Оформление расчетно-пояснительной записки. Содержание курсового проекта, страница 6

Многие определяемые параметры находятся в зависимости от определяющих параметров (исходных данных). Последними могут быть заданная производительность аппарата, начальная и конечная температура продукта, начальная температура тепло- хладоносителя, концентрации фаз, влажность, давление (температура) вторичного пара, физические и теплофизические параметры продукта и сред (плотность, вязкость, удельная теплоемкость, теплопроводность, критерии Архимеда и Прандтля, коэффициент молекулярной диффузии и др., которые в общем случае не являются константами и зависят от температуры), константы фильтрования, определяющие линейные размеры частиц (эквивалентный диаметр частиц минимальных размеров, подлежащих разделению в сепараторе, циклоне, отстойнике) и их форма, годовая загрузка аппарата, удельные стоимости металла и электроэнергии и многие другие.

Причем в зависимости от постановки каждой конкретной задачи определяющие параметры могут переходить в разряд определяемых и наоборот. Например, при разработке молочного сепаратора можно априорно задаться диаметром жирового шарика минимальных размеров 1 мкм, тогда этот параметр выступает в роли определяющего для нахождения конструктивных и кинематических параметров сепаратора. Но можно найти и оптимальный (экономически обоснованный) этот диаметр, принимая его в качестве определяемого параметра. Можно физические и теплофизические параметры фаз принять постоянными, а можно учесть влияние на них температуры. Два этих примера показывают, что задача с меньшим числом определяемых параметров является проще, но результат является менее точным и достоверным.

Часто появляется желание построить такую математическую модель, в которой учитывалось бы огромное число определяющих и определяемых параметров. Однако при тщательном анализе оказывается, что влиянием многих из них на решение либо незначительно, либо просто отсутствует из-за невысокой точности определения этих параметров. Кроме того, нельзя не учитывать то обстоятельство, что математическая модель с большим числом параметров приводит к задаче оптимизации функций столь большого числа переменных, из-за чего численное ее решение с точностью, согласованной с точностью входной информации, оказывается в реальности делом безнадежным. Так или иначе, проектирование новых аппаратов связано с применением ряда допущений.

2.8.9 Разработка математической модели

Разделение параметров на определяемые и определяющие подразумевает наличие аналитических или обобщенных функциональных зависимостей, отображающих физическое явление или процесс. Эти зависимости вытекают из самой природы рассматриваемого процесса и ни в коем случае не являются придуманными и надуманными. При рассмотрении процессов пищевой технологии можно выделить следующие основные законы: сохранения массы и энергии (уравнения материального баланса и неразрывности потока, уравнения теплового баланса), равновесия системы (принцип Ле-Шателье и правило фаз Гиббса), переноса массы и энергии и принцип движущей силы (кинетические уравнения, базирующиеся в основном на дифференциальных и критериальных уравнениях). Некоторые параметры (например, толщина детали или диаметр вала) определяются из прочностных расчетов. Помимо этого в распоряжении проектировщика имеются геометрические соотношения, связывающие, например, геометрические параметры аппарата с площадью теплообмена и массой отдельной детали и всего аппарата. Могут иметь место и другие зависимости. Принятый критерий оптимизации также связан с определяемыми и определяющими параметрами и представляет собой в математической модели целевую функцию. На полученных таким образом аналитических зависимостях и базируется математическая модель.

Математическую модель необходимо представить в виде сводки формул, записанных в такой последовательности, которая обеспечивает возможность расчета каждого определяемого параметра, зависящего от известных (заданных или вычисленных до этого) численных значений других параметров.