Методические рекомендации к изучению дисциплины и к организации самостоятельной работы студентов для модульно-рейтинговой технологии обучения Бийск (стр. 7 из 29)
подобные процессы
определяемые критерии подобия
критериальные уравнения
математическая модель (ММ)
параметры математической модели
адекватность ММ
оптимизация
критерий оптимальности
оптимизирующие факторы
ограничения при оптимизации
общие принципы расчета процессов и аппаратов ХТ
2.7 Самостоятельная работа студентов
Существующая ныне градация усвоения знания насчитывает четыре уровня:
– «распознавание» (узнавание ранее изученного объекта при его предъявлении);
– «воспроизведение» (умение воспроизвести объект, его описание, математический вывод);
– «понимание» (овладение связями различных факторов, умение установить и объяснить их, предсказать поведение объекта при изменении условий, то есть активное применение знаний);
– «творчество» (создание новых подходов к описанию объектов, выявление новых факторов, новых объектов, новых областей знаний).
Инженер, научный работник должны функционировать на уровнях «понимания» и «творчества», владея уровнями «распознавания» и «воспроизведения».
По этой причине изложение курса и содержательная и методическая стороны заданий преследуют цель представить курс как единое, логически увязанное целое, в котором изучаются не только конкретные, типовые процессы и аппараты химической технологии, но и прежде всего общие подходы к их анализу и расчету.
В соответствии с этим изучаемый модуль является базовым, то есть содержит общие вопросы, где изложены основные положения курса, весьма важные для понимания других модулей.
Основными формами самостоятельной работы студентов при изучении темы «Основные закономерности и общие принципы анализа и расчета процессов и аппаратов химической технологии» являются:
работа с тестами, с составлением конспектов ответов;
заучивание определений, основных терминов и понятий модуля;
подготовка к лекционным и практическим занятиям;
подготовка к письменным опросам;
подготовка к промежуточному экзамену.
Все виды самостоятельной работы должны сопровождаться изучением соответствующего материала в конспектах лекций и рекомендованной литературе. Фундаментальные принципы, лежащие в основе материала модуля, последовательность изучения отдельных элементов раздела и их взаимосвязь указаны в разделе «Структурно-логическая схема модуля».
2.8 Промежуточный экзамен № 1
Промежуточный экзамен (ПЭ) по программе модуля «Основные закономерности и общие принципы расчета процессов и аппаратов химической технологии» проводится в форме индивидуального собеседования, при котором проверяется и корректируется знание и понимание студентами основных и принципиальных положений и закономерностей раздела курса, умение их практического применения, эффективность работы с тестовыми заданиями.
Необходимыми условиями допуска к сдаче ПЭ-1 являются:
– выполнение плана практических работ;
– наличие конспектов письменных мотивированных ответов на тестовые задания;
– положительная оценка ответов на письменные опросы.
2.9 Основные понятия и термины
Адекватность ММ – степень приближения данных, прогнозируемых по модели, к экспериментальным данным.
Гидромеханические процессы – процессы, где основные явления связаны с переносом импульса в жидкостных и газовых потоках. К этим процессам относятся перемещение жидкостей, сжатие и перемещение газов, разделение жидких и газовых неоднородных систем в поле тяжести (отстаивание), в поле центробежных сил (центрифугирование), электростатических, а также под действием разности давлений при движении через пористый слой (фильтрование) и перемешивание жидкостей.
Движущая сила процессов переноса субстанций – разница в значении интенсивных свойств (потенциалов).
В частных случаях: для гидромеханических процессов – разность давлений, для тепловых – разность температур, для массообменных – разность концентраций вещества.
Инварианты подобия – отношение разнородных величин у модели и образца. Инварианты подобия могут быть неодинаковы для различных сходственных точек подобных систем, но они не зависят от соотношения размеров образца и модели. Это означает, что при переходе от одной системы к другой, ей подобной, инварианты подобия не меняют своих значений.
Д1/L1 = Д2 /L2 = inv.
Интенсивная величина – величина, не зависящая от количества субстанции.
Квантовый механизм переноса (излучение) – перенос субстанции путем излучения и поглощения элементарных частиц (квантов).
Конвективный механизм переноса – перенос субстанции вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости.
где DS – участок поверхности, расположенный перпендикулярно вектору скорости
;φ – потенциал переноса.
Константы подобия – отношение однородных величин у модели и образца. Константы подобия постоянны для различных сходственных точек подобных систем, но изменяются в зависимости от соотношения размеров образца и модели.
Д1/Д2 = L1/L2 = const.
Критериальные уравнения – обобщенные уравнения, которые имеют вид:
f (k1, k2, k3…ki ) = 0,
где k1, k2, k3…ki – критерии подобия.
Критерий оптимальности – один из выходов (экономический, технологический) системы, по которому судят о том, насколько хорошо она функционирует. Например, в качестве экономического критерия оптимальности (КО) может быть сумма приведенных затрат П, которые учитывают капитальные вложения К на изготовление аппарата и его монтаж, эксплуатационные затраты Э и нормативный срок окупаемости – нормативный коэффициент эффективности капиталовложений Е:
КО = min П =min (ЕК + Э).
Лимитирующая стадия процессов – стадия, которая определяет общую скорость многостадийного процесса, определяется взаимным расположением стадий и соотношением их скоростей.
Массообменные процессы – процессы, характеризующие перенос одного или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую через поверхность фаз. К этой группе процессов относятся абсорбция, перегонка (ректификация), экстракция, растворение, кристаллизация, адсорбция, сушка и другие. Протекание процессов массобмена тесно связано с гидродинамическими условиями в фазах и на границе их раздела и часто – с сопутствующими массообмену процессами переноса тепла (теплообмена).
Математическая модель (ММ) – создание описания объекта исследования на языке математики в виде некоторой системы уравнений и функциональных соотношений между отдельными параметрами модели, то есть это система соответствующих математических уравнений.
Модели: материальные – объекты, заменяющие оригинал при проведении исследований, значительно меньшие по размерам и часто более простые, чем аппараты натуральной величины; мысленные – схемы оригиналов, отражающие их существенные стороны.
Моделирование – метод исследования химико-технологических процессов, заключающийся в создании модели, ее исследовании и распространении результатов на оригинал. Математическое моделирование – это, по существу, определение свойств и характеристик рассматриваемого явления (процесса) путем решения (как правило, с помощью ЭВМ) системы уравнений, описывающих этот процесс, – математической модели. Математическое моделирование является одним из методов физического моделирования и составляет с ним единую систему исследования объектов познания. Физическое моделирование – основа теории подобия. Одним из основных принципов теории подобия является выделение из класса явлений (процессов), описываемых общим законом (процессы движения жидкостей, диффузии, теплопроводности), группы подобных явлений.
Молекулярный механизм переноса – перенос субстанции перемещением или взаимодействием молекул, возникающий в результате стремления системы к термодинамическому равновесию, отклонения от которого объясняются неоднородностью поля потенциала.
qм = -k grad j ,
где k – коэффициент пропорциональности, в зависимости от вида переноса, принимающий значение D, а или n.
Непрерывные процессы – процессы, характеризующиеся тем, что все их стадии протекают одновременно, но осуществляются в различных частях одного аппарата или же в различных аппаратах, составляющих данную установку.
Общие принципы расчета процессов и аппаратов ХТ:
1) определение условий предельного или равновесного состояния системы и направления течения процесса;
2) составление материальных и энергетических балансов и вычисление расходов исходных материалов и количеств получаемых продуктов, а также количества потребной энергии (тепла) и расхода теплоносителей;
3) вычисление движущей силы процессов;
4) определение оптимальных режимов работы и скорости процесса;
5) вычисление основных размеров аппарата.
Ограничения при оптимизации – параметры системы, которые остаются неизменными независимо от того, как при этом изменяется значение критерия оптимальности.
Определяемые критерии подобия – критерии подобия, в состав которых входит хотя бы одна физическая величина, не входящая в условия однозначности.
Оптимизация – выбор наилучших (оптимальных) условий проведения процесса, заключительный этап моделирования.