილებების შესამოწმებლად. ამ ეტაპის მათემატიკური მხარე დაკავშირებულია ტექნიკური დოკუმენტაციის მომზადების ავტომატური სისტემების შემუშავებასთან. მათემატიკური მოდელები დახვეწილია, როგორც საპროექტო პრობლემების სასაზღვრო პირობების დეტალიზაცია და დახვეწა.
დიზაინის პარალელურად წყდება მასალების არჩევის დიზაინი და ტექნოლოგიური პრობლემები, წარმოების და კონტროლის ტექნოლოგიების მინიჭება. სტრუქტურული მასალების მეცნიერების სფეროში, ლაბორატორიულ ნიმუშებზე ფიზიკური და მექანიკური თვისებების ექსპერიმენტული განსაზღვრა გამოიყენება როგორც სტანდარტულ ტესტებში, ასევე ოპერაციულობის სიმულაციის პირობებში ტესტებში. ახალი მასალებისგან უაღრესად კრიტიკული ნაწილების და შეკრებების წარმოებისას (მაღალი სიმტკიცის კოროზიისა და რადიაციისადმი მდგრადი, მოპირკეთებული, კომპოზიტური და ა.შ.), აუცილებელია სპეციალიზებული ტესტების ჩატარება ზღვრული მდგომარეობისა და დაზიანების კრიტერიუმების დასადგენად. მათემატიკური მოდელირება გამოიყენება სხვადასხვა დატვირთვის პირობებში მასალების მექანიკური ქცევის სიმულაციური მოდელების შესაქმნელად, მასალების მოპოვებისა და მანქანების ნაწილების ფორმირების ტექნოლოგიის გათვალისწინებით. სიმულაციური მოდელები გამოიყენება თერმული, დიფუზიური, ელექტრომაგნიტური და ახალ ტექნოლოგიებთან დაკავშირებული სხვა ფენომენების რთული მათემატიკური ანალიზის შესასრულებლად.
ფიზიკურ და სიმულაციური მოდელების საფუძველზე მიიღება ფიზიკური და მექანიკური თვისებების რთული ნაკრები, რომელთა მახასიათებლები უნდა იქნას გამოყენებული თანამედროვე და პერსპექტიულ მასალებზე კომპიუტერზე დაფუძნებული მონაცემთა ბანკების შექმნისას.
მთლიანად ნაწილების, შეკრებებისა და მანქანების წარმოების ტექნოლოგიის შემუშავების ეტაპზე ფიზიკური მოდელირება გამოიყენება ტექნოლოგიური პროცესების ლაბორატორიულ და საპილოტე ტესტირებაში, როგორც ტრადიციული (დამუშავება, ჩამოსხმა და ა.შ.), ასევე ახლის (ლაზერული დამუშავება, პლაზმური, ფეთქებადი, მაგნიტურ-პულსური და ა.შ.).
ტექნოლოგიური პროცესების პარალელურად მუშავდება ფიზიკური მოდელები, ასევე "მასალებისა და მზა პროდუქტების კონტროლისა და ხარვეზის გამოვლენის პრინციპები. ტექნოლოგიური პროცესების მათემატიკური მოდელები საშუალებას იძლევა გადაჭრას თერმოგამტარობის, თერმოელასტიურობის, სუპერპლასტიურობის, ტალღის და სხვა რთული პრობლემები. ფენომენები ამ ნაწილების დამუშავების ეფექტური მეთოდებისა და პარამეტრების რაციონალურად შერჩევის მიზნით.
მანქანებისა და სტრუქტურების შექმნის ეტაპზე, როდესაც ტარდება პროტოტიპების და საპილოტე პარტიების დაზუსტება და ტესტირება, ფიზიკური მოდელირება ითვალისწინებს სკამზე და სრულმასშტაბიან ტესტებს. სკამების ტესტები უზრუნველყოფს მაღალი ინფორმაციის შემცველობას და ამცირებს მასობრივი და ფართომასშტაბიანი წარმოების პროდუქტების პროტოტიპების დასრულების დროს. ექსტრემალურ პირობებში უნიკალური პროდუქტების მუშაობისა და საიმედოობის შესაფასებლად აუცილებელია სრულმასშტაბიანი ტესტები. ამავდროულად, ალგორითმები და ტესტების მართვის პროგრამები ხდება მათემატიკური მოდელირების ამოცანები. მიღებული ექსპერიმენტული ინფორმაციის ანალიზი უნდა განხორციელდეს კომპიუტერზე რეალურ დროში.
მანქანების მუშაობის დროს ფიზიკური მოდელირება გამოიყენება მდგომარეობის დიაგნოსტიკისა და უსაფრთხო მუშაობის ვადის გაგრძელების გასამართლებლად. მათემატიკური (კომპიუტერული) მოდელირება ამ ეტაპზე მიზნად ისახავს ოპერაციული დაზიანების მოდელების შექმნას დიზაინში მიღებული კრიტერიუმების მიხედვით: ასეთი მოდელების შემუშავება ამჟამად მიმდინარეობს ბირთვული და თბოელექტროენერგეტიკის, სარაკეტო და საავიაციო ტექნოლოგიების ობიექტებისთვის და სხვა ობიექტები.
პოეტებმა იციან, რომ ყველაფერი ყველაფრის მსგავსია. მეტაფორების შექმნა ეფუძნება ამ პოზიციას:
ბაღში წითელ თაიგულის ცეცხლი ანთებს,
მაგრამ ის ვერავის ათბობს.
მოდელირება ეფუძნება იმავე პოზიციას. მოდელირება არის მოდელების მშენებლობა და შესწავლა. თავის მხრივ, მოდელი არის გარკვეული სისტემა, რომლის შემოწმებითაც ადამიანი იღებს ინფორმაციას სხვა სისტემის შესახებ.
ერთი შეხედვით, ეს სისულელეა. შესაძლებელია თუ არა ერთი ობიექტის დათვალიერება და სხვა საგანზე წარმოდგენა? სად არის ზღვა და სად არის ის კოტეჯი?
იმავდროულად, საკუთარი თავის გარედან შესახედად, სარკეს ვიყენებთ. ამავდროულად, სარკის მინაში ჩვენს ანარეკლს საკუთარ თავთან ვაიგივებთ. მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენი ასახვა გარკვეულწილად განსხვავდება ორიგინალისგან. მაგალითად, სარკეში მარჯვნივ და მარცხნივ შებრუნებულია. მაგრამ ჩვენ თითქმის ავტომატურად ვითვალისწინებთ ამ განსხვავებას, რაც ამ შემთხვევაში არ არის არსებითი, და ვიყენებთ სარკეს ჩვენს სასარგებლოდ და უფრო კომფორტულად. ყველა ბიჭი სარკეს სუფთად და კომბინირებულად ტოვებს. და გოგონები აბსოლუტურად ლამაზები არიან!
მოდელი, მეტაფორულად რომ ვთქვათ, არის ისეთი სარკე, რომელიც მიმაგრებულია შესასწავლ საგანზე.
მოდელის შექმნით ვწყვეტთ შესწავლილი სისტემის რომელი თვისებებია ჩვენთვის მნიშვნელოვანი და რომელი მეორეხარისხოვანი. მაგალითად, ქარის გვირაბში თვითმფრინავის ფრთების შესწავლისას, ჩვენ გვაინტერესებს მათი ფორმა და მასალა, საიდანაც ისინი მზადდება. ფრთების ფერი ამ შემთხვევაში არ არის მნიშვნელოვანი. მიუხედავად იმისა, რომ თვითმფრინავის ხილვადობის გაანგარიშებისას, მისი თვითმფრინავების ფერი ალბათ ყველაზე მნიშვნელოვანი ინფორმაცია იქნება.
როდესაც გადავწყვიტეთ მოდელირების სისტემის ან ობიექტის ძირითადი და არა ძირითადი თვისებები, ჩვენ ვადგენთ გარკვეულ კავშირებს სისტემის თვისებებსა და მის მოდელს შორის. მაგალითად, თუ სახლის მოდელის ზომა რეალური სახლის ზომის ნახევარია, მოდელის მოცულობა და, შესაბამისად, წონა რვაჯერ ნაკლები იქნება რეალურზე.
შემდეგ ვიწყებთ მოდელის შესწავლას და განვსაზღვრავთ სხვადასხვა კავშირებს ჩვენთვის საინტერესო პარამეტრებს შორის. მაგალითად, ჰაერის რა სიჩქარით ვიბრირებს ფრთა. ეს არის ფრიალის პრობლემის ფორმულირება, თვითმფრინავის რხევები, რომლებიც მოულოდნელად წარმოიქმნება ფრთის გარშემო ჰაერის ნაკადის სიჩქარის გარკვეული მნიშვნელობებით. ამ პრობლემის გადაჭრის გარეშე თვითმფრინავი ვერ შეძლებს მაღალი სიჩქარით ფრენას. მის გადასაჭრელად საჭირო იყო ქარის გვირაბში დიდი რაოდენობით ფრთების მოდელის განადგურებაზე დაკვირვება. აქ ჩვენ დაუყოვნებლივ ვხედავთ მოდელირების უპირატესობებს. ჩვენ ვამოწმებთ სიძლიერეს არა ძვირადღირებულ თვითმფრინავს, არამედ იაფ მოდელს, ხელახლა გამოვთვლით მოდელის თვისებებს სიმულირებული რეალური თვითმფრინავის თვისებებში. ხარჯების დაზოგვა და რაც მთავარია, საცდელმა პილოტებმა სიცოცხლე არ უნდა გარისკოს.
მოდელების გამოყენების კიდევ ერთი სფეროა მასალების სიძლიერე და სტრუქტურული მექანიკა. რამდენად ძლიერი უნდა იყოს ფოლადი ხიდისთვის? რა სისქის უნდა იყოს საყრდენი სვეტები, რომ შენობა არ ჩამოინგრეს? შესაძლებელია თუ არა აგურისგან ცათამბჯენის აშენება? აქ, რეალური მასალის მოდელი არის ნიმუში, რომელიც ტესტირება ხდება სპეციალურ საცდელ სკამებზე. ტესტის შედეგებიდან მიღებული სიმტკიცის მახასიათებლები გარდაიქმნება მანქანების ან შენობების რეალური ნაწილების სიძლიერის მახასიათებლებში.
ხოლო ახალი შენობის „დასახლებისას“ მოდელირებაც შეუცვლელია. იმისათვის, რომ ოთახებში ავეჯი ოპტიმალურად მოაწყოთ, არავინ ათრევს მძიმე მაგიდებს და ნაყარ მაცივრებს წინ და უკან. ყველა ობიექტი მოდელირებულია პატარა ქაღალდის ოთხკუთხედებით, რომლებიც მოძრაობენ ქაღალდის ფურცლის ზედაპირის გასწვრივ, რომელზეც გამოსახულია იატაკის გეგმა.
დიახ, და მედიცინაში ჩვენ არ შეგვიძლია მოდელირების გარეშე. არცერთი ადამიანი არ არის ზუსტად ისეთი, როგორიც სხვას. ამავდროულად, ყველა ადამიანის ორგანიზმს აქვს საკმარისი მსგავსება, როგორც „დეტალებში“, ასევე „ფუნქციებში“. ექიმი სწავლობს ანატომიას ერთი ჩონჩხიდან და ზოგჯერ მოდელის ჩონჩხიდანაც კი და ესმის, როგორ არის მოწყობილი ყველა ადამიანი. ფსიქოლოგი სწავლობს, თუ როგორ რეაგირებს კონკრეტული ადამიანი გარკვეულ სტიმულებზე და შემდეგ აკეთებს ზოგად დასკვნებს ყველა ადამიანის ქცევაზე.
მოდელირება ორგვარია - მათემატიკური და ფიზიკური. მათემატიკური მოდელირებისას შესწავლილია ურთიერთობების სისტემები, რომლებიც აღწერს მოდელირებულ ობიექტში მიმდინარე პროცესებს. ურთიერთობები შეიძლება აღწერილი იყოს განტოლებებით, ხშირად საკმაოდ რთული, რომლებიც მიღებულია შესასწავლი პროცესის ან სისტემის თეორიული მოდელის საფუძველზე. მაგრამ მათემატიკური მოდელები ასევე შეიძლება იყოს ალბათობითი. ასეთ მოდელებში შეყვანის პარამეტრების ცვლილებები განსაზღვრავს გამომავალი პარამეტრების ქცევას არა მკაცრად, არამედ გარკვეული ალბათობით.
მათემატიკური მოდელი ყოველთვის არის კომპრომისი შესწავლილი სისტემის რეალურ სირთულესა და მის აღწერისთვის საჭირო სიმარტივეს შორის. ყოველთვის არ არსებობს „ხარისხობრივი“ თეორიები, რომლებიც საშუალებას მოგცემთ ზუსტად გამოთვალოთ რა ხდება, მაგალითად, როდესაც ხდება ძაბვის ვარდნა დიდ ელექტრო ქსელებში. დიახ, თუნდაც ტუალეტში ჩაშვებული წყლის ნაკადის ქცევა, მისი ფორმის მიხედვით, სერიოზული თეორიული პრობლემაა.
ფიზიკურ მოდელირებაში შესწავლილია მოდელების თვისებები, რომლებიც ფიზიკური თვისებებით მსგავსია ორიგინალების. მაგალითად, ავტოავარიის ტესტებში, ავარიული მანქანების ნაკრები ახდენს ნებისმიერი მანქანის ქცევის სიმულაციას, რომელიც საბოლოოდ გზაზე იქნება.
ფიზიკური მოდელების შესწავლა ხორციელდება რეალურ დანადგარებზე ან საცდელ სკამებზე. ტესტის შედეგები ითარგმნება რეალურ შედეგებში სპეციალური მათემატიკური აპარატის საფუძველზე გამოთვლების გამოყენებით, რომელსაც მსგავსების თეორია ეწოდება. ფიზიკური მოდელების ტესტირების მაგალითია უკვე აღწერილი თვითმფრინავის მოდელების ტესტირება ქარის გვირაბში. ან ჰიდროელექტრო კაშხლის გაანგარიშება. ფიზიკური მოდელირების მინუსი არის მოდელების შექმნისა და ტესტირების შედარებით შრომატევადი და ფიზიკური მოდელირების მეთოდის დაბალი უნივერსალურობა.
მაგრამ ნებისმიერ შემთხვევაში, ფიზიკური და მათემატიკური მოდელირება, რომლებიც ავსებენ ერთმანეთს, საშუალებას გვაძლევს შევცვალოთ ჩვენი სამყარო სასურველი მიმართულებით.
ქიმიური რეაქტორების ტიპები
ქიმიური რეაქტორი არის მოწყობილობა, რომელიც შექმნილია განსახორციელებლადქიმიური გარდაქმნები.
ქიმიური რეაქტორი - განზოგადებული კონცეფცია, ეხება რეაქტორებს, სვეტებს, კოშკებს, ავტოკლავებს, კამერებს, ღუმელებს, საკონტაქტო მოწყობილობებს, პოლიმერიზატორების, ჰიდროგენატორებს, ოქსიდიზატორებს და სხვა მოწყობილობებს, რომელთა სახელები მოდის მათი დანიშნულებიდან ან თუნდაც გარეგნობიდან. რეაქტორის ზოგადი ხედი და ზოგიერთი მათგანის დიაგრამები ნაჩვენებია ნახ. 4.1.
ტევადი რეაქტორი/ აღჭურვილია შემრევით, რომელიც ურევს აპარატის შიგნით მოთავსებულ რეაგენტებს (ჩვეულებრივ სითხეებს, სუსპენზიებს). ტემპერატურის რეჟიმი შენარჩუნებულია გამაგრილებლის საშუალებით, რომელიც ცირკულირებს რეაქტორის ჟაკეტში ან მასში ჩაშენებულ სითბოს გადამცვლელში. რეაქციის შემდეგ ხდება პროდუქტების გადმოტვირთვა, ხოლო რეაქტორის გაწმენდის შემდეგ ციკლი მეორდება. პროცესი პერიოდულია.
ტევადი რეაქტორი 2 მიედინება, რადგან მასში მუდმივად გადის რეაგენტები (ჩვეულებრივ გაზი, სითხე, სუსპენზია). გაზი ბუშტუკებს სითხეში.
სვეტის რეაქტორი 3 ხასიათდება სიმაღლისა და დიამეტრის თანაფარდობით. რომელიც სამრეწველო რეაქტორებისთვის არის 4-6 (ტევადურ რეაქტორებში ეს თანაფარდობა არის დაახლოებით 1). გაზისა და სითხის ურთიერთქმედება იგივეა, რაც რეაქტორ 2-ში
შეფუთული რეაქტორი 4 აღჭურვილია რაშიგის რგოლებით ან სხვა მცირე ელემენტებით - შეფუთვით. გაზი და სითხე ურთიერთქმედებენ. სითხე მიედინება საქშენში, ხოლო გაზი მოძრაობს საქშენის ელემენტებს შორის.
რეაქტორები 5-8 ძირითადად იყენებენ აირის მყარ რეაგენტთან ურთიერთქმედების დღეებს.
რეაქტორ 5-ში მყარი რეაქტიული ნივთიერება უმოძრაოა, აირისებრი ან თხევადი რეაგენტი მუდმივად გადის მასში. პროცესი პერიოდულია მყარ მატერიაში.
რეაქტორები 6~ 8 შეცვლილია ისე, რომ პროცესი უწყვეტი იყოს მყარ რეაგენტთან მიმართებაში. მყარი რეაგენტი მოძრაობს მბრუნავი ირიბად დამონტაჟებული მრგვალი რეაქტორის გასწვრივ და იღვიძებს რეაქტორში 7. რეაქტორში 8 გაზი იმოძრავებს ქვემოდან მაღალი წნევის ქვეშ ისე, რომ მყარი ნაწილაკები სუსპენზიაში ქმნიან თხევად, ან მდუღარე ფენას, რომელსაც აქვს სითხის ზოგიერთი თვისება.
ტუბულარული რეაქტორი 9 გარეგნულად მსგავსია გარსისა და მილის სითბოს გადამცვლელის. აირისებრი ან თხევადი რეაგენტები გადის მილებში, რომლებშიც მიმდინარეობს რეაქცია. როგორც წესი, მილები იტვირთება კატალიზატორით. ტემპერატურული რეჟიმი უზრუნველყოფილია გამაგრილებლის მიმოქცევით ანულუსში.
რეაქტორები 5 და 9 ასევე გამოიყენება მყარი კატალიზატორის პროცესებისთვის.
ტუბულარული რეაქტორი 10 ხშირად გამოიყენება მაღალი ტემპერატურის ერთგვაროვანი რეაქციების განსახორციელებლად, მათ შორის ბლანტი სითხეში (მაგალითად, მძიმე ნახშირწყალბადების პიროლიზი). ხშირად ასეთ რეაქტორებს ღუმელებს უწოდებენ.
მრავალშრიანი რეაქტორი 11 აღჭურვილია სისტემით, რომელიც საშუალებას გაძლევთ გაგრილოთ ან გაცხელოთ რეაგენტი, რომელიც მდებარეობს მყარი ნივთიერების რამდენიმე ფენას შორის, რომელიც მოქმედებს, როგორც, მაგალითად, კატალიზატორი. ნახატზე ნაჩვენებია საწყისი აირისებრი ნივთიერების გაციება ცივი აირით, რომელიც შედის კატალიზატორის ზედა ფენებსა და გამაგრილებელს შორის სითბოს გადამცვლელების სისტემის მეშვეობით, რომელიც მოთავსებულია კატალიზატორის სხვა ფენებს შორის.
მრავალშრიანი რეაქტორი 12 განკუთვნილია მასში გაზ-თხევადი პროცესების განსახორციელებლად.
ნაჩვენებია ნახ. 4.1 დიაგრამებზე ნაჩვენებია ინდუსტრიაში გამოყენებული რეაქტორების მხოლოდ ნაწილი. თუმცა, რეაქტორის დიზაინისა და მიმდინარე პროცესების შემდგომი სისტემატიზაცია შესაძლებელს ხდის რომელიმე მათგანში კვლევის გაგებას და ჩატარებას.
ყველა რეაქტორს ახასიათებს საერთო სტრუქტურული ელემენტები, რომლებიც წარმოდგენილია რეაქტორში ნახ. 4.2, მსგავსი 11 -mu ნახ. 4.1.
რეაქციის ზონა 7, რომელშიც მიმდინარეობს ქიმიური რეაქცია, წარმოადგენს კატალიზატორის რამდენიმე ფენას. ეს არის ყველა რეაქტორში: რეაქტორებში 1-3 ნახ. 4.1 არის თხევადი ფენა, რეაქტორებში 4, 5, 7 - შესაფუთი ფენა ან მყარი კომპონენტი, რეაქტორებში 6, 8 - რეაქტორის მოცულობის ნაწილი მყარი კომპონენტით, რეაქტორებში 9, 10 არის მილების შიდა მოცულობა, სადაც რეაქცია მიმდინარეობს.
საწყისი რეაქციის ნარევი იკვებება ზედა ფიტინგის მეშვეობით. დამონტაჟებულია ნაკადის დისტრიბუტორი, რათა უზრუნველყოს გაზის თანაბრად განაწილებული გავლა რეაქციის ზონაში, რაც იწვევს რეაგენტების ერთგვაროვან კონტაქტს. ეგო - შეყვანის მოწყობილობა 2.რეაქტორში 2 ნახ. 4.1 გაზის დისტრიბუტორი არის ბუშტუკი, რეაქტორში 4 - sprinkler.
პირველ ზემოდან და მეორე ფენებს შორის ორი ნაკადი ერთმანეთში აირია მიქსერი 3.მეორე და მესამე ფენებს შორის სითბოს გადამცვლელი 4.ეს სტრუქტურული ელემენტები შექმნილია რეაქციის ზონებს შორის ნაკადის შემადგენლობისა და ტემპერატურის შესაცვლელად. სითბოს გაცვლა რეაქციის ზონასთან (ეგზოთერმული რეაქციების შედეგად გამოთავისუფლებული სითბოს მოცილება ან რეაქტიული ნარევის გათბობა) ხორციელდება ჩაშენებული სითბოს გადამცვლელების ზედაპირის მეშვეობით.
kov ან რეაქტორის ქურთუკის შიდა ზედაპირის მეშვეობით (აპარატურა 1 ნახ. 4.1), ან P რეაქტორებში მილების კედლების გავლით, 10. რეაქტორი შეიძლება აღჭურვილი იყოს ნაკადის გამიჯვნის მოწყობილობებით.
პროდუქტები იგზავნება მეშვეობით გამომავალი მოწყობილობა 5.
სითბოს გადამცვლელებში და მოწყობილობებში შეყვანის, გამომავალი, შერევის, გამოყოფის, ნაკადების განაწილებისთვის ხდება ფიზიკური პროცესები. ქიმიური რეაქციები ძირითადად ტარდება რეაქციის ზონებში, რაც შემდგომი შესწავლის ობიექტი იქნება. რეაქციის ზონაში მიმდინარე პროცესი არის ნაწილობრივი ეტაპების ნაკრები, რომლებიც სქემატურად არის ნაჩვენები ნახ. 4.3 კატალიზური და გაზ-თხევადი ურთიერთქმედებისთვის.
ბრინჯი. 4.3, აწარმოადგენს რეაქციის პროცესის სქემას კატალიზატორის მონაწილეობით, რომლის ფიქსირებული კალაპოტის მეშვეობით საერთო
აირისებრი რეაგენტების (კონვექციური) ნაკადი (7). რეაგენტები დიფუზირდება მარცვლეულის ზედაპირზე (2) და შეაღწევს კატალიზატორის ფორებში ( 3 ), რომლის შიდა ზედაპირზე რეაქცია ( 4 ). შედეგად მიღებული რეაქციის პროდუქტები ისევ ნაკადში ჩაედინება. ქიმიური ტრანსფორმაციის შედეგად გამოთავისუფლებული სითბო თბოგამტარობის გამო ფენით (5), ხოლო ფენიდან კედლის გავლით მაცივრამდე (ბ) გადადის. წარმოქმნილი კონცენტრაცია და ტემპერატურის გრადიენტები იწვევს სითბოს და მატერიის დამატებით ნაკადებს (7) ფენაში რეაგენტების მთავარ კონვექციურ მოძრაობაში.
ნახ. 4.3, ბპროცესი თხევად ფენაში, რომლის მეშვეობითაც წარმოიქმნება გაზის ბუშტები. გაზისა და სითხის ბუშტებს (/) შორის ხდება რეაგენტების მასის გაცვლა ( 2 ). სითხის დინამიკა შედგება ბუშტების ირგვლივ მოძრაობისგან (.?) და ფენის მასშტაბის ცირკულაციისგან. (4). პირველი მსგავსია ტურბულენტური დიფუზიის, მეორე მსგავსია სითხის ცირკულაციის კონვექციური მოძრაობისა რეაქციის ზონაში. სითხეში და, ზოგადად, გაზში ხდება ქიმიური ტრანსფორმაცია (5).
მოცემული მაგალითები აჩვენებს რეაქციის ზონაში მიმდინარე პროცესების კომპლექსურ სტრუქტურას. თუ გავითვალისწინებთ არსებული რეაქტორების მრავალ სქემას და დიზაინს, მაშინ მათში პროცესების მრავალფეროვნება ბევრჯერ იზრდება. ”ამ მრავალფეროვნების სისტემატიზაციისთვის, მასში საერთოობის პოვნის, იდეების სისტემის შემუშავებისთვის საჭიროა მეცნიერული მეთოდი. ფენომენები და მათ შორის ურთიერთობები, ანუ შექმნას ქიმიური პროცესების და რეაქტორების თეორია.ასეთი მეცნიერული მეთოდი განიხილება ქვემოთ.
4. სისტემური კვლევის მეთოდებისა და პრინციპების გამოყენება CTS-ის შემუშავებაში
4.2. მათემატიკური მოდელირება
როგორც ქიმიური პროცესების და რეაქტორების შესწავლის მეთოდი
მოდელი და სიმულაცია. მოდელირება -მოდელზე ობიექტის (ფენომენის, პროცესის, მოწყობილობის) შესწავლის მეთოდი დიდი ხანია გამოიყენება მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სხვადასხვა დარგში, რათა შეისწავლოს თავად ობიექტი მისი მოდელის შესწავლით. შედეგად მიღებული მოდელის თვისებები გადადის მოდელირებული ობიექტის თვისებებზე.
მოდელი- სპეციალურად შესწავლისთვის შექმნილი ნებისმიერი ბუნების ობიექტი, უფრო მარტივი, ვიდრე შესასწავლი, ყველა თვისებით, გარდა შესასწავლი, და შეუძლია შეცვალოს შესასწავლი ობიექტი ისე, რომ მოიპოვოს ახალი ინფორმაცია მის შესახებ. .
თითოეულ მოდელში გათვალისწინებული ფენომენები და პარამეტრები ე.წ შემადგენელი კომპონენტებიმოდელები.
ობიექტის სხვადასხვა თვისებების შესასწავლად შეიძლება შეიქმნას რამდენიმე მოდელი, რომელთაგან თითოეული შეესაბამება კვლევის კონკრეტულ მიზანს, თუმცა, ერთ მოდელს შეუძლია მიაწოდოს საჭირო ინფორმაცია რამდენიმე შესწავლილ პარამეტრზე, შემდეგ შეგვიძლია ვისაუბროთ ერთიანობაზე. "მიზნის მოდელი". თუ მოდელი ასახავს მეტ (ან ნაკლებ) თვისებებს, მაშინ მას უწოდებენ ფართო(ან ვიწრო).ზოგჯერ გამოყენებული კონცეფცია "ზოგადი მოდელი", როგორც ობიექტის ყველა თვისების ასახვა, არსებითად უაზროა.
მიზნის მისაღწევად შესწავლილ მოდელზე იგივე ფაქტორების გავლენა უნდა იქონიოს, როგორც ობიექტმა. პროცესის კომპონენტები და პარამეტრები, რომლებიც გავლენას ახდენენ შესასწავლ თვისებებზე, ე.წ აუცილებელი კომპონენტებიმოდელები. ზოგიერთი პარამეტრის შეცვლამ შეიძლება ძალიან მცირე გავლენა მოახდინოს ობიექტის თვისებებზე. ასეთ კომპონენტებსა და პარამეტრებს უწოდებენ უმნიშვნელოს და მათი იგნორირება შესაძლებელია მოდელის მშენებლობაში. შესაბამისად, მარტივიმოდელი შეიცავს მხოლოდ აუცილებელ კომპონენტებს, წინააღმდეგ შემთხვევაში მოდელი იქნება ჭარბიამიტომ, მარტივი მოდელი არ არის მარტივი გარეგნულად (მაგალითად, მარტივი სტრუქტურით ან კონსტრუქციით). მაგრამ თუ მოდელი არ შეიცავს ყველა კომპონენტს, რომელიც მნიშვნელოვნად მოქმედებს შესწავლილ თვისებებზე, მაშინ ეს იქნება არასრულიდა მისი შესწავლის შედეგებმა შეიძლება ზუსტად ვერ იწინასწარმეტყველოს რეალური ობიექტის ქცევა. სწორედ აქ მდგომარეობს მოდელის აგების კრეატიულობა და მეცნიერული მიდგომა - გამოვყოთ ზუსტად ის ფენომენები და გავითვალისწინოთ ზუსტად ის TS პარამეტრები, რომლებიც აუცილებელია შესასწავლი თვისებებისთვის.
მოცემული თვისებების პროგნოზირების გარდა, მოდელმა უნდა მიაწოდოს ინფორმაცია ობიექტის უცნობი თვისებების შესახებ. ამის მიღწევა შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მოდელი მარტივი და სრულყოფილია, მაშინ მასში ახალი თვისებები შეიძლება გამოჩნდეს.
ფიზიკური და მათემატიკური მოდელირება
ფიზიკური მოდელირების მაგალითია საჰაერო ნაკადის შესწავლა ქარის გვირაბში არსებულ მოდელზე თვითმფრინავის ირგვლივ.
კვლევის ამ მეთოდში დგინდება ფენომენების (პროცესების) მსგავსება სხვადასხვა მასშტაბის ობიექტებში, ამ ფენომენების დამახასიათებელ სიდიდეებს შორის რაოდენობრივი კავშირის საფუძველზე. ეს სიდიდეებია: ობიექტის გეომეტრიული მახასიათებლები (ფორმა და ზომები); სამუშაო გარემოს მექანიკური, თერმოფიზიკური და ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები (მოძრაობის სიჩქარე, სიმკვრივე, სითბოს სიმძლავრე, სიბლანტე, თბოგამტარობა და ა.შ.); პროცესის პარამეტრები (ჰიდრავლიკური წინააღმდეგობა, სითბოს გადაცემის კოეფიციენტები, მასის გადაცემა და ა.შ.). განვითარებული მსგავსების თეორია აყალიბებს მათ შორის გარკვეულ კავშირებს, რომელსაც მსგავსების კრიტერიუმებს უწოდებენ. ჩვეულებრივ, ისინი აღინიშნება ცნობილი მეცნიერებისა და მკვლევარების სახელების საწყისი ასოებით (მაგალითად, რე - რეინოლდსის კრიტერიუმი, ნუ - ნუსელტის კრიტერიუმი, Ag - არქიმედესის კრიტერიუმი). ნებისმიერი ფენომენის დასახასიათებლად (სითბოს გადაცემა, მასის გადაცემა და ა.შ.) დგინდება მსგავსების კრიტერიუმებს შორის დამოკიდებულებები – კრიტერიუმული განტოლებები.
ფიზიკურმა მოდელირებამ და მსგავსების თეორიამ ფართო გამოყენება ჰპოვა ქიმიურ ტექნოლოგიაში თერმული და დიფუზიური პროცესების შესწავლაში. ქვემოთ გამოყენებული იქნება სითბოს და მასის გადაცემის ზოგიერთი პარამეტრის გამოსათვლელი კრიტერიუმების განტოლებები.
ქიმიური პროცესებისა და რეაქტორებისთვის მსგავსების თეორიის გამოყენების მცდელობები წარუმატებელი აღმოჩნდა მისი შეზღუდული გამოყენების გამო. მიზეზები შემდეგია. ქიმიური ტრანსფორმაცია დამოკიდებულია სითბოს და ნივთიერების გადაცემის მოვლენებზე, რადგან ისინი ქმნიან შესაბამის ტემპერატურასა და კონცენტრაციის პირობებს რეაქციის ადგილზე. თავის მხრივ, ქიმიური რეაქცია ცვლის რეაქტიული ნარევის შემადგენლობას და სითბოს შემცველობას (და, შესაბამისად, ტემპერატურას), რაც ცვლის სითბოს და მატერიის გადაცემას. ამრიგად, ქიმიური (ნივთიერებების ტრანსფორმაცია) და ფიზიკური (გადატანის) კომპონენტები მონაწილეობენ რეაქციის ტექნოლოგიურ პროცესში. მცირე აპარატში რეაქციის გამოთავისუფლებული სითბო ადვილად იკარგება და მცირე გავლენას ახდენს კონვერტაციის სიჩქარეზე, ამიტომ პროცესის შედეგებში მთავარი წვლილი შეაქვს ქიმიურ კომპონენტს. დიდ აპარატში გამოთავისუფლებული სითბო „იკეტება“ რეაქტორში, რაც მნიშვნელოვნად ცვლის ტემპერატურულ ველს და, შესაბამისად, რეაქციის სიჩქარეს და შედეგს. აქედან გამომდინარე
რეაქციის პროცესის ქიმიური და ფიზიკური კომპონენტები ძირითადად მასშტაბებზეა დამოკიდებული.
კიდევ ერთი მიზეზი არის დღის მსგავსების პირობების შეუთავსებლობა პროცესის ქიმიური და ფიზიკური კომპონენტებისთვის სხვადასხვა ზომის რეაქტორებში. მაგალითად, რეაგენტების გარდაქმნა დამოკიდებულია რეაქტორში მათი ყოფნის დროზე, რაც უდრის აპარატის ზომის თანაფარდობას ნაკადის სიჩქარესთან. სითბოს და მასის გადაცემის პირობები, როგორც მსგავსების თეორიიდან გამომდინარეობს, დამოკიდებულია რეინოლდსის კრიტერიუმზე, რომელიც პროპორციულია აპარატის ზომისა და ნაკადის სიჩქარის ნამრავლის. შეუძლებელია ორი სიდიდის (ამ მაგალითში ზომა და სიჩქარე) თანაფარდობა და ნამრავლი ერთნაირი იყოს სხვადასხვა მასშტაბის მოწყობილობებში.
ობიექტის მასშტაბური გადასვლის სირთულეები რეაქციის პროცესების მოდელზე შეიძლება დაიძლიოს მათემატიკური მოდელირების გამოყენებით, რომელშიც მოდელს და ობიექტს აქვთ განსხვავებული ფიზიკური ბუნება, მაგრამ იგივე თვისებები. მაგალითად, მექანიკურ ქანქარას და დახურულ ელექტრულ წრეს, რომელიც შედგება კონდენსატორისა და ინდუქტორისგან, აქვთ განსხვავებული ფიზიკური ბუნება, მაგრამ იგივე თვისება: რხევა (შესაბამისად, მექანიკური და ელექტრული).
ამ მოწყობილობების თვისებები აღწერილია იგივე რხევის განტოლებით:
.
აქედან მოდის მოდელირების ტიპის სახელწოდება - მათემატიკური. მოწყობილობის პარამეტრები (ლმ/გ -ქანქარისთვის და LC ელექტრული წრედისთვის), შეიძლება შეირჩეს ისე, რომ სიხშირის რხევები იგივე იყოს. მაშინ ელექტრული რხევადი წრე იქნება ქანქარის მოდელი. თქვენ ასევე შეგიძლიათ გამოიკვლიოთ ზემოაღნიშნული განტოლების ამოხსნა და გამოთვალოთ ქანქარის თვისებები. შესაბამისად, მათემატიკური მოდელები იყოფა რეალური, წარმოდგენილი ზოგიერთი ფიზიკური მოწყობილობით და ხატოვანი,წარმოდგენილია მათემატიკური განტოლებებით. მოდელების კლასიფიკაცია ნაჩვენებია ნახ. 4.4.
რეალური მათემატიკური მოდელის ასაგებად, ჯერ უნდა შექმნათ ნიშნის მოდელი და, როგორც წესი, მათემატიკური მოდელი იდენტიფიცირებულია განტოლებებით, რომლებიც აღწერს ობიექტს. უნივერსალური რეალური მათემატიკური მოდელი არის ელექტრონული გამოთვლა
მანქანა (კომპიუტერი). ობიექტის აღწერის განტოლებების მიხედვით, კომპიუტერი „ტიუნირებულია“ (დაპროგრამებულია) და მისი „ქცევა“ აღწერილი იქნება ამ განტოლებებით. გარდა ამისა, ეს არის ნიშნის მათემატიკური მოდელი, რომელსაც ჩვენ დავარქმევთ პროცესის მათემატიკურ მოდელს.
სხვადასხვა პროცესის მათემატიკური მოდელების მსგავსებაზე. როგორც უკვე აჩვენა, მექანიკური ქანქარის მოძრაობის პროცესები და დენის სიძლიერის ცვლილებები ელექტრულ წრეში შეიძლება წარმოდგენილი იყოს იგივე მათემატიკური მოდელებით, ე.ი. აღწერილი იყოს იგივე მეორე რიგის დიფერენციალური განტოლებით. ამ განტოლების ამონახსნი არის ფუნქცია x(/), რომელიც მიუთითებს სხვადასხვა ხასიათის ამ ობიექტების მოძრაობის რხევად ტიპზე. განტოლების ამოხსნიდან ასევე შესაძლებელია განისაზღვროს ქანქარის პოზიციის დროში ცვლილება ვერტიკალურ ღერძთან მიმართებაში ან დენის მიმართულებისა და მისი სიდიდის დროის ცვლილება. ეს არის მათემატიკური მოდელის თვისებების ინტერპრეტაცია შესასწავლი ობიექტების ინდიკატორებისთვის. 13 ეს ავლენს მათემატიკური მოდელირების ძალიან სასარგებლო თვისებას. მსგავსი მათემატიკური მოდელებით შეიძლება სხვადასხვა პროცესების აღწერა. მათემატიკური მოდელის ასეთი „უნივერსალურობა“ ვლინდება, მაგალითად, ტევადობით პროცესების შესწავლაში. ჯდა ტუბულარული 9 რეაქტორი ნახ. 4.1 (იხ. განყოფილება 4.1), სწავლობს აირისებრი რეაგენტის ურთიერთქმედებას მყარ ნაწილაკთან და ჰეტეროგენულ კატალიზურ პროცესთან (სექციები 4.5.2 და 4.5.3), განიხილავს კრიტიკულ ფენომენებს ერთ კატალიზატორის მარცვლებზე და რეაქტორის მოცულობაში.
ქიმიური პროცესებისა და რეაქტორების მათემატიკური მოდელირება. AT
ზოგადად, რეაქტორების მათემატიკური მოდელირება შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ნახატზე ნაჩვენები დიაგრამის სახით. 4.5. ვინაიდან ფიზიკური და ქიმიური კომპონენტების (ფენომენების) გავლენა რეაქციის პროცესზე განსხვავებულია სხვადასხვა მასშტაბის რეაქციის პროცესებში, ამ ფენომენების იდენტიფიცირება და მათი ურთიერთქმედება ხდება. ანალიზი- ყველაზე მნიშვნელოვანი მომენტი ქიმიური პროცესებისა და რეაქტორების მათემატიკური მოდელირებისას. შემდეგი ნაბიჯი არის ქიმიური გარდაქმნების თერმოდინამიკური და კინეტიკური შაბლონების დადგენა (ქიმიური მოვლენები),სატრანსპორტო ფენომენის პარამეტრები (ფიზიკური მოვლენები)და ისინი ურთიერთქმედება.ამისათვის გამოიყენეთ ექსპერიმენტული კვლევების მონაცემები, მათემატიკური მოდელირება არ გამორიცხავს ექსპერიმენტს, არამედ აქტიურად იყენებს მას, მაგრამ ექსპერიმენტი არის სიზუსტე, რომელიც მიზნად ისახავს პროცესის ცალკეული კომპონენტების ნიმუშების შესწავლას. პროცესის ანალიზისა და მისი კომპონენტების შესწავლის შედეგები შესაძლებელს ხდის პროცესის მათემატიკური მოდელის (სტადია) აგებას სინთეზილეღვზე. 4.5) არის მისი აღმწერი განტოლებები. მოდელი იქმნება ბუნების ფუნდამენტური კანონების საფუძველზე, მაგალითად, მასისა და ენერგიის კონსერვაცია, ცალკეული ფენომენების შესახებ მიღებული ინფორმაცია და მათ შორის დამკვიდრებული ურთიერთქმედება. მოდელის შესწავლამიმართულია მისი თვისებების შესწავლაზე, ხარისხობრივი ანალიზისა და გამოთვლითი მეთოდების მათემატიკური აპარატის გამოყენებით ან, როგორც ამბობენ, გამოთვლითი ექსპერიმენტი ტარდება. შედეგად მიღებული მოდელის თვისებები შემდეგია ინტერპრეტაციაროგორც შესასწავლი ობიექტის თვისებები, რომელიც ამ შემთხვევაში არის ქიმიური რეაქტორი. მაგალითად, მათემატიკური დამოკიდებულება y(მ) უნდა იყოს წარმოდგენილი, როგორც ნივთიერებების კონცენტრაციის ცვლილება რეაქტორის სიგრძეზე ან დროთა განმავლობაში და განტოლების რამდენიმე ფესვი უნდა იქნას განმარტებული, როგორც რეჟიმის ბუნდოვანება და ა.შ.
მიუხედავად ამისა, კატალიზატორის კალაპოტში პროცესის მიახლოებითი სქემაც კი (ნახ. 4.3) მოიცავს საკმაოდ ბევრ კომპონენტს, შესაბამისად, პროცესის მოდელი საკმაოდ რთული იქნება და cc ანალიზი ზედმეტად გართულდება. რთული ობიექტისთვის (პროცესისთვის) გამოიყენება მოდელის აგების სპეციალური მიდგომა, რომელიც მოიცავს მის დაყოფას უამრავ მარტივ ოპერაციად, რომლებიც განსხვავდება მასშტაბით. მაგალითად, კატალიზურ პროცესში გამოირჩევა: რეაქცია მარცვლის ზედაპირზე, პროცესი ერთ კატალიზატორ მარცვალზე და პროცესი კატალიზატორის კალაპოტში.
კატალიზური რეაქცია- რთული მრავალსაფეხურიანი პროცესი, რომელიც მიმდინარეობს მოლეკულური ზომის მასშტაბით. რეაქციის სიჩქარე განისაზღვრება მისი წარმოქმნის პირობებით (კონცენტრაცია და ტემპერატურა) და არ არის დამოკიდებული იმაზე, თუ სად იქმნება ასეთი პირობები: მცირე თუ დიდ რეაქტორში, ე.ი. არ არის დამოკიდებული მასშტაბებზემთელი პროცესი. იზუ
რეაქციის რთული მექანიზმის შესწავლა შესაძლებელს ხდის მისი კინეტიკური მოდელის აგებას, ანუ რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულების განტოლებას მისი წარმოშობის პირობებზე. გასაგებია, რომ ეს მოდელი რეაქციის ყველა ეტაპის განტოლებათა სისტემაზე გაცილებით მარტივი იქნება და მისი შესწავლა ინფორმაციული იქნება.
პროცესი ერთ კატალიზატორზე,რამდენიმე მილიმეტრის ზომით, მოიცავს რეაქციას, რომელიც წარმოდგენილია ss კინეტიკური მოდელით, და მატერიისა და სითბოს გადაცემას მარცვლის ფორებში და მის გარე ზედაპირსა და ირგვლივ ნაკადს შორის. მარცვალზე ტრანსფორმაცია განისაზღვრება პროცესის პირობებით - ნაკადის შემადგენლობით, ტემპერატურით და სიჩქარით და არ არის დამოკიდებული იმაზე, თუ სად იქმნება ასეთი პირობები - პატარა თუ დიდ რეაქტორში, ე.ი. არ არის დამოკიდებული მასშტაბებზემთელი პროცესი. მიღებული მოდელის ანალიზი შესაძლებელს ხდის პროცესის თვისებების მიღებას, მაგალითად, ტრანსფორმაციის ტემპი დამოკიდებულების სახით მხოლოდ მისი წარმოქმნის პირობებზე - დაკვირვებული ტრანსფორმაციის სიჩქარე.
კატალიზატორის საწოლის პროცესიმოიცავს პროცესს მარცვლეულზე, რომლის ნიმუშები უკვე იდენტიფიცირებულია და სითბოს და მატერიის გადაცემას შრეების მასშტაბით.
მარტივი ეტაპების იზოლაცია რთულ პროცესში, რომელიც განსხვავდება დინების მასშტაბით, საშუალებას გვაძლევს ავაშენოთ მოდელების იერარქიული სისტემა, რომელთაგან თითოეულს აქვს თავისი მასშტაბი და, რაც მთავარია, ასეთი სისტემის თვისებები არ არის დამოკიდებული მთელი პროცესის მასშტაბზე. (მასშტაბ-უცვლელი).
ზოგადად, რეაქციის პროცესის მოდელი, აგებული იერარქიული პრინციპის მიხედვით, შეიძლება წარმოდგენილი იყოს დიაგრამით (ნახ. 4.6).
Ქიმიური რეაქცია,შედგება ელემენტარული საფეხურებისგან, მიმდინარეობს მოლეკულური მასშტაბით. მისი თვისებები (მაგალითად, სიჩქარე) არ არის დამოკიდებული რეაქტორის მასშტაბებზე; რეაქციის სიჩქარე დამოკიდებულია მხოლოდ მისი წარმოქმნის პირობებზე, მიუხედავად იმისა, თუ როგორ ან სად იქმნება ისინი. ამ დონეზე კვლევის შედეგია ქიმიური რეაქციის კინეტიკური მოდელი - რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება პირობებზე. შემდეგი დიდი დონე - ქიმიური პროცესი- ქიმიური რეაქციისა და გადაცემის ფენომენების ერთობლიობა, როგორიცაა: დიფუზია და სითბოს გამტარობა. ამ ეტაპზე რეაქციის კინეტიკური მოდელი პროცესის ერთ-ერთი კომპონენტია და მოცულობა, რომელშიც განიხილება ქიმიური პროცესი, არჩეულია ისეთი პირობებით, რომ მისი დინების ნიმუშები არ იყოს დამოკიდებული რეაქტორის ზომაზე. მაგალითად, ეს შეიძლება იყოს ზემოთ განხილული კატალიზატორი. გარდა ამისა, ქიმიური პროცესის შედეგად მიღებული მოდელი, როგორც ერთ-ერთი შემადგენელი ელემენტი, თავის მხრივ, შედის მასშტაბის შემდეგ დონეზე - რეაქციის ზონარომელიც ასევე მოიცავს ნაკადის სტრუქტურულ კანონზომიერებებს და გადატანის ფენომენებს cc მასშტაბით. და,
საბოლოოდ მასშტაბირება რეაქტორიპროცესის კომპონენტებს მიეკუთვნება რეაქციის ზონა, შერევის ერთეულები, სითბოს გაცვლის ერთეულები და ა.შ. ამგვარად, რეაქტორში პროცესის მათემატიკური მოდელი წარმოდგენილია სხვადასხვა მასშტაბის მათემატიკური მოდელების სისტემით.
რეაქტორში პროცესის მათემატიკური მოდელის იერარქიული სტრუქტურა საშუალებას იძლევა:
7) სრულად აღწერს პროცესის თვისებებს სხვადასხვა მასშტაბის მისი ძირითადი ეტაპების დეტალური შესწავლით;
8) რთული პროცესის ნაწილებად შესწავლა, თითოეულ მათგანზე კონკრეტული, ზუსტი კვლევის მეთოდების გამოყენებით, რაც ზრდის შედეგების სიზუსტესა და სანდოობას;
9) დაამყაროს კავშირები ცალკეულ ნაწილებს შორის და გაარკვიოს მათი როლი მთლიანად რეაქტორის მუშაობაში;
10) ხელი შეუწყოს პროცესის შესწავლას მაღალ დონეზე;
11) ფართომასშტაბიანი გადასვლის პრობლემების გადაჭრა.
მასალის შემდგომი პრეზენტაციისას ქიმიურ რეაქტორში პროცესის შესწავლა განხორციელდება მათემატიკური მოდელირების გამოყენებით.
მსგავსი ინფორმაცია.
