Моделирование электромеханических и электротехнологических процессов сельскохозяйственного потребителя
Покупка
Издательство:
Санкт-Петербургский государственный аграрный университет
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 198
Дополнительно
Доступ онлайн
400 ₽
В корзину
В учебное пособие включены электротехнологические процессы, используемые в аппаратурно-технологических системах предприятий агропромышленного комплекса. Целью учебного пособия являлось не полное
теоретическое рассмотрение всех аспектов проблемы интенсификации традиционных технологических процессов электротехнологическими методами, а скорее, обобщение результатов прикладного характера, достигнутых в этой области исследований. Структура построения глав пособия предопределяет не только усвоение известных методов моделирования электромеханических и электротехнологических процессов, но и представляет широкий спектр проблемных вопросов для самостоятельной научно-исследовательской и практической деятельности обучающихся. Учебное пособие рекомендовано для студентов (уровень магистр), обучающихся по направлению подготовки 35.04.06 Агроинженерия, профилю «Энергетический менеджмент и инжиниринг энергосистем». Может быть использовано в заочном и дистанционном обучении. Представляет интерес для специалистов и научных работников, занимающихся проблемами повышения энергоэффективности предприятий АПК.
Тематика:
ББК:
- 312: Электроэнергетика. Электротехника
- 40: Естественнонаучные и технические основы сельского хозяйства
УДК:
- 621: Общее машиностроение. Ядерная техника. Электротехника. Технология машиностроения в целом
- 631: Общие вопросы сельского хозяйства
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 35.04.06: Агроинженерия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
С А Н К Т - П Е Т Е Р Б У Р Г С К И Й Л Г M i Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й А г р а р н ы й У Н И В Е Р С И Т Е Т МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ М.М. БЕЗЗУБЦЕВА, B.C. ВОЛКОВ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПОТРЕБИТЕЛЯ Учебное пособие для обучающихся по направлению подготовки 35.04.06 Агроинженерия САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 2018
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ М.М. БЕЗЗУБЦЕВА, B.C. ВОЛКОВ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПОТРЕБИТЕЛЯ Учебное пособие для обучающихся по направлению подготовки 35.04.06 Агроинженерия САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 2018
УДК 621.926:631.13 Беззубцева М.М., Волков B.C. Моделирование электромеханических и электротехнологических процессов сельскохозяйственного потребителя. Учебное пособие для обучающихся по направлению подготовки 35.04.06 Агроинженерия.- СПб.: СПбГАУ, 2018.- 198 с. Рецензенты: доктор техн. наук, профессор Ракутько С. А (ИАЭП); доктор техн. наук, профессор Новоселов А.Г. (НИУ ИТМО). В учебное пособие включены электротехнологические процессы, используемые в аппаратурно-технологических системах предприятий агропромышленного комплекса. Целью учебного пособия являлось не полное теоретическое рассмотрение всех аспектов проблемы интенсификации традиционных технологических процессов электротехнологическими методами, а скорее, обобщение результатов прикладного характера, достигнутых в этой области исследований. Структура построения глав пособия предопределяет не только усвоение известных методов моделирования электромеханических и электротехнологических процессов, но и представляет широкий спектр проблемных вопросов для самостоятельной научно-исследовательской и практической деятельности обучающихся. Учебное пособие рекомендовано для студентов (уровень магистр), обучающихся по направлению подготовки 35.04.06 Агроинженерия, профилю «Энергетический менеджмент и инжиниринг энергосистем». Может быть использовано в заочном и дистанционном обучении. Представляет интерес для специалистов и научных работников, занимающихся проблемами повышения энергоэффективности предприятий АПК. Рекомендовано к изданию и публикации на электронном носителе для последующего размещения в электронной сети СПбГАУ, согласно соответствующему договору Учебно-методическим советом СПбГАУ, протокол № 2 от 29 ноября 2018 г. © Беззубцева М.М., Волков B.C., 2018 © ФГБОУ ВО СПбГАУ
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение.................................................................................................................................................... 6 Глава 1. Методы интенсификации и оценки энергоэффективности технологических процессов сельскохозяйственного производства.....................................................................10 1.1. Основные понятия интенсификации технологических процессов................................10 1.2. Метод формального анализа параметров влияющих на интенсивность ТП................................................................................................... 16 1.3. Классификация и способы построения моделей технологических процессов............................................................................................................19 1.4. Методология компьютерного моделирования................................................................ 31 1.5. Методика оценки энергоэффективности при интенсификации электротехнологических процессов (ЭТП) сельскохозяйственного производства..........36 Глава 2. Теоретические основы энергетики процесса измельчения и инженерные энергетические расчеты измельчающего оборудования.............................................................40 2.1. Энергетический баланс измельчителя..................................................................................44 2.2. Анализ энергетических теорий процесса измельчения................................................... 47 2.4. Энергетическая эффективность процессов тонкого измельчения.................................58 2.4. Инженерные энергетические расчеты измельчающего................................................... 60 оборудования.....................................................................................................................................60 Глава 3. Теоретические основы энергетики ректификации................................................68 3.1. Энергоемкость продуктов ректификации, материальные и тепловые балансы.........73 3.2. Диаграммы равновесия............................................................................................................77 3.3. Влияние флегмового числа на расход теплоты. Методика определения оптимального флегмового числа и минимальных энергозатрат на основе техникоэкономических расчетов................................................................................................................. 79 3.4. Пути экономии энергии в ректификационных установках.............................................83 Глава 4. Теоретические основы энергетики процесса сушки......................................... 87 4.1. Классификация сушки по способу подвода энергии........................................................87 4.2. Движущая сила процесса сушки.......................................................................................... 88 4.3. Направление протекания процессов переноса влаги........................................................89 4.4. Кинетические закономерности, периоды и продолжительность технологического процесса сушки..................................................................................................................................90 4.5. Определение энергоэффективности сушильной установки........................................... 94 4.6. Энергетический анализ вариантов организации процесса конвективной сушки ....104 4.7. Пути экономии энергии в технологическом процессе сушки......................................112 Глава 5. Теоретические основы энергетики процесса выпаривания............................ 114 5.1. Анализ энергоэффективности однократного выпаривания, материальный и тепловой балансы однокорпусной выпарной установки непрерывного действия.........117 5.2. Энергосбережение в многокорпусных выпарных установках (MBУ ).......................126
5.3. Влияние числа корпусов мву на коэффициент энергоэффективности, техникоэкономический анализ предельного и оптимального числа корпусов МВУ................... 131 5.4. Пути экономии энергии при выпаривании.......................................................................140 Глава 6. Энергетика технологического процесса перемешивания..................................153 6.1. Методы и характеристики перемешивания......................................................................153 6.2. Классификация перемешивающих устройств................................................................. 155 6.3. Расход энергии на перемешивание.....................................................................................165 6.4. Выбор частоты вращения при перемешивании...............................................................172 6.5. Определение энергоэффективного рабочего режима мешалок...................................174 Глава 7. Математическое моделирование электротехнологического процесса озонирования яйцескладов птицефабрик.................................................................................181 Список использованных источников..............................................................................................193
ВВЕДЕНИЕ Модель электротехнологического технологического процесса (ЭТП) представляет собой совокупность функциональных схем, уравнений, логических операторов, номограмм, таблиц и т.д., с помощью которых характеристики состояния системы определяют в зависимости от параметров процесса, входных сигналов и времени. Построение формального (математического) описания ЭТП с необходимой степенью достоверности называется его формализацией. Результат формализации ЭТП — посторенние его модели. Разработка модели основывается на представлении ЭТП как сложной системы, параметры которой в общем случае зависят от времени и носят вероятностный характер. Сложность построения математического описания конкретного ТП обусловлена степенью его изученности и требуемой детализацией модели. Основные требования к моделям ЭТП. Точность соответствия модели реальному ЭТП. Точность модели обеспечивается тщательным изучением и описанием взаимодействия параметров процесса различной физической природе. Требования к точности модели зависят от ее назначения и особенностей процесса. Чувствительность модели. Чувствительность модели состоит в значительных изменениях числового значения моделируемого технико-экономического показателя процесса (точности, производительности, экономической эффективности и др.) при сравнительно малых изменениях исследуемых технологических параметров. Непрерывность модели процесса. Это требование связано с использованием ЭВМ дл технологического проектирования. Здесь понимается справедливость одной и той же модели для широкого диапазона технологических режимов. Если модель не обладает свойством непрерывности во всем диапазоне изменения режимов, то 6
программы вычислений усложняются из-за необходимости проведения значительного количества проверок ее адекватности. Классификация моделей ЭТП. Можно ввести условное разделение моделей на группы. 1. Детерминированные модели Построение детерминированной модели ТП вытекает непосредственно из понятия функциональной зависимости между физическими величинами: у = F (*1,*2,- хп), где у — моделируемый технико-экономический показатель процесса; — параметры ТП. То есть, наличие детерминированной модели означает существование однозначной функциональной зависимости между исследуемым показателем процесса у и значениями технологических параметров (например, давлением, температурой, скоростью резания и др.). 2. Вероятностные модели ТП — результат формализованного описания связей между зако нами распределения технико-экономических показателей процесса и его параметров, которые могут быть рассмотрены как на уровн е случайных величин, так и на уровне случайных функций. Вероятностная модель обычно представляется в виде статистических массивов, законов распределения, уравнений регрессии и др. 3. Детерминированные статические модели отражают функциональную зависимость между технико-экономическими показателями ТП и его параметрами, не зависящими от времени. Как правило, эти модели представляют в виде системы алгебраических уравнений. 4. Детерминированные динамические модели — результат формализации ТП, параметры которых являются функцией времени или производных от параметров по времени. 5. Вероятностные статические модели описывают взаимосвязь между параметрами состояния ТП, рассматриваемыми как случайные величины, не зависящие от времени. 7
6. Вероятностные динамические модели отражают связь между пар аметрами ТП и его технико-экономическими показателями, рассматриваемыми как реализации случайных функций. Построение моделей ТП. Общую последовательность этапов составления моделей ТП можно представить в следующем виде: Изучение технологического процесса и входящих в него производственных операций ^ Составление содержательного описания технологического процесса^ Создание формализованной схемы технологического процесса ^ Построение модели технологического процесса. Первым этапом построения модели ТП является его тщательное изучение. При этом должны быть выявлены основные зако номерности процесса, позволяющие уже на том этапе использовать методы типизации и групповой технологии. Это позволяет наметить единую логическую схему построения технологических операций, а также переходов, установов и др. В этап изучения ЭТП входят проведения экспериментов, обработка полученных при этом данных, а также обобщение ранее собранного экспериментального материала . Содержательное описание — результат проведения предыдущего этапа, т.е. изучение ТП. Оно может быть представлено в виде графического изображения тех нологических цепей и необходимого словесного описания всех операций. Содержательное описание дает общие сведения о физической природе и характеристиках операций и переходов, об их значении в общей схеме ТП и характер взаимодействий между ними. В содержател ьное описание включают назначение создаваемой модели, перечень параметров ТП и их подробные характеристики (в виде таблиц, графиков). Содержательное описание является основой для построения формализованной схемы ТП. В состав формализованной схемы входят: с истема параметров проектируемого процесса, технико-экономические показатели процесса, совокупность начальных условий, ранее изученные модели операций и 8
переходов. В формализованную схему эти данные включают в концентрированной форме, т.е. в виде функционал ьных схем, кратких словесных пояснений. Математическая модель ТП является конечным результатом его формализации. При этом все соотношения между технико-экономическими показателями и параметрами процесса представляют в форме аналитических зависимостей. Использование ЭВМ для технологического проектирования требует построения моделирующих алгоритмов. Моделирующий алгоритм строят после того, как вопросы создания модели ТП принципиально решены. Основные компетенции, приобретаемые обучающимися в процессе изучения дисциплины: ПК-5: способность и готовность организовывать самостоятельную и коллективную научно-исследовательскую работу, вести поиск инновационных решений в инженерно-технической сфере АПК. ПК-7 способностью проведения инженерных расчетов для проектирования систем и объектов Учебное пособие рекомендовано для магистров, обучающихся по направлению подготовки 35.04.06 «Агроинженерия», профилю «Энергетический менеджмент и инжиниринг энергосистем». Может быть использовано в очно - заочном обучении. Представляет интерес для специалистов и научных работников, занимающихся проблемами повышения энергоэффективности предприятий АПК. 9
ГЛАВА 1. М ЕТОДЫ И НТЕНСИФ ИКАЦИИ И ОЦЕНКИ ЭНЕРГОЭФ Ф ЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА 1.1. Основные понятия интенсификации технологических процессов Под интенсификацией производственных (технологических) процессов АПК понимают получение прямого или косвенного экономического эффекта за счет увеличения производительности, КПД, уменьшения энерго- и материалоемкости оборудования, длительности лимитирующих стадий, повышения качества продукта, эргономических и социальных показателей. Все перечисленные параметры являются составляющей энергетической эффективности производственных процессов и представляют ее технико- экономические и социальные характеристики (целевые функции). При интенсификации предпринимают целенаправленное изменение какой-либо группы факторов, которые оказывают влияние на целевые функции. Все эти технико-экономические показатели во многом взаимосвязаны друг с другом. Так уменьшение длительности лимитирующих стадий технологического процесса обычно приводит к увеличению производительности, уменьшению энерго- и материалоемкости, способствует росту КПД. В настоящее время одним из перспективных методов интенсификации технологических процессов и повышения эффективности технологического оборудования (ТО) признаются методы, основанные на энергетических воздействиях с применением электрической энергии. На рис. 1.1 представлена блок-схема алгоритма интенсификации ТП с целью повышения энергоэффективности ТП и ЭТО. 10
1.Системный анализ физической сущности ТП, составление уравнений моделей в соответствии с иерархическим принципом _______________________________________iz_____________________________________ 2. Определение лимитирующей стадии ТП. разработка механизма изменения скорости процесса ________________________________________iz__________________________ 3. Подбор эффектов, влияющих на механизмы изменения скорости процесса ________________________________________ ±Z_________________________________ 4. Выбор основного энергетического воздействия на ТС, вызывающего заданный технологический необходимый эффект ________________________________________ iz_____________________________________ 5. Определение дополнительного и вторичного энергетического воздействия, возникающих при реализации основного воздействия ______________________________________ ________________________________________ 6. Анализ взаимодействий между основными, дополнительными и вторичным энергетическим воздействиями 7. Определение видов и параметров энергетических воздействий для создания условий оптимального их сочетания в целях повышения энергоэффективности ТП и ЭТО _______________________________<2______________________________ 8. Выбор методов и средств реализации энергетических воздействий на ТС, расчет параметров ТП и энергоэффективности ЭТО ’ ’ ’ - - - 9. Выбор методов, моделей и средств управления параметрами энергетических воздействий 10. Построение общей модели функционирования ТС при энергетических воздействиях на ТП. Расчет и проведение модельных экспериментов. Прогноз и коррекция моделей Рисунок 1.1 — Блок-схема алгоритма интенсификации ТП и повышения энергоэффективности ЭТО при энергетических воздействиях 11
Различают два вида задач интенсификации: • совершенствование существующих технологических систем; • разработка принципиально новых технологических систем. Эффективность любого объекта выражает соотношение результата и затрат для достижения данного результата [36]. Критерий энергоэффективности устройства — это отношение фактической энергоемкости устройства к нормативной энергоемкости технологического процесса, соответствующего функциональному назначению устройства [34,35]. Основные критерии эффективности разделяют на две группы: критерии отдельных элементов системы; критерии системы и подсистемы. Критерии разделяют по следующим классификационным признакам: - Виду (натуральный, энергетический, эксергетический, термодинамический, экономический); - Структуре (абсолютный, удельный, относительный, свернутый); уровню (глобальный, локальный, обобщенный); - Сложности (простейший, промежуточный, комплексный); приложению (предпроектный, проектный, производственный, эксплуатационный, ликвидационный); - Масштабу использования (промышленность, отрасль, промышленное объединение); - Сроку действия (оперативный, годовой, долгосрочный). Натуральные критерии оценки эффективности наиболее применимы при анализе низших уровней системы. Более распространенными являются оценки с помощью экономических критериев [36]. К основным натуральным критериям, которые закладывают базу для дальнейших экономических расчетов, относятся: масса, мощность, объем, габариты, расход, энергия, площадь или объем рабочей зоны, долговечность и т.п. 12
Доступ онлайн
400 ₽
В корзину