Введение к работе
-
Актуальность-работы. Современный уровень развития энергосберегающих
технологий и теплотехники предъявляет повышенные требования к методам из
мерений теплофизических свойств (ТФС) счточки зрения их универсальности,
быстродействия и точности получаемых результатов. В данном случае под уни
версальностью мы понимаем возможность исследования комплекса ТФС различ
ных материалов: дисперсных, влагонасыщенных и мелкодисперсных сыпучих
сред. "- ''
Методы теплофизического контроля основаны на косвенных измерениях, поэтому точность и достоверность определения ТФС во многом обусловливаются тем, насколько математическая модель адекватна реальным тепловым процессам, происходящим в процессе измерения ТФС. В связи с этим поиск реальных параметров измерительных устройств и режимов тепйЬфизнческого эксперимента, обеспечивающих определение ТФС различных материалов'с наименьшей методической погрешностью, является важной'зайачёй. '"' :;
Перед нами была поставлена задача-контроля ТФС плоских образцов не
большой толщины или слоя сыпучего материала. -; :'- ,:
Измерительные устройства для исследования теплофизических свойств плоских образцов твердых" и дисперсных материалов, в основном, базируются на модели, которая предусматривает создание на внешних границах постоянной температуры, что вызывает необходимость использования для этой цели термостатов (обычно жидкостных). Применение' таких термостатов- оправдано в лабораторных условиях, где можно использовать громоздкое стационарное оборудование, но для промышленных условий контроль' ТФС требует использования автономных мобильных измерительных устройств и систем. Поэтому важной проблемой, решаемой в данной диссертационной работе, является создание мобильного измерительного устройств|а1,'на внешних границах которого применяются специальные блоки, поддерживающие адиабатические условия,1 что достаточно просто реализуется па современном уровне развития микропроцессорной и компьютерной техники, а также вполне оправдано с точки зрения экономии энергии.
Таким образов; приобретает актуальность разработка более эффективных и '-энергетически экономных методов контроля ТФС различных материалов и создание на их базе измерительных устройств, работающих в составе автоматизированной системы научных исследований (АСНИ), в свою очередь' обеспечивающей оперативность получаемых результатов и повышение их информативности. '
Диссертационная работа выполнена в соответствии с координационным 'планом работ Научного совета РАН по комплексной проблеме "Теплофизика и теплоэнергетика" на 1993 - 2000 гг.; в соответствии с межвузовской отраслевой научно-технической программой "Ресурсосберегающие технологий в машиностроении", тема 8/96; а также в соответствии с госбюджетной тематикой Роскомвуза РФ "Развитиёй совершенствование математического, программного, информационного їг технического обеспечения автоматизированной системы научных исследований и проектирования процессов тепло- и массопереноса", тема 4Г-96.
Предмет исследования. Математические модели, методы и реализующие их
автоматизированные системы и установки для теплофизического контроля пло
ских образцов дисперсных материалов, результаты экспериментальных исследо
ваний. .... и
Цель работы. Разработка эффективных теплофизических методов и измерительных устройств в составе АСНИ, максимально использующих экспериментальную информацию и обеспечивающих определение комплекса ТФС плоских образцов дисперсных материалов с наименьшей погрешностью. Для достижения поставленной цели необходимо:
-на'основе математических моделей нестационарного теплопереноса разра
ботать комплексные методы контроля, ТФС плоских образцов дисперсных мате
риалов; . ; . . .
- разработать и изготовить измерительные устррйства, работающие в составе
единой АСНИ и позволяющие реализовать на практике разработанные методы;
создать методику выбора реальных и .оптимальных параметров измерительных устройств и режимов теплофизического, | эксперимента, позволяющих определять ТФС материалов с минимальной методической цогрешностью, но при этом повысить быстродействие и точность измерения исходной экспериментальной информации; ,;; .'.'.
разработать метод анализа и учета влияния контактных термических сопротивлений измерительного устройства на результаты определения ТФС различных материалов; .....
- провести анализ и учет возможных источников погрешностей измерений
ТФС дисперсных материалов; ,
- осуществить апробацию результатов научно-исследовательской работы в
лабораторных и производственных условиях.
Научная новизна.
1 В области интегральных преобразований Далласа решены две краевые за
дачи теплопроводности для многослойных систем контактирующих пластин с
двумя видами различных граничных условий: постоянство температуры на проти
воположных границах системы или условия адиабатики на этих границах.
-
Разработаны и исследованы два метода контроля комплекса ТФС дисперсных материалов и реализующие их измерительные устройства,, позволяющие получить необходимый объем экспериментальных данных и управлять длительностью эксперимента. Предложенная в. этих:методах схема измерения температуры интегральными датчиками и их оптимальное расположение в измерительном устройстве обеспечивают требуемую и стабильную точность рпределения ТФС в широком диапазоне их изменения..
-
Разработана методика поиска реальных параметров измерительных устройств и режимов эксперимента, обеспечивающих адекватность реального процесса измерения ТФС его исходной идеализированной модели. Это позволяет, в свою очередь, определять ТФС с минимальной методической погрешностью.
4. Разработана методика экспериментального определения численных значити параметров преобразования Лапласа, обеспечивающих допустимую точность вычисления интегральных характеристик температуры и теплового потока
при значительном сокращении времени и объема экспериментальной информации, что обеспечивает оперативность проводимых измерений..
-
Разработана методика анализа и расчета контактных термических сопротивлений в реальных измерительных устройствах, позволяющая учитывать в расчетных зависимостях конструктивные неточности и погрешности.
-
Разработаны математическое, алгоритмическое и программное обеспечения АСНИ, позволяющие автоматизировать процесс измерения ТФС, повысить точность, объективность и быстродействие при обработке первичной измерительной информации. ,''-,.- .., ....".;
Практическая ценность..На основе разработанных методов рпроектирова-ны, созданы и апробированы два типа измерительных устройств в составе АСНИ, позволяющих контролировать ТФС различных материалов как в лабораторных, так и в промышленных условиях. Методика определения оптимальных условий теплофизическогр эксперимента дозволила^ создать измерительные устройства вполне конкретных геометрических размеров, выбрать необходимые эталонные образцы, определить места расположения датчиков и моменты измерения ими температуры. Конструкция измерительных устройств позводяет исследовать ТФС сыпучих и влагонасыщенных дисперсных материалов. -
Для обоих измерительных устройств разработаны методики проведения автоматизированного тешюфизического контроля, а также пакет программ, реализующий в составе измерительно-вычислительного комплекса,(ИВК) алгоритмы управления ходом эксперимента и алгоритмы расчета искомых ТФС.
Апробация работы. Основные результаты работы, докладывались на III научной конференции ТГТУ (Тамбов, 1996 г.), региональном межвузовском семинаре "Моделирование процессов тепло- и массообмена" (Воронеж, 1997 г.), III международной теплофизической школе (Тамбов, 1998 г.), IV и V научных конференциях ТГТУ (Тамбов, 1999, 2000 гг.), ХІП международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях" (С.-Петербург, 2000 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, подана заяяка на патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, за
ключения, списка литературы и приложений. Основная часть диссертации изло
жена на 179 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков и
7 таблиц. Список литературы включает 119 наименований. ,
