Создание экспертно-математической системы поддержки принятия решений на основе метода анализа иерархий для разработки установок электросинтеза озона

• Автор: Кротов, Юрий Вячеславович
• Шифр специальности: 05.13.01, 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Киров
• Количество страниц: 259 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ, ПЕРСПЕКТИВЫ И ПРОБЛЕМЫ ОЗОНАТОРОСТРОЕНИЯ

1.1. Свойства и применение озона

1.2. Применение озона в медицине и взаимодействие озона с биологическими объектами

1.3. Методы получения озона. Синтез озона в барьерном разряде .

1.4. Основные направления исследований по повышению эффективности систем электросинтеза озона .

1.5. Технические требования к озонаторному оборудованию

1.6. Анализ технических характеристик отечественного и зарубежного медицинского озонаторного оборудования.

1.7. Выводы по первой главе. Цели и задачи исследования

2. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОСИНТЕЗА ОЗОНА

2.1. Методика разработки портативных установок электросинтеза озона
2.2. Разработка системы поддержки принятия решений с использованием метода анализа иерархий при проектировании барьерного ЭГРР портативной установки электросинтеза озона.
2.2.1. Методика принятия решения по выбору типа электрогазоразрядного реактора
2.2.1.2. Составление и анализ иерархической структуры принятия решения по выбору типа электрогазоразрядного реактора
2.2.2. Методика принятия решения по выбору конструктивных параметров трубчатого электрогазоразрядного реактора
2.2.2.1. Генерирование альтернатив. Выбор фиксированных и варьируемых параметров трубчатых ЭГРР
2.2.2.2. Выбор критериев эффективности ЭГРР .
2.2.2.3. Составление и анализ иерархической структуры принятия решения по выбору конструктивных параметров трубчатых ЭГРР
2.3. Разработка математических основ системы поддержки принятия решения по выбору типа источника питания ЭГРР и условий оптимального согласования ИП и ЭГРР на основании объективных данных.
2.3.1. Составление математического описания основных электрических процессов в системе ИП ЭГРР
2.3.1.1. Разработка модели ЭГРР
2.3.1.2. Разработка моделей системы ИПЭГРР без учта и с учтом индуктивной составляющей выходного сопротивления ИП .
2.3.1.3. Разработка модели системы ИПЭГРР с учтом явления резонанса магнитосвязанных контуров.
2.3.1.4. Разработка модели системы ИПЭГРР с параметрическим резонансом в цепи ЭГРР
2.3.1.5. Определение активной мощности барьерного разряда при ди
намическом моделировании системы ИПЭГРР .
2.4. Выводы по второй главе .
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОГАЗОРАЗРЯДНЫЙ РЕАКТОР
3.1. Исследование трубчатых ЭГРР с малым диаметром элемента и нелинейной геометрией зоны разряда
3.1.1. Методика экспериментального исследования .
3.1.2. Обработка результатов эксперимента, определение эффективности разрядных элементов
3.1.3. Экспериментальное исследование трубчатых разрядных элементов с внешним диэлектрическим барьером и высоковольтным электродом нецилиндрической формы
3.1.3.1. Обработка и анализ результатов эксперимента для разрядных элементов с нецилиндрическими высоковольтными электродами
3.1.3.2. Расчт энергетических показателей и выбор оптимальной конструкции для разрядных элементов с нецилиндрическим высоковольтным электродом .
3.2. Численное моделирование работы высоковольтного высокочастотного ИП на электрогазоразрядный реактор
3.2.1. Моделирование процессов в системе ИПЭГРР при импульсном напряжении питания
3.2.2. Исследование влияния индуктивной составляющей выходного сопротивления ИП на работу системы ИПЭГРР
3.2.3. Исследование резонансных режимов работы системы
ИПЭГРР
3.2.4. Исследование резонансных режимов работы системы
ИПЭГРР при наличии обратных связей
3.2.4.1. Исследование обратной связи по частоте тока разряда
3.2.4.2. Исследование обратной связи по среднему значению тока разряда в ИП с синхронизацией.
3.2.4.3. Исследование обратной связи по току с синхронизацией при резонансе на высших гармониках напряжения ПЧ
3.2.5. Исследование режимов работы системы ИПЭГРР при наличии эффекта резонанса магнитосвязанных контуров
3.2.5.1. Исследование ЛАЧХ системы ИПЭГРР с эффектом резонанса магнитосвязанных контуров при представлении ЭГРР линейным конденсатором.
3.2.5.2. Исследование работы системы ИПЭГРР с эффектом резонанса магнитосвязанных контуров при представлении ЭГРР схемой замещения по классической теории озонаторов
3.2.6. Исследование параметрического механизма передачи энергии в системе ИПЭГРР.
3.2.6.1. Исследование системы ИПЭГРР с идеальным параметрическим генератором
3.2.6.2. Исследование системы ИПЭГРР с учтом реальных свойств
статических параметрических генераторов паратрансов
3.2.7. Исследование аварийных режимов в системе ИПЭГРР с резонансными источниками питания .
3.2.8. Выводы по третьей главе .
Глава 4. РАЗРАБОТКА ПОРТАТИВНЫХ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОСИНТЕЗА ОЗОНА
4.1. Разработка структурных схем портативных УЭО .
4.1Л. Выбор автономного источника кислорода.
4.2. Разработка структурной схемы электрической силовой части портативной УЭО.
4.2.1. Выбор сетевого адаптера
4.2.2. Выбор типа встроенного аккумулятора
4.3. Разработка трубчатых многоэлементных ЭГРР с малым диаметром разрядных элементов
4.4. Разработка высоковольтного высокочастотного резонансного источника питания
4.4.1. Разработка высоковольтного высокочастотного трансформатора с малым коэффициентом магнитной связи .
4.4.2. Разработка электронной части резонансного ИП.
4.5. Разработка средств измерения параметров процесса электросинтеза озона
4.6. Технические характеристики разработанных портативных УЭО медицинского назначения
4.7. Применение результатов работы при создании установок малой и средней производительности.
4.8. Выводы по четвртой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ.
П.1. Классификация по назначению и области применения, основные характеристики, технические условия и особенности установок электросинтеза озона малой и средней производительности.
П.2. Технические характеристики отечественного и зарубежного медицинского озонаторного оборудования
П.З. Свидетельство о поверке газоанализатора озона ИКО .
П.4. Список экспертов по разработке озонаторного оборудования.
П.5. Документы о внедрении и использовании результатов диссертационной работы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Таким образом, основой любого механизма получения озона является процесс разрушения молекулы кислорода, который происходит вследствие энергетического воздействия. Стойкость молекулы кислорода обуславливает достаточно большие энергетические затраты на е разрушение. В природе диссоциация молекулы кислорода может происходить в атмосфере под действием ультрафиолетового излучения определнных длин волн, благодаря чему существует озоновый слой Земли. Также хорошо известно образование озона под действием электрического разряда молнии во время грозы. Незначительные концентрации озона могут также наблюдаться при термическом воздействии на кислород. Для большинства применений озона необходимы гораздо большие количества и концентрации озона, чем образующиеся естественным путм. Теоретическое рассмотрение реакции преобразования молекул кислорода в молекулы озона с энергетической точки зрения в идеальных условиях дат минимальное теоретическое значение энергозатрат на синтез озона 0, кВтчкг озона. Значение этого показателя в реальных условиях на сегодняшний день хуже в 5 раз. Во многом это объясняется тем, что из атомарного кислорода возможно и повторное образование молекулы кислорода, а не озона озон является нестойким соединением, легко разрушается под действием температуры энергия, воздействующая на кислород, воздействует так же и на уже образовавшиеся молекулы озона, вызывая и их распад, с последующей повторной рекомбинацией атомарного кислорода. Задача эффективного синтеза озона остатся актуальной уже в течение нескольких десятилетий. Наибольшей эффективностью для промышленного получения озона обладают методы на основе электрического газового разряда. Образование озона возможно в дуговом, искровом, коронном разряде, однако наиболее эффективен так называемый барьерный разряд 7, имеющий место в системе из двух электродов, разрядного промежутка и одного или двух слоев диэлектрика барьеров, прилежащих к электродам. При подаче на электроды высокого напряжения происходит пробой только газового промежутка, в котором находится кислород, его молекулы подвергаются бомбардировке потоком электронов. Роль барьеров в этом случае заключается в ограничении тока разряда и предотвращении перехода разряда в искровой и дуговой. Таким образом, барьерный разряд обладает большей плотностью энергии, чем коронный, но меньшей, чем электрическая дуга. Наличие диэлектрика позволяет так же распределить энергию разряда относительно равномерно по поверхности электродов и объму зоны разряда, вследствие чего большее количество молекул озона подвергается воздействию энергии потока электронов, в то же время концентрация этой энергии не является избыточной, как в электрической дуге, и не приводит к значительному повышению температуры. Уже более ста лет барьерные электрогазоразрядные реакторы используются для получения озона, разработано, запатентовано и используется множество разнообразных конструкций , 7, однако до сих пор задача повышения эффективности этих устройств остатся актуальной. На сегодняшний день на лучших экспериментальных озонаторных установках энергозатраты на получение озона составляют 4,,0 кВтчкг. Таким образом, КПД существующих установок электросинтеза озона не превышает , так как остальная часть энергии выделяется в виде тепла, не участвуя в образовании озона. Основой для дальнейшего усовершенствования существующих конструкций озонаторов является полный анализ всей совокупности физикохимических процессов, протекающих в электрогазоразрядном реакторе, для чего необходимо глубокое изучение механизма электрического пробоя газа в промежутке барьерного озонатора . Именно этот механизм определяет, в конечном счте, состав продуктов плазмохимического синтеза, так и величину энергозатрат . Барьерный разряд является совокупностью микроразрядов стриммерного типа, распределнных в пространстве всей рабочей зоны электрогазоразрядного реактора. Отдельный микроразряд обладает незначительными размерами КГ4 3 м и малой длительностью единицы десятки наносекунд. Плотность энергии микроразряда составляет мДжсм3 .