Моделирование и оптимизация седиментационного анализа примесей технологических жидкостей на основе обработки видеоизображения поверхности осаждения

• Автор: Поройков, Вадим Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 202 с. : ил.

1.1. Обзор и анализ методов седиментационного анализа.

1.2. Особенности применения изображений измельчнных материалов для оценки их гранулометрического состава.
1.3. Анализ влияния разновидностей стартового объмного распределения частиц в пробе жидкости на результаты седиментационного анализа

1.4. Анализ методов и средств реализации стартового объмного распределения частиц.

1.5. Анализ средств и методов моделирования в АИБУБ гидродинамических процессов в дисперсных средах

1.6. Выводы.

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЕДИМЕНТАЦИОННОГО АНАЛИЗА ТВРДЫХ ПРИМЕСЕЙ В ТЖ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИДЕОИЗОБРАЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ОСАЖДЕНИЯ.

2.1. Математическая модель влияния физических свойств ТЖ

и примесей на значения занимаемой осевшими частицами площади при седиментации.

2.2. Модели обработки видеоданных процесса седиментации

для определения значений функции кривой накопления
2.3. Определение параметров примесей посредством аппроксимации значений функции кривой накопления.
2.4. Выводы.
Глава 3. МЕТОДИКА ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ПРИБОРА НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО ПРОЦЕССА ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СРЕДСТВАМИ СРЕДЫ АЫБУБ
3.1. Анализ физических особенностей взаимосвязи параметров прибора и результатов седиментационного анализа
3.2. Концепция моделирования гидродинамических процессов
в дисперсной системе с использованием вычислительных методов среды АНБУБ
3.3. Математическая модель представления влияния вращения на процесс перемешивания при его моделировании
с использованием среды АИЗУБ.
3.4. Структура моделирования движения примесей в ТЖ
при перемешивании с использованием среды АЫБУБ.
3.5. Последовательность программных опций среды АЫБУБ в реализации моделирования гидродинамических процессов
при перемешивании
3.6. Оптимизация параметров прибора с использованием программных средств АКБУБ для моделирования
гидродинамических процессов в дисперсных средах
3.7. Выводы
Глава 4. АЛГОРИТМ ПРИМЕНЕНИЯ И ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ТВРДЫХ ПРИМЕСЕЙ В ТЖ
4.1. Численные методы оценки параметров частиц
твердых примесей в ТЖ
4.2. Структура представления и обработки данных в программной реализации численных методов оценки тврдых примесей в ТЖ
4.3. Алгоритм работы программы для оценки параметров
частиц твердых примесей в ТЖ.
4.4. Выводы
Глава 5. ТЕОРЕТИКОЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ ПОДГОТОВКИ И ПРОВЕДЕНИЯ СЕДИМЕНТАЦИОННОГО АНАЛИЗА
5.1. Структура и планирование численных экспериментов
по оптимизации параметров прибора
5.2. Результаты численных экспериментов по оптимизации параметров прибора на основе моделирования в
процесса перемешивания.
5.3. Результаты сравнения эффективности перемешивания различными способами.
5.4. Результаты оптимизации значения угла отклонения
для перемешивания с использованием возвратного вращения колбы .
5.5. Результаты оптимизации положения оси вращения
колбы с пробой СОЖ при перемешивании.
5.6. Результаты теоретикоэксиеримеитальных исследований адекватности моделирования процесса перемешивания
с использованием средств среды .
5.7. Результаты проверки адекватности алгоритма оценки параметров частиц примесей ТЖ
5.8. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Библиографический список
Приложение 1. Программа автоматизации процесса седиментационного анализа на языке программирования для среды
i Vi i
Приложение 2. Программа на языке для моделирования в среде
гидродинамических процессов при перемешивании
двухфазной системы жидкостей модели дисперсной системы
ТЖ механические примеси
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ТЖ технологическая жидкость
СОЖ смазочноохлаждающая жидкость
г эквивалентный радиус частиц примесей, м
ог количество частиц для данного радиуса г распределения, м
время, прошедшее с момента начала процесса седиментации, с
у условный момент времени прекращения процесса
седиментации, с
площадь, занимаемая примесями на поверхности осаждения
в момент времени I процесса седиментации, м
площадь, занимаемая всеми частицами примесей после
их седиментации на поверхность осаждения, м
о площадь, занимаемая всеми частицами примесей
Й составляющей аппроксимирующей функции, м
к высота колбы прибора, м
Фх функция стандартного нормального распределения
г коэффициент динамической вязкости, Пас
о, и безразмерные параметры функции логарифмически
нормального распределения
о., и. безразмерные параметры одномодальной аппроксимирующей
функции, однозначным образом связанные с гг, ц
О, цп безразмерные параметры й составляющей полимодальной аппроксимирующей функции
М момент времени осаждения группы наиболее крупных частиц
и примесей, с
М2 момент времени осаждения группы наименее мелких частиц
Ь примесей, с
Ь нижняя граница погрешностей измерений в завершающей
стадии эксперимента, м
верхняя граница погрешностей измерений в завершающей
стадии эксперимента, м
ВВЕДЕНИЕ


Для повышения точности и наджности измерений производится сканирование, то есть измерение прозрачности среды осуществляется одновременно набором оптронных пар на восьми уровнях, расположенных по высоте на определнном расстоянии друг от друга. В математической модели седиментации тврдых частиц, используемой в приборе, учитывается воздействие восходящего потока жидкости, возникающего при осаждении частиц. Для повышения точности аппроксимации кривой накопления осадка исследованы способы оценки отклонения аппроксимирующей кривой от экспериментальных данных посредством использования оптимальных норм в пространстве функций методом конфигурации с ограничениями. Предложены аналитические функции для аппроксимации бимодальных и пол и модальных распределений, но для них от определения начальной точки общее время вычислений зависит ещ в большей степени, так как число параметров возрастает в арифметической прогрессии с увеличением количества мод в функции распределения численности примесей по размерам. С другой стороны, в приборе используется начальное равномерное распределение примесей без какихлибо методов устранения присущих ему недостатков 4, . То есть перед экспериментом примеси распределены по объму колбы с пробой настолько равномерно, насколько они были равномерно распределены в исходном резервуаре, а также насколько на них не повлияла преждевременная седиментация от момента взятия пробы, заполнения прибора и начала эксперимента. Следствием этого являются дополнительные погрешности и тем большие, чем крупнее примеси в жидкости. При разработке конструкции другого подобного прибора, но направленного в большей степени на анализ примесей, состоящих из мелких частиц, фирмы i , а также сканирующего фотоседнментографа СФ1 , авторы, при реализации процесса измерения светопропускания среды, использовали подвижный датчик. По мере оседания частиц из начального равномерного распределения примесей по объму пробы датчик с определнной скоростью перемещается от поверхности осаждения к высшей точке колбы. Такой режим работы прибора позволяет значительно сократить время анализа мелких или обладающих небольшой плотностью примесей с общим временем осаждения больше 5 минут. С другой стороны, на точность анализа не настолько мелких частиц, а тех, которые осаждаются достаточно быстро в течение 1 3 минут, отрицательно сказываются погрешности механизмов, обеспечивающих заданную скорость движения датчика. Поэтому основным объектом анализа этих приборов являются дисперсные среды с мелкими частицами примесей, на что указывает и отсутствие перемешивающих устройств в их конструкции. Здесь можно видеть определнную дифференциацию элементов конструкций приборов по назначению для повышения точности анализа крупных частиц используются перемешивающие устройства, а для анализа мелких частиц приспособления, повышающие скорость снятия характеристик процесса седиментации центрифуги, подвижные датчики. Причм создание универсального прибора, сочетающего в себе и те, и другие элементы конструкции полностью, пока не достаточно актуально. На производстве потребность в таком универсальном приборе невелика ввиду отсутствия дисперсных сред, имеющих в свом составе как очень мелкие, так и достаточно крупные частицы в одно и то же время. С другой стороны, совмещение в одном приборе разнообразных элементов конструкций требует их точной согласованной работы и делает вс устройство в целом более громоздким. Следующий рассматриваемый прибор имеет большой диапазон измерения размеров частиц от 0,1 до 0 мкм и в некоторой степени сочетает в себе различные конструкционные элементы. В фотоседиментомстре Г. С. Ходакова ФСХ5 , измерение светопропускания среды производится оптронной парой на фиксированной высоте осаждения фотометрический канал. Конструкция прибора позволяет точно выставлять небольшую высоту столба до 1 мм для верхнего фотометрического канала, что дат возможность значительно сократить время анализа супертонких порошков меньше 0,3 0,5 мкм. Также прибор имеет блок перемешивания, вставляемый в кювет и имеющий программное управление, которое позволяет автоматически повторять начальный этап измерения несколько раз с последующим усреднением результата.