Моделирование теплового состояния секционированного биореактора периодического аэробного культивирования

• Автор: Афанасов, Владимир Христофорович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Пятигорск
• Количество страниц: 136 с.

Содержание

Условные обозначения

Введение
Глава 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ СЕКЦИОНИРОВАННЫХ АЭРОБНЫХ БИОРЕАКТОРОВ ПЕРИОДИЧЕСКОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ.

1.1. Технология инкубации

1.2. Инкубаторий и основные виды инкубаторов.

1.3. Режимы инкубации яиц

1.4. Методы описания состояния воздушной среды инкубационной камеры.

1.5. Ячеечные модели для описания тсплоперсноса в сложных системах .

1.6. Постановка задачи исследования

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА СЕКЦИОНИРОВАННОМ ОБЪЕМЕ
2.1. Расчетная схема процесса и его ячеечное представление.
2.2. Ячеечная модель и ее основные операторы.
2.3. Численные эксперименты с одномерной моделью.
2.4. Двухмерная ячеечная модель процесса.
2.5. Результаты численных экспериментов с двухмерной моделью процесса.
2.6. Выводы по главе 2.
Глава 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА И ЕГО СТАБИЛИЗАЦИИ ПРИ ДЕЙСТВИИ ВОЗМУЩАЮЩИХ Ф АКТОРОВ
3.1. Нестационарные внутренние источники теплоты как возму
щающие факторы
3.2. Влияние действия внутренних источников теплоты в одномерной цепи без реулирования.
3.3. Регулирование температуры в ячейках одномерной цепи
3.4. Регулирование температуры в ячейках двухмерной цепи
3.5. Выводы по главе 3
Глава 4. ИНЖЕНЕРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА В СЕКЦИОНРПЮВАННОМ БИОРЕАКТОРЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО АЭРОБНОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ
4.1. Описание объекта моделирования и происходящего в нем технологического процесса.
4.2. Экспериментальное исследование температурного режима инкубатора У5 5
4.3. Использование математической модели инкубатора У для исследования его нестационарных температурных режимов
4.4. Сведения о практическом использовании результатов работы
4.5. Выводы по главе 4.
Основные результаты диссертации
Список литературы


При небольшом числе секций (в том числе, в естественных условиях) выравнивание температуры по секциям и ее стабилизация во времени не представляет особого труда. Однако такой режим соответствует низкой производительности аппарата. Значительное увеличение его объема с целью повышения единичной производительности приводит к температурным неоднородностям, и часть секций может оказаться в неприемлемых температурных условиях. Компенсация этих перекосов требует секционирования внешних источников теплоты и их работы в индивидуальных режимах. Очевидно, что усложнение процесса приводит к тому, что система приобретает все большее число степеней свободы, и эмпирический подбор рациональных параметров ее функционирования становится крайне затруднительным. Отсутствие таких моделей и определило цель настоящей работы, которая выполнялась в рамках ФЦП «Интеграция» и планов НИ! Пятигорского государственного технологического университета. Объект исследовании - тепловые процессы в секционированном биореакторе с нагревательными элементами и вентилирующим газом. Предмет исследования - Температурное поле секционированного биореактора и подходы к его стабилизации по пространству и во времени. Цель исследования - исследование теплового состояния в секциях секционированного биореактора периодического аэробного культивирования (например, инкубатора) и способов влияния на пространственную и временную неравномерность этого состояния на основе ячеечных математических моделей. Разработать методику построения программ регулирования теплового состояния в секциях биорсактора. На основе разработанных математических моделей теиломассооб-менных процессов создать инженерный метод расчета нестационарного и установившегося теплового состояния секционированного биореактора периодического аэробного культивирования и построения программ регулирования теплового состояния в секциях при возникновении в них нестационарных тепловых возмущений. Методы исследования. Математическое моделирование процессов тепломассообмена и аэродинамики, вычислительный эксперимент. Научная новизна. Разработана ячеечная математическая модель прогрева секций секционированного биореактора периодического аэробного культивирования с учетом теплопередачи между секциями, неравномерности распределения температуры секций нагревательных элементов и параметров потока вентилирующего газа. В численных экспериментах выявлены рациональные распределения температуры секций нагревательных элементов и параметры потока газа, обеспечивающие равномерное распределение температуры по секциям с заданной точностью. Разработанная модель обобщена на случай тепловых возмущений в секциях, вызванных экзотермическими биохимическими реакциями, протекающими в случайные моменты времени. Предложена математическая модель регулирования процесса стабилизации температурного поля объекта путем отключения нагревательных элементов и изменения расхода газа для поддержания температуры в секциях в заданном допустимом интервале. Практическая ценность. Разработан инженерный метод расчета нестационарного и установившегося теплового состояния секционированного биореактора периодического аэробного культивирования и его компьютерная реализация. Предложена методика расчета рациональных программ регулирования теплового состояния в секциях биореактора при возникновении в них нестационарных тепловых возмущений. ЗАО «Пятигорсксельмаш». Реализация результатов работы. Практические рекомендации по стабилизации теплового состояния в инкубаторе нашли применение в ЗАО «Пятигорсксельмаш». Апробация результатов работы. Основные положения диссертации были заслушаны и одобрены на следующих международных конференциях: «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-», Псков, , -ой МНТК студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ, , XV М1-ГК «Информационная среда вуза», Иваново, , XV МНК «Состояние и перспективы развития электротехнологий», Иваново, . Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 работы в изданиях, предусмотренных перечнем ВАК. Структура и объем работы. Диссертация представлена на 6 стр.