Математическое моделирование и исследование систем непрерывного смесеприготовления

• Автор: Антипов, Евгений Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 189 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ АГРЕГАТОВ

НЕПРЕРЫВНОГО СМЕСЕГ1РИГОТОВЛЕНИЯ.

1.1. Характеристика технологических процессов приготовления

сыпучих смесей.

1.2. Проблемы математического моделирования процессов дозирования и непрерывного смешивания

1.3. Проблема нестационарности в описании процессов непрерывного смесеприготовления

1.3.1. Причины возникновения нестационарности сигнала смесеприготовления.

1.3.2. Влияние флуктуаций питающих потоков на процесс непрерывного смесеобразования

1.3.3. Методы спектрального представления нестационарных сигналов

1.3.3.1. Преобразование Фурье.

1.3.3.2. Кратковременное преобразование Фурье
1.4. Выводы и обоснование актуальности математического моделирования агрегатов непрерывного
смесеприготовления методами системного анализа.
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ НЕПРЕРЫВНОГО
СМЕСЕПРИГОТОВЛЕНИЯ.
2.1. Структурнотопологическое моделирование.
2.1.1. Описание системы посредством аппарата передаточных функций.
2.1.2. Составление структурной схемы смесеприготовительной системы
2.1.3. Топологическое моделирование системы
2.2. Частотный анализ смесеприготовительной системы
2.3. Временной анализ смесеприготовительной системы
2.4. Моделирование систем непрерывного смесеприготовления методом пространства состояний.
2.5. Времячастотный анализ на базе вейвлетпреобразования.
2.5.1. Математические основы теории вейвлетанализа
2.5.2. Дискретное вейвлетпреобразование.
2.5.3. Алгоритм вейвлетпоиска соответствия
2.6. Выводы.
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ
СИСТЕМ НЕПРЕРЫВНОГО СМЕСЕПРИГОТОВЛЕНИЯ
3.1. Методология проведения исследования
3.2. Формирование структурнотопологической модели смесеприготовительной системы
3.2.1. Составление структурнофункциональной схемы.
3.2.2. Топологическое моделирование смессприготовительной системы
3.2.3. Методика определения дифференциального закона распределения времени пребывания частиц смеси в смесителе
3.2.4. Методика определения параметров передаточной функции центробежного смесителя
3.3. Описание материалопотоковых сигналов в смесительном агрегате
3.3.1. Описание дозирующего сигнала спирального дозатора.
3.3.2. Дозирующий сигнал шнекового дозатора
3.3.3. Разработка модели сигнала мгновенной производительности порционных дозаторов
3.4. Методика частотного исследования систем непрерывного
смесеприготовления
3.4.1. Установление степени влияния параметров БДУ на
флуктуацию предсмесительного материалопотока
3.4.2. Установление степени влияния параметров
смесительного устройства на флуктуацию выходного материалопотока.
3.5. Методика временного анализа смесительной системы в
пространстве состояний.
3.6. Спектральная идентификация сигналов и коррекция режимов работы смесеприготовительного агрегата.
3.6.1. Времячастотное распределение Вигнера.
3.6.2. Алгоритм адаптивной вейвлетаппроксимации сигналов смесеприготовительной системы дискретным словарем Габора.
3.7. Выводы.
ГЛАВА 4. АППАРАТУРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СИСТЕМ НЕПРЕРЫВНОГО СМЕСЕПРИГОТОВЛЕНИЯ.
4.1. Лабораторноэкспериментальный стенд
4.1.1. Описание исследовательского стенда
4.1.2. Дозировочное оборудование.
4.1.2.1. Шнековый дозатор.
4.1.2.2. Спиральный дозатор.
4.1.2.3. Порционный дозатор.
4.1.3. Центробежный смеситель непрерывного действия
4.1.4. Физикомеханические свойства сыпучих материалов, использованных в исследованиях.
4.2. Аппаратнопрограммный мониторинговый комплекс для регистрации и обработки информации.
4.2.1. Состав аппаратнопрограммного комплекса.
4.2.2. Работа мониторингового комплекса по оптимизации режимов смесеприготовления.
4.3. Выводы.
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНОДЕЙСТВУЮЩЕГО СМЕСЕПРИГОТОВИТЕЛЬНОГО
АГРЕГАТА
5.1. Расчетная электронная структурная схема агрегата.
5.2. Результаты частотного исследования смесеприготовительного агрегата.
5.2.1. Исследование зависимости коэффициента пульсации сигнала совокупного предсмесительного материалопотока от параметров блока дозирующих устройств
5.2.2. Исследование зависимости сглаживающей способности смесительного устройства от параметров смесеприготовительного агрегата
5.2.3. Определение рациональных параметров смесеприготовительного агрегата
5.3. Мониторинг рациональных режимов работы СМПА на базе спектральной вейвлетидентификации
5.4. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


ВА и времячастотного анализа ВЧА на базе адаптивной вейвлетаппроксимации с применением времячастотных распределений. В третьей главе рассматриваются вопросы методического обеспечения экспериментальных исследований разрабатывается методика частотновременного исследования смесительных процессов, методика расчета модели смесеприготовительного агрегата в технологическом пространстве состояний, а также алгоритмы вейвлетанализа для исследования сигналов смесеприготовления на времячастотной основе. В пятой главе приведены результаты математического моделирования и исследования смессприготовительной системы. Автор выражает благодарность за научное руководство кандидату технических наук, профессору Федосенкову Борису Андреевичу. ГЛАВА 1. НЕПРЕРЫВНОГО СМЕСЕПРИГОТОВЛЕНИЯ. В настоящее время приготовление однородных по составу композиций из твердых сыпучих материалов посредством их смешивания является одним из широко используемых технологических процессов. Приготовление композиций с заданными качественными показателями обеспечивается как организацией рабочего процесса, так и наличием теоретического описания, которое позволяет производить целенаправленную разработку рациональных режимов функционирования оборудования, исходя из требуемого качества смешивания при минимуме энергозатрат. В данной главе проанализировано современное состояние математического описания систем непрерывного приготовления комбинированных продуктов из сыпучих компонентов и показана целесообразность использования при этом методов системного анализа. Сформулирована проблема влияния нестационарных процессов на качество приготавливаемых продуктов. Проанализированы традиционные средства для анализа нестационарных сигналов и показана их малоэффективность при анализе нестационарных процессов смесеприготовления. Обоснована актуальность разработки альтернативного метода анализа сигналов смесеприготовления на основе вейвлетпреобразований. Характеристика технологических процессов приготовления сыпучих смесей. Процесс смешивания сыпучих материалов является одним из важных моментов при оформлении целого ряда технологий на многих производствах. Некоторыми авторами предлагалось выделить еще один элементарный механизм смешивания, обусловленный сдвиговыми касательными напряжениями. Однако дальнейшими исследованиями установлено, что подобный механизм в равной степени присущ первым двум. Одновременно и процесс смешивания сопровождается обратным процессом сегрегацией, обусловленной тем, что частицы одинаковой массы и размеров под действием фавитационных и инерционных сил сосредотачиваются в какомто определенном месте аппарата, т. Процессы смешивания и сегрегации в смесителе протекают одновременно, однако степень их влияния на различные периоды неодинакова. В начальный период преобладает конвективное смешивание на уровне макрообъемов. В этом случае сегрегация практически не сказывается на общем ходе процесса, так как внутри перемещаемых макрообъемов частицы относительно друг друга остаются неподвижными. На процесс смешивания в этот момент главное влияние оказывает характер движения траектория потоков смешиваемых материалов в смесителе. После распределения макрообъемов по рабочему пространству смесителя преобладающим становится диффузионное смешивание. При этом сефегация начинает оказывать заметное влияние на ход процесса, и, в конечном итоге, скорости сефегации и смешивания уравниваются наступает динамическое равновесие, и дальнейшего улучшения качества смеси не наблюдается. В смесителях непрерывного действия, изза сравнительно не долгого времени нахождения материала в активной зоне смешивания, в основном преобладает конвективный механизм смешивания. Поэтому скорость смешивания и качество готовой смеси будут зависеть от характера подачи исходных компонентов и от конструктивных особенностей аппарата. В статье профессором. Ю.И. Макаровым на основе всестороннего анализа опубликованных работ и материалов всесоюзных и международных конференций определены основные проблемы в области создания смесительного оборудования.