Моделирование процессов металлургического производства на основе аппарата нелинейных динамических систем

• Автор: Богдашкин, Николай Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 153 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЩАЯ ПРОБЛЕМАТИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

1.1. Особенности моделирования металлургических процессов

1.2. Аппарат нелинейных динамических систем

1.2.1. Математические модели динамических систем

1.2.2. Типичные структуры

1.2.3. Странные аттракторы

1.2.4. Бифуркации динамической системы

1.2.5. Характеристики странных аттракторов

1.2.6. Распределнные динамические системы

1.2.7. Методы исследования дискретных динамических систем
Выводы
2. ИЗМЕНЕНИЕ ЗАЗОРОВ В СОЧЛЕНЕНИИ ЛОПАСТЬ ВАЛКОВОЙ МУФТЫ ЗЕВ ГОЛОВКИ ШПИНДЕЛЯ
2.1. Постановка задачи
2.2. Малые угловые скорости шпинделя
2.3. Большие угловые скорости шпинделя
2.4. Детерминированный хаос в системе валокмуфта.
2.5. Влияние различных факторов на характер изменения зазоров 2.6 Системы с поступательным движением
Выводы
3. ДИНАМИКА ПРОТЕКАНИЯ ГЕТЕРОГЕННОЙ АВТОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ
3.1. Особенности моделирования химических процессов
3.2. Механизм протекания реакции
3.3. Модель реакции с чистым запаздыванием
3.4. Режимы протекания реакции
3.5. Анализ модели с чистым запаздыванием
3.5.1. Линеаризация системы уравнений
3.5.2. Устойчивость точки равновесия
3.6. Модель реакции с динамическим запаздыванием и е анализ
3.6.1. Модель реакции
3.6.2. Линеаризация системы уравнений
3.6.3. Устойчивость точки равновесия
3.7. Сопоставление моделей с чистым и динамическим запаздыванием
3.8. Зависимость решения от вида функции КУ
3.9. Релаксационные колебания .
3 Хаотические режимы протекания реакции
3 Рекомендации по управлению ходом реакции
Выводы
4. ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ШИХТЫ И ГАЗОВОГО ПОТОКА В
ПРОТИВОТОЧНОМ РЕАКТОРЕ ШАХТНОГО ТИПА
4.1. Модель перераспределения шихты
4.2. Перераспределение частиц в горизонтальном сечении
4.3. Перераспределение частиц в вертикальном сечении
4.3.1. Перераспределение частиц без учта хода шихты
4.3.2. Перераспределение частиц с учтом хода шихты
4.3.3. Перераспределение частиц различного фракционного 8 состава
4.4. Модель распределения газового потока
Выводы
5. НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА 2
5.1. Изменение зазоров в приводе прокатного стана
5.2. Реакция обезуглероживания
5.2.1. Анализ соответствия реакции обезуглероживания механизму гетерогенной автокаталитической реакции
5.2.2. Режимы протекания реакции обезуглероживания в сталеплавильных агрегатах
5.2.3. Влияние пульсирующего дутья
5.3. Применение моделей перераспределения шихты и газового потока к анализу доменного процесса
5.3.1. Влияние процесса образования каналов на расход газа
в доменной печи
5.3.2. Моделирование перераспределения компонентов шихты частиц и изменения распределения давления по высоте реактора при возникновении зависания
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература


Для наглядности результатов анализа динамику перераспределения частиц предложено рассматривать в горизонтальном и вертикальном сечениях реактора. Предложенная модель легко адаптируется к учету различных факторов, обуславливающих особенности процесса перераспределения частиц. Для анализа параметров газового потока предложена модель, базирующаяся на расчёте гидродинамического сопротивления ячейки,исходя из концентрации частиц в ней. Расчёт течения газа имеет аналогию с расчётом элек-' трических цепей. Пятая глава посвящена практическому применению разработанных моделей, с целью изучения конкретных особенностей протекания металлургических процессов и предотвращения нежелательных режимов в прокатном производстве при выплавке стали и чугуна. Исследования показывают, что предложенные нелинейные феноменологические модели могут быть легко адаптированы к моделированию процессов металлургического производства. Полученные результаты находятся в качественном соответствии с практическими наблюдениями. Достоверность результатов определяется достоверностью интерпретации физикохимических процессов; определяющих моделируемые явления. Отсутствие противоречивых результатов позволяет надеяться на то, что модели, после их адаптации к особенностям реального процесса, могут быть использованы для решения задач управления металлургическими процессами. В заключении формулируются основные научные и практические результаты диссертационного исследования. Прилагается список используемых литературных источников. ГЛАВА 1. Теоретическое исследование реальной системы требует изучения её свойств, присущих ей связей и создания на их базе математической модели системы. В отличии от первых двух - последние модели, несмотря на их низкую прогностическую способность, дают возможность анализировать феномен явления во всем его многообразии, включая "запредельные" состояния и возможные аномальные явления в поведении анализируемого процесса. Нам представляется, что последний класс моделей дает возможность вскрывать скрытые, слабо изученные явления, которые ранее декларировались лишь как наблюдаемые, но математически не объясненные. Более того, этот класс моделей может генерировать ситуации, которые наравне с ранее известными, не наблюдались и не анализировались, как в практических, так и в теоретических исследованиях. Попытки учесть на первом этапе исследования все свойства и взаимосвязи приводят к такому усложнению модели, что её решение становится либо чрезвычайно трудоёмким, либо вообще невозможным. Глубина исследования, наглядность результатов в значительной степени зависит от простоты математической модели. Поэтому при создании модели необходимо ориентироваться на описание тех особенностей, поведение которых необходимо исследовать, максимально опуская описание второстепенных деталей [5, - , - , 8 - 0]. Упрощение (идеализация) модели допустима до тех пор, пока модель с удовлетворительной точностью отражает изучаемые свойства. Характер упрощений зависит не только от свойств рассматриваемой системы, но и от того, на какие вопросы необходимо получить ответ. Критерием правомерности введённых упрощений является эксперимент. Динамика протекания металлургических процессов характеризуется большой сложностью, которая проявляется в распределённом характере процессов, одновременном протекании различных физико-химических механизмов, большинство из которых носит нелинейный характер, значительном числе параметров, определяющих характер протекания процессов, существовании многочисленных внутренних связей, как отрицательных, так и положительных, ограниченном числе управляющих воздействий [, , , , , 0, 4, 1, 2]. Перечисленные особенности приводят к тому, что многие практически важные процессы металлургического производства не имеют удовлетворительного математического описания. Несмотря на сложный вид получаемых моделей, описания малоинформативны и обладают малой точностью. Данное положение вещей препятствует пониманию сути происходящих процессов, снижает эффективность мероприятий, направленных на оптимизацию, автоматизацию и совершенствование металлургического производства.