Содержание к диссертации
Введение
1. Системный анализ методов и; моделей ультразвуковой обработки битума 10
1.1. Общие сведения о битумах 11
1.2. Общие сведения о битумах 16
1.2.1. Строение битума 16
1.2.2. Свойства битума 22
1.3. Производство асфальтобетонных смесей 38
1.4. Ультразвуковая установка для улучшения физико — химических свойств битумов 43
1.4.1. Основные узлы ультразвукового оборудования 43
1.4.2. Система мониторинга и поддержания заданного режима 59
1.4.3. Обзор промышленно выпускаемых ультразвуковых химических реакторов 62
1.5. Анализ статистических методов обработки данных 66
2. Разработка методов и моделей анализа влияния ультразвуковой обработки битума 75
2.1. Стандартные методы испытаний свойств битума 75
2.2. Вязкостные свойства битумов 81
2.2.1. Напряжение сдвига 89
2.2.2. Динамическая вязкость 96
2.3. Адгезионные свойства битума 102
2.4. Полярные свойства битума 107
2.5. Показатели парамагнитных свойств Л13
2.6. Многокритериальная постановка задачи 121
Выводы по главе 2 123
3. Разработка базы данных экспериментальных исследований по оценке влияния ультразвуковой обработки на свойства битума 124
3.1. Анализ семантических свойств и структуризации данных по испытаниям битума 129
3.2. Семантическое моделирование данных 139
3.3. Категорная модель данных УЗ-обработки битума 145
3.3.1. Категорная модель и организация данных 145
3.3.2. Учет индивидуальных семантических свойств данных в доменно-ориентированной организации данных 152
3.3.3. Таблицы базы данных ультразвуковой обработки битума 156
3.4. Оценка семантических свойств доменов для обеспечении целостности 168
Выводы по главе 3 174
4. Апробация результатов анализа влияния ультразвуковой обработки на свойства битума 176
4.1. Анализ основных показателей свойств битума 176
4.2. Способы реализации предлагаемой системы на АБЗ 184
4.3. Разработка системы автоматического регулирования вязкости битума 186
4.4. Оценка экономической эффективности внедрения УЗ обработки 191
Выводы по главе 4 221
Заключение 212
Литература 214
Приложение. Акты внедрения результатов работы 224
- Основные узлы ультразвукового оборудования
- Стандартные методы испытаний свойств битума
- Анализ семантических свойств и структуризации данных по испытаниям битума
- Анализ основных показателей свойств битума
Введение к работе
По данным Росавтодора, общая протяжённость дорожной сети России составляет 122 000 км. На сегодняшний день, существует программа развития дорожной? сети в России, в. соответствие с которой, к 2010 г. предполагается построить и реконструировать 3,7 тыс. км федеральных автомобильных дорог. Протяженность федеральных и территориальных дорог высших (1= и II) категорий увеличить до 35 8; тыс. КМ; Долю5 федеральных дорог с превышением нормативной загрузки снизить с 26,1% в 2000 г. до 25%.
Исправная-работа дороги на 50% зависит от качества-асфальтобетона, ведь этот слойї замыкающий,, принимающий на себя осадки,, перепады; температур, колоссальные транспортные нагрузки. А. интенсивность. движения; в наши, дни очень высокая; По этому, вопрос качествам асфальтобетона;стоит очень остро:
Если выпустить асфальтобетон; с недостаточным содержанием битума, то- влага будет попадать в, поры. При четырех градусах мороза вода, расширяясь, разорвет асфальтобетон. Ш на следующий год это проявится; выкрашиванием. Нередко можно наблюдать аналогичный брак и в результате использования плохого битума. Некачественный битум; снижает показатель сцепления вяжущего с поверхностью каменных материалов, т.е. вяжущее перестает выполнять основную возложенную на него функцию - склеивать. зерна; А его низкотемпературные свойства не «вписывающиеся» в стандартные, поспособствуют образованию трещин на; покрытии. Между температурой хрупкости битума, при которой он теряет все свои эластичные свойства, и стойкостью асфальтобетона к растрескиванию существует прямая связь. •
Исходя из выше сказанного представленная работа имеет своей целью найти методические подходы к снижению вероятности использования при приготовлении асфальтобетонных смесей битумов низкого качества, дабы в итого увеличить долговечность асфальтобетонных покрытий.. Целью работы; является совершенствование технологии производства асфальтобетонных смесей за счет автоматизации проведения; испытаний и анализа результатов по оценке влияния УЗ-обработки на свойства битума. Вїсоответствии с поставленной в диссертации;цельюфешаются:задачи: анализ; производственных процессов- изготовления асфальтобетонных смесей; анализ; экспериментальных, аналитических т экспертных зависимостей по оценке влияния УЗ-обработки на свойства битума;
анализ и систематизация структур: данных по оценке влияния УЗ-обработки на свойства битума;
разработка; инструментальной среды, статистического анализа; функциональных взаимосвязей между характеристиками битума;
разработка базы данных экспериментальных исследований- по; оценке влиянижУЗ-обработки: нахвойства битума;
разработка методики выбора способов установки- ультразвукового оборудования;
программно-моделирующий комплекс обработки? и- анализа результатов экспериментов по оценке влияния УЗ-обработки битума;
оценка экономической эффективности- внедрения УЗ-обработки; битума при производстве асфальтобетонных смесей;
Научную новизну работы составляет методы и модели автоматизации; анализа и обработки экспериментальных данных испытаний свойств битума для выбора технологических режимов УЗ-обработки.
В первой главе диссертации проведен анализ основных проблем оценки характеристических свойств битума, а также анализ; результатов; Российских и зарубежных научных школ, которые также занимаются проблематикой-влияния на битум.
. Изучению физических фазовых и структурных превращений в битумах уделялось до недавнего времени; гораздо меньше внимания, чем химическим превращениям. Это обусловлено чрезвычайной1 сложностью химического состава и полимолекулярностью битумов, изменяющимися в широких пределах в зависимости от природы битумного сырья и технологии его переработки, что вызывает множественность превращений структуры битумов.
Из-за сложности состава не удается выделить с достаточной чистотой отдельные компоненты битумов, поэтому выделяют три основные группы: асфальтены, смолы, высокомолекулярные углеводороды (масла), свойства которых наиболее подробно описаны в работах акад. С.Р.Сергиенко, А.С.Колбановской, Д.А.Розенталя, Р.Б.Гуна, З.И.Сюняева, Ю.В.Поконовой и др. Кроме того, если речь идет о кристаллических надмолекулярных структурах, то их разновидности и совершенство определяются многочисленными параметрами, в том числе температурой, временем, концентрацией, которые рассмотрены в работах Д.О.Гольдберга, С.Э.Крейна, П.Эткинса и др.
Проведен анализ статистических методов на предмет применимости к решению проблем моделирования влияния УЗ на характеристики битума. В диссертации используется вся совокупность статистических методов, включив их в контур автоматизированной системы поддержки принятия решений по управлению технологическими режимами выпуска битума и асфальтобетонной смеси.
Поскольку одной из основных проблем является оценка значимости влияния УЗ-обработки, а этот показатель является качественным, то для статистически значимых выводов необходимо использование дисперсионного анализа.
Оценка одновременного влияния таких факторов как мощность УЗ-установки, время обработки, температурный режим на отдельные показатели, такие как полярные свойства битумов, диэлектрическую проницаемость, вязкость и другие, определяет необходимость использования классических моделей множественной линейной и нелинейной регрессии. Поскольку количество факторов и показателей, которые используется при- поддержке принятия решений по выбору технологических режимов обработки весьма существенно, стоит проблема выделения значимых факторов и определения общностей. Объединяя показатели в отдельные связанные группы, необходимо использование факторного анализа.
Во второй главе излагаются принципы формирования структур данных для решения задачи интеграции отдельных экспериментальных зависимостей по оценке влияния УЗ-обработки.
Однако все модели экспериментальных данных представлены в различном виде, что- диктует решение двух задач: структуризации данных табличного вида в единую форму и, по возможности, в реляционную модель; разработки единой схемы вычисления параметров регрессионных, дисперсионных, факторных и других моделей.
Для- исследования влияния- УЗ-обработки на вязкостные свойства битумов на пластовискозиметре ПВР-2 в работе был проведен эксперимент, принцип работы которого основан на определении крутящего момента при постоянной скорости вращения, одной из измерительных поверхностей в рабочем узле, состоящем из двух коаксиальных цилиндров;
В третьей главе диссертации рассматриваются вопросы включения в систему автоматизации базовых моделей для оценки влияния УЗ обработки.
В диссертации, проведен анализ отдельных экспериментальных зависимостей оценки влияния УЗ-обработки.
Проведенный в диссертации анализ структур данных (полученных лично автором и другими исследователями) показал, что имеется возможность интеграции нескольких таблиц в одну с целью более глубокой и всесторонней обработки сведенных в общую структуру данных. Кроме того структурированные данные возможно дополнять новыми таблицами, что ставит задачу создания интегрированной базы данных различных экспериментальных, экспертных и аналитических зависимостей, которые будут являться результатами новых экспериментов. В четвертой главе проведена апробация разработанных методов и моделей, а также показана экономическая эффективность использования УЗ обработки битума в процессе производства асфальтобетонных смесей.
Приведено описание программной реализации методики расчета режимов управления технологическими процессами обработки битума в системе «GOTA».
Инструментальные средства гибридной среды позволяют формировать алгоритмическую структуру программных приложений за счет задания переходов между приложениями по условиям его завершения с использованием стандартизованного интерфейса, что и создает пользовательский сценарий. Все механизмы направлены, на оперативное создание методик, имея типовой, отработанный набор универсальных приложений.
Кроме механизмов создания сценариев в диссертации разработана модель структуризации сценариев, которая позволяет реализовать синхронизацию приложений.
В ходе лабораторных исследований определялись, вначале основные показатели свойств исходного необработанного битума, а затем эти показатели определялись после воздействия на него ультразвука.
Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов определяется корректным использованием современных математических методов и моделей; согласованностью результатов1 аналитических и имитационных моделей процессов. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения, совпадением статистических данных и данных полученных теоретически.
Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ряде промышленных предприятий, а также используются при организации учебного процесса в МАДИ (ГТУ). Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение:
• на научно-методических конференциях МАДИ(ГТУ) (2006-2009г.г.);
• на заседании кафедры АСУ МАДИ(ГТУ).
Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований в области автоматизации технологических процессов приготовления асфальтобетонных смесей при ультразвуковой обработке битумов в условиях конкуренции составляет актуальное научное направление.
Материалы диссертации отражены в 5 печатных работах.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 223 страницах машинописного текста, содержит 103 рисунка, 55 таблиц, список литературы из 113 наименований и приложения.
Основные узлы ультразвукового оборудования
Асфальтены являются продуктами конденсации смол. Конденсация может происходить как с участием атомов серы и кислорода, так и без-них [18—20]. (После испарения растворителя из раствора смолы в бензине при комнатной температуре и затем при повторном-растворении смолы BS бензине часть- ее остается нерастворенной [19].) На образование асфальтенов из нефтяных смол указывает также и то, чтопри хранении некоторых смол при полной изоляции от воздуха содержание асфальтенов заметно возрастает [20].
Использование в исследованиях современных методов анализа (ЯМР; ИМР, ИК-спектроскопии, электронной микроскопии, рентгенодифракционного) позволило» обнаружить особенности структур асфальтенов и надмолекулярных образований из них и представить их как полициклическую конденсированную сложную систему, преимущественно ароматическую, являющуюся продуктом конденсации двух — трех и более олигомерных молекул, изредка связанных гетероциклическими- и карбоциклическими нафтеновыми звеньями [21]. В периферийной части конденсированной, полициклической системы, а иногда и в. изолированных кольцах, часть водорода замещена на» метальные группы и относительно короткие (С2—С4) алифатические цепочки. В состав заместителей входит основная? часть гетероатомов и различных функциональных групп. Т. Иен считает [22], что асфальтены состоят из двумерных систем конденсированных ароматических колец вперемешку с короткими-алифатическими цепями и систем конденсированных нафтеновых колец. Эти ароматические системы имеют тенденцию образовывать пачки отдельно ароматических и нафтеновых упорядоченных графитоподобных слоев, окруженных неупорядоченными зигзагообразными цепями насыщенных углеводородов.
В исследованиях, выполненных в ЛТИ им. Ленсовета, получен ряд сведений о надмолекулярных образованиях асфальтенов. В частности, было установлено [23,24], что структура асфальтенов характеризуется хорошо организованными полициклическими системами — двумерными дискообразными слоями (гроздьями). Полиядерные пластины ассоциируются в кристал-лоподобные образования (пачки), состоящие из 5—6 слоев. Сделано предположение, что нафтеновые и ароматические структуры составляют достаточно компактную единую полициклическую систему, являющуюся основным структурным блоком молекул асфальтенов. О наличии в асфальтенах структур, близких к кристаллическим, сообщается и в ряде других работ [15, 25— 28]. Однако о надмолекулярной структуре асфальтенов в. битумах по приведенным сведениям судить сложно, что обусловлено в первую очередь растворением асфальтенов в битумах. Кроме того, если речь идет о кристаллических надмолекулярных структурах, то их разновидности и совершенство определяются многочисленными параметрами, в том числе температурой, временем, концентрацией [21,29,30].
Смолы служат сырьем для образования асфальтенов, с одной стороны, а с другой — они пластифицируют молекулы асфальтенов и, обладая хорошей растворимостью в нефтяных углеводородах, способствуют образованию относительно стабильной системы асфальтены — смолы — масла. Молекулы смол являются структурными блоками, из которых в результате реакций дегидрогенизации и конденсации, с отщеплением Н2, Н20; H2S, NH3 , образуются молекулы асфальтенов.
Основными отличиями смол от асфальтенов являются их меньшая молекулярная масса (500—1200), меньшее содержание гетероатомов, несколько меньшее соотношение С : Н (0,7—0,9). Смолы состоят из более разветвленных, чем асфальтены, молекул. Молекулярно-массовое распределение смол гораздо шире,- чем асфальтенов, их можно разделить на более однородные по своему строению- группы. Содержание полярных кислородсодержащих групп (гидроксильной и карбонильной), а также некоторых других функциональных групп» в- смолах обеспечивает им поверхностную активность. В зависимости, от концентрации асфальтенові и температуры смолы в битумах могут находиться как в дисперсной-фазе, так и в дисперсионной.среде системы [20, 31—33]. Из-за.большой разветвленности молекул упорядоченные структуры в смолах не образуются.
Масляные компоненты битумов являются наиболее изученными. Масла являются дисперсионной средой битума, их растворяющая способность определяется химическим составом; в частности г соотношением- парафино-нафтеновых и ароматических углеводородов и, в некоторой степени, молекулярной, массой [34]. Соотношение С:Н в. высокомолекулярных углеводородах находится в пределах 0,66—0,7 [35].
В самих углеводородах также образуются различные надмолекулярные структуры. Это особенно сильно проявляется в аномалии зависимостей вязкостей. смесей углеводородов; содержащих парафиновые углеводороды, от скорости сдвига [36, 37]. Обычно аномалия - вязкости масел появляется вблизи температуры, помутнения, когда из масла начинают выделяться твердые парафиновые углеводороды. Добавка небольшого количества парафина (до 1%).к маслу придает ему при достаточно низкой температуре все свойства коллоидной дисперсной системы — структурную вязкость, тиксотропию, статическую упругость сдвига [36, 38; 39]. Аномалия- вязкости и формирование коллоидной структуры проявляются в «большей мере у более вязких масел. Обычно дисперсную фазу в. маслах при определенных температурах образуют нафтеновые и парафино-нафтеновые ароматические углеводороды с боковыми цепями парафинового ряда [36; 39]. Как правило, это частицы и сетка из кристаллов названных углеводородов. Присутствие асфаль-то-смолистых компонентов в маслах значительно влияет на характер образующихся в углеводородах дисперсных структур [21, 35, 36]. Введением добавок-депрессаторов. можно- регулировать распределение размеров структурных единиц в углеводородах и создавать системы- с требуемыми свойствами и кинетической устойчивостью [21, 40].
Таким образом, в каждом из структурных компонентов- битумов в зависимости от концентрации, температуры и времени их формирования образуются различные надмолекулярные структуры. Причем в структурах из асфальтенов, смол и масел в", некоторых случаях возможны образования аморфные И подобные кристаллическим. В битумах, содержащих в различных соотношениях асфальтены, смолы ш масла, формирование надмолекулярных структур в образующихся фазах происходит по закономерностям, совершенно отличным от аддитивных.
Стандартные методы испытаний свойств битума
С целью повышения устойчивости битумной пленки, обволакивающей зерна щебня, применяются поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые разделяются на ионогенные и неионогенные. Ионогенные ПАВ, в свою очередь, подразделяются на два типа: катионоактивные и анионоактивные [89, 39].
ПАВ" оказывают определенное воздействие на процессы формирования структуры асфальтобетона, интенсивность которого зависит от егс химического состава [8, 59, 101, 27, 30, 39, 32]. Анионоактивные ПАВ типа железных мыл повышают вязкость битумов всех типов структуры и интенсифицируют процессы, старения, оказывая структурирующее воздействие на битум. Однако добавки веществ класса аминов, наоборот, замедляют старение битума коагуляционного типа.
Исследования. И. В: Королева [87-89] показали, что применение небольшого количества ПАВ, снижая поверхностное натяжение минерального материала, резко увеличивает адгезию- битума к нему, улучшает условия смачивания и облегчает перемешивание, при этом закономерно снижается расход битума.
В. А. Золотарев [62, 67] обращает внимание на факт, что некоторые ПАВ теряют функциональные свойства при» высоких технологических температурах подготовки битума- и асфальтобетона, что может также привести к ускорению процесса старения вяжущего и асфальтобетона. Урьев. Н.Б. [53], в связи с этим, рекомендует приподборе ПАВ проводить оценку их термостабильности.
Старение вяжущего - это процесс, который, отрицательно влияет на свойства асфальтобетона. Происходит он во время технологической подготовки к применению органических вяжущих материалов- при производстве асфальтобетона, а затем в процессе эксплуатации дорог. При этом наступает изменение состава и. химической структуры вяжущего, а затем повышение твердости и хрупкости [11, 49; 96, 97, 98, 9А\ 44, 45]і
Старение вяжущего происходит в два этапа. Первый - технологический, связанный с подготовкой и применением вяжущего во время производства асфальтобетонной смеси, ее транспортированием и» использованием при строительстве асфальтобетонного слоя. Вяжущее находится тогда непродолжительное время под воздействием повышенной температуры и кислорода воздуха. Происходит процесс карбонизациивяжущего, что ведет к повышению вязкости и хрупкости вяжущего. Исследования F. S. Choquet [85] показывают, что при повышении температуры на 10С интенсивность полимеризации повышается практически, в два раза. Наступает испарение легких компонентов вяжущего. На процесс старения вяжущего влияет также адсорбция» его компонентов минеральными материалами, вызывающая нарушение структуры вяжущего.
Второй-этап старения вяжущего происходит в процессе эксплуатации. дорожных покрытий. В г этих условиях тонкие пленки вяжущего на поверхности минеральных материалов подвергаютсЯі воздействию воды, света, тепла, радиации, резким перепадам температур, охлаждению, разрушению под действием гнилостных микроорганизмов и усталости под действием механических нагрузок.
Исследованиями I. Gawel и М. Kalabinska [94] доказано, что во время технологического (первого) этапа происходит более интенсивный процесс старения вяжущего, чем во втором этапе.
Старение вяжущего определяется изменением его основных показателей, т.е. глубины проникания иглы, температуры! размягчения, температуры хрупкости, растяжимости и вязкости [4, 98, 23, 38, 55, 83, 85].
Исследования процесса старения вяжущего направлены на определение изменений его свойств, которые происходят под действием факторов, имитирующих эксплуатационные условия, т.е. тепла, кислорода воздуха, воды, переменного замораживания и оттаивания [82].
В лабораторных условиях технологическое старение моделируется путем повышения температуры, уменьшения толщины слоя вяжущего, повышения циркуляции- воздуха, увеличения окисленной поверхности вяжущего и влияния повышенного давления.
Одним из наиболее известных методов исследования старения вяжущего является метод TFOT (Thin Film Oven Test). Европейский стандарт EN-12591 рекомендует метод RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test). В процессе исследования наступает лучший контакт между вяжущим и воздухом. Это приводит к сокращению времени анализа. Исследования показали [94], что имеет место хорошая корреляция между результатами оценки старения с помощью известных методов и реальным технологическим старением вяжущего.
При реализации в США программы SHRP разработан новый метод изучения старения вяжущего PAV (Pressure Ageing Vessel), который объединяет технологический и эксплуатационный процессы старения. Процесс старения происходит под влиянием большего давления на вяжущее. Многие исследователи [94, 92] высказывают мнение, что принятые условия исследований слишком, суровы и не вполне соответствуют условиям-реального процесса старения битума.
И1. И. Леонович [97, 98] обращает особое внимание на необходимость замедления процесса старения» битума и асфальтобетона. С целью уменьшения отрицательных последствий старения необходимо применять минеральные или органические добавки, играющие роль «антистарителя», который должен замедлить или прекратить этот процесс. Однако подбор таких добавок весьма сложный и затруднительный. Уменьшению отрицательного влияния старения на свойства битума, и приготовленного на нем асфальтобетона посвящены также работы других исследователей [72, 56, 66, 28, 29, 48, 61]. Учитывая, что снижение интенсивности процесса старения вяжущего и асфальтобетона является весьма важной проблемой с учетом обеспечения работоспособности асфальтобетона, она до сих пор не решена и остается актуальной.
Как указано выше, особое влияние на свойства битумаіи, следовательно? получаемого на его основе асфальтобетона; имеют химические- и минеральные добавки различных видов. В процессе модифицирования битума наступает изменение его структурно-механических и химических свойств; что- приводит к интенсификации взаимодействия его с минеральными материалами, применяемыми в асфальтобетоне.
Анализ семантических свойств и структуризации данных по испытаниям битума
Ультразвуковой реактор, способен работать с широчайшим- спектром сред, в том числе с термолобильных, химически, агрессивных и требующих биологической чистоты. Возможности конструкции позволяют вести экспресс измерения» различных технологических параметров, например, концентрации, степени» гомогенизации, видео- визуального наблюдения за протекающими в реакторе микропроцессами.
Ультразвуковой химический реактор Лаборатории1 акустических процессов и аппаратов Бийского технологического института
Ультразвуковой химический реактор содержит закрепленный в корпусе пьезоэлектрический преобразователь, выполненный в виде последовательно размещенных и акустически связанных между собой тыльной частотно-понижающей накладки, кольцевых пьезоэлектрических элементов. и частотно-понижающей концентрирующей накладки,, соединенный и акустически связанный с выступающей из корпуса частью частотно-понижающей концентрирующей накладки рабочий инструмент, на конце которого имеются рабочее окончание и технологический объем с патрубками ввода-вывода обрабатываемых сред, соединенный, с корпусом преобразователя-и расположенный-относительно него так, что выступающая из- корпуса часть частотно-понижающей концентрирующей накладки и рабочий, инструмент размещены, в корпусе технологического объема. Тыльная частотно-понижающая накладка и кольцевые пьезоэлектрические элементы-размещены на выполненной виде соединительного стержнячасти частотно-понижающей концентрирующей-накладки, размер соединительного стержня выбран таким образом, что он выступает из тыльной- накладки на длину, соответствующую четверти длины волны ультразвуковых колебаний на рабочей, частоте- преобразователя, в соединительном стержне и концентрирующей накладке выполнены три канала: центральный сквозной канал, имеющий конусное выходное отверстие в рабочем окончании инструмента; и симметрично относительно него два канала, соединенные одной стороной с закрепленным на соединительном стержне патрубком/ а второй имеющие выход на-5 поверхность выступающей из корпуса части концентрирующей накладки на участке, соответствующем минимуму амплитудьг колебаний преобразователя , корпус технологического объема, выполнен в виде двух последовательно установленных и-осесимметрично размещенных объемов, разделенных з вукопрозрачной,мембраной.
Выполнение ультразвукового химического реактора в виде пьезоэлектрического преобразователя с тремя сквозными каналами и, двух технологических объемов, разделенных звукопрозрачной мембраной, обеспечило повышение эффективности реактора за счет введения газа в область, максимального ультразвукового воздействия перед излучающей поверхностью, охлаждение преобразователя в процессе эксплуатации, расширение функциональных возможностей реактора за. счет исключения контакта обрабатываемой жидкой среды с материалом рабочего инструмента, обеспечение проточного режима, возможности осуществления реакций с газовыми составляющими.
План экспериментального имитационного моделирования представляет собой метод получения с помощью эксперимента необходимой! информации и основной-его целью является наиболее глубокое изучение моделируемой системы-при наименьших затратах. С этой целью необходимо планировать и? проектировать не только саму модель, но и процесс ее использования. Планирование экспериментов выгодно в двух отношениях: — позволяет уменьшить число необходимых экспериментов и тем самым повысить их экономичность, а это весьма существенно, когда стоимость экспериментов высока; — служит структурной основой процесса исследований. В зависимости от конкретных целей эксперимента для. анализа его результатов могут потребоваться различные методы. Наиболее широко распространены следующие типы экспериментов: — определение важности учета.или значимости влияний-факторов и ограничений на анализируемые показатели качества транспортировки и погрузки; — отыскание оптимальных значений факторов; — поиск срытых взаимосвязей между всеми показателями функционирования строительной организации. В работе [45] проводится системный анализ методов планирования с целью выбора оптимальных, настроек. Работы- по планированию эксперимента сводятся к следующей последовательности: — определение критерия планирования эксперимента; — синтез экспериментальной модели; — сравнение полученной модель с существующими моделями со стандартными планами и выбор оптимального плана. Следуяі предложенному Бэрти методу процесс построения плана разбивается на,три этапа: — построение структурной модели; — построение функциональной модели; — построение экспериментальной модели: Вид экспериментальной- модели определяется должным образом критериями планирования. Необходимо рассмотреть следующее: — число варьируемых факторов. — число уровней квантования каждого фактора. — необходимое число изменений переменной отклика. — Структурная модель характеризуется: — числом факторов; — числом уровней для каждого фактора.
Анализ основных показателей свойств битума
Если теперь к парамагнитному центру приложить электромагнитное поле с частотой v, перпендикулярное Во, то оно будет вызывать магнитные дипольные переходы, подчиняющиеся, правилу отбора AM = 1. При совпадении энергии электронного перехода с энергией электромагнитной волны будет происходить резонансное поглощение СВЧ излучения. Таким образом;. условие резонанса определяются фундаментальным соотношением магнитного резонанса:
Поглощение энергии СВЧ поля наблюдается-в том случае, если между уровнями существует разность заселённостей.
При тепловом равновесии существует небольшая разность заселённостей- зеемановских уровней, определяемая больцмановским1 распределением N + / N- = exp(gpB0/kT). В такой системе при возбуждении переходов очень быстро должно наступить равенство заселённостей энергетических подуровней и исчезнуть поглощение СВЧ поля. Однако, в действительности существует много различных механизмов взаимодействия, в результате которых электрон безизлучательно переходит в первоначальное состояние. Эффект неизменности интенсивности поглощения при увеличении мощности возникает за счёт электронов, не успевающих релаксировать, и. называется насыщением. Насыщение . появляется при высокой мощности СВЧ излучения и может заметно исказить результаты измерения концентрации центров методом ЭПР.
Метод ЭПР даёт уникальную информацию о парамагнитных центрах. Он однозначно различает примесные ионы, изоморфно входящие в.решётку от микровключений. При этом получается полная информация о данном ионе в кристалле: валентность, координация локальная симметрия, гибридизация электронов, сколько и в какие структурные положения электронов входит, ориентирование осей кристаллического поля в месте расположения этого иона, полная характеристика кристаллического поля и детальные сведения-, о химической связи. И, что» очень важно, метод позволяет определить концентрацию парамагнитных центров в областях кристалла с разной структурой.
Но спектр ЭПР это не только характеристика иона в кристалле, но и самого кристалла,, особенностей распределения электронной плотности, кристаллического поля, ионности-ковалентности в кристалле и- наконец просто диагностическая характеристика минерала, так. как каждый ион в. каждом минерале имеет свои, уникальные параметры. В этом случае парамагнитный центр является своеобразным зондом, дающим спектроскопические и структурные характеристики своего микроокружения ..
Это свойство используется в. так называемом методе спиновых меток и зондов, основанный на введении стабильного- парамагнитного центра в исследуемую систему. Bv качестве такого парамагнитного- центра, как. правило, используют нитроксильный радикал, характеризующийся" анизотропными g и А тензорами.
Существует два основных типа спектрометров, основанных на непрерывномш импульсном воздействии на образец:
В- спектрометрах непрерывного излучения обычно регистрируется не линия резонансного8поглощения,.а производнаяотойшинии. Это связано, во-первых, с большей чёткостью проявления отдельных линий: в сложных спектрах, во-вторых, с техническими, удобствами регистрации первой производной. Резонансному значению магнитного поля отвечает пересечение первой производной с нулевой- линией, ширина линии, измеряется- между точками максимума и минимума.
Из приведенного выше уравнения, следует, что резонансное поглощение СВЧ энергии может произойти либо при изменении длины волны либо при изменении і напряжённость магнитного поля: Спектры ЭПР обычно. регистрируются при постоянной частоте СВЧ излучения при изменении магнитного поля. Это обусловлено специфичностью элементов СВЧ техники, характеризующиеся узкой полосой пропускания. Для увеличения чувствительности метода используют высокочастотную модуляцию магнитного поля В0, при этом фиксируется1 производная спектра поглощения. Диапазон регистрации ЭПР определяется частотой v или длиной волны h СВЧ излучения при соответствующей напряженности магнитного поля Во.
Наиболее часто эксперименты проводятся в Х- и в Q-диапазонах ЭПР. Это обусловлено тем, что волноводные СВЧ тракты приборов с такими частотами регистрации изготавливались из разработанной к тому времени элементной базы радиолокационной техники. Магнитное поле в таких ЭПР спектрометрах создается электромагнитом. Возможности метода существенно расширяются при переходе в более высокочастотные диапазоны СВЧ. Можно отметить следующие преимущества миллиметровой ЭПР спектроскопии: 1. Основным преимуществом ЭПР спектроскопии миллиметрового диапазона является высокое спектральное разрешение по g-фактору, пропорциональное частоте регистрации v или напряженности внешнего. магнитного поля В0. 2. При v 35 ГГц насыщение парамагнитных центров достигается при меньшем значении СВЧ поляризующеего поля из-за экспоненциальной зависимости числа возбужденных спинов от частоты» регистрации. Этот эффект успешно используется при исследовании релаксации и динамики-парамагнитных центров. 3. В высоких магнитных полях существенно уменьшается кросс-релаксация парамагнитных центров, что позволяет получать более полную и точную информацию об исследуемой системе.
Похожие диссертации на Автоматизация технологических процессов производства асфальтобетонных смесей при ультразвуковой обработке битума
