Как найти поверхность аппарата

Определение площади поверхности аппарата

рис. 2. Схема сушильного аппарата.

Площадь аппарата
складывается из площадей геометрических
фигур:

S_апп=S_цил+S_{усеч.кон}+S_{верх.кон}
+S_{нижн.кон}(20)

а)
цилиндрическая часть аппарата –
пространство под газораспределительной
решеткой – имеет боковую площадь, равную
(R– радиус цилиндра,L– его высота,D– диаметр)

S_цил= 2RL=DL= 3.14 · 1870 · 1870 = 11.0·10⁶мм²;

б)
усеченный конус – пространство над
газораспределительной решеткой (R₁,R₂– радиусы,
соответственно, нижнего и верхнего
оснований;L– длина
боковой стороны):

R₁= 935 мм;R₂= 935 + 3720·tg15 = 1932 мм;L= 3720 /cos15 = 3851 мм

S_{усеч.кон}=(R₁+R₂)L= 3.14·(935 + 1932)·3851 = 34.70·10⁶мм²;

в

рис. 3. Упрощенная схема крышек для
расчета габаритов сушильного аппарата.

) верхние и нижние конические части.
Так как размеры штуцеров намного меньше
размеров самих крышек, будем считать
крышки коническими поверхностями. Тогда
при радиусе основания верхнего конусаR_верх= 1932
мм и длине стороныL=R_верх/sin60 = 1932 /sin60
= 2231 мм, площадь поверхности верхнего
конуса составит

S_{верх.кон}=R_верх·(R_верх+L)
= 3.14 · 1932 · (1932 + 3851) = 35.10·10⁶мм²;

А при
радиусе нижнего конуса R_нижн= 935 мм и длине стороныL=R_нижн/sin60 =
= 935 /sin60
= 1080 мм, площадь поверхности нижнего
конуса будет равна

S_{нижн.кон}=R_нижн·(R_нижн+L)
= 3.14 · 935 · (935 + 1080) = 5.92·10⁶мм².

Таким образом, сложив все полученные
площади геометрических фигур, найдем
общую площадь поверхности аппарата:

S_апп=
11.0·10⁶+ 34.70·10⁶+ 35.10·10⁶+ 5.92·10⁶86.72·10⁶мм²= 86.72 м².

Определение потерь тепла в окружающую среду

Итак, зная общую площадь поверхности
аппарата S_апп
и коэффициент теплоотдачи,
определим потери тепла в окружающую
среду по формуле:

Расчет процесса реальной сушки

В основе технологического расчета и
построения в диаграмме I–xпроцесса в реальной
сушилке лежит расчет параметра сушки:

.

q_M– удельные потери тепла с уходящим
(высушенным) материалом, которые можно
определить по формуле

,

где t‘,t”
– начальная и конечная температуры
равные, соответственно, 20.3^оС и
50^оС;С_М”–
теплоемкость сухого материала, по
справочным данным [Error: Reference source not found]С_М”= 0.631 кДж/(кг·град);С_в– теплоемкость воды,С_в= 4.19 кДж/кг.

G₂=G₁–W= 8000 – 683.42 = 7316.58
кг/ч = 2.03 кг/с.

Таким образом,

Удельные потери тепла в окружающую
среду q_окр:

Откуда,

Отрицательное значение параметра сушки
говорит о том, что подвод теплоты в
сушильной камере недостаточен для
компенсации суммы теплопотерь. Тогда
процесс сушки идет с понижением энтальпии.
Компенсация теплопотерь осуществляется
путем увеличения расхода сушильного
агента (воздуха). Т.е. новое рассчитанное
значение расхода сушильного агента
должно превышать его значение при
идеальном процессе сушки.

Расход сушильного агента для реального
процесса сушки рассчитывается аналогично
идеальному процессу:

,x₁=x₀= 0.01 кгВл. / кгАСВ.

Необходимо определить влагосодержание
x₂. Его определяют
из уравнения

Зададимся x= 0.03
(выбираем произвольное значениеx>x₁), тогда знаяI₁= 172 кДж/кг (расчет приведен в разделе
идеальной сушки), можем посчитать
значениеI:

Воспользовавшись диаграммой Рамзина
в координатах I–x,
определим параметры для значения
влагосодержания в точке 2:x₂= 0.042 кгВл/кгАСВ,I₂= 160 кДж/кгАСВ. Тогда расход сушильного
агента составит

.

Полученное значение расхода в условиях
реальной сушки, как мы и предполагали,
получилось немного больше соответствующего
значения в условиях идеальной сушки.
Рассчитаем в процентах отличие вычислений
при идеальном и реальном процессе сушки:

Тогда, зная условный удельный объем
воздуха V_у= 0.86 м³/кг (см. идеальную сушку),
найдем

Соседние файлы в предмете Процессы и аппараты химической технологии

• #
• #
• #
• #
• #

  04.01.201713.39 Mб78справочники химика.djvu

• #
• #

Библиографическое описание:

Шилко, И. И. Расчет характерной площади космического аппарата / И. И. Шилко. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2011. — № 8 (31). — Т. 1. — С. 90-92. — URL: https://moluch.ru/archive/31/3584/ (дата обращения: 18.05.2023).

Объяснена необходимость расчета характерной
площади. Сформулирована методика расчета характерно площади. Описан
ход создания модели поверхности современного космического аппарата.
Представлены алгоритмы ускорения вычислительного процесса
и результаты их применения.

Ключевые слова: характерная площадь, модель
поверхности, коэффициент отражения, элементарная площадка,
затенение, ускорение вычислительного процесса, постоянная характерная
площадь.

Спутниковые
радионавигационные системы, наряду с системами мобильной связи, стали
неотъемлемой частью человеческой деятельности. Технологии
спутникового координатно-временного обеспечения используются в
различных технических системах, быту, науке и образовании. Важность
проблем глобального координатно-временного обеспечения регулярно
подчеркивается руководством России.

Российская спутниковая
радионавигационная система ГЛОНАСС обеспечивает высокую точность и
надежность навигационного обеспечения подвижных объектов и позволяет
круглосуточно обслуживать неограниченное количество потребителей в
глобальном масштабе. К настоящему времени потенциальные возможности
спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС, в которой заложены
научные идеи конца 70-х годов начала 80-х годов прошлого века,
практически исчерпаны. В то же время, требования предъявляемые
пользователями к точности навигационных определений постоянно растут.
В системном проекте на модернизацию системы ГЛОНАСС одним из
направлений увеличения точности навигационно-временных определений и
повышения эффективности использования системы ГЛОНАСС является
совершенствование учета давления, оказываемого на поверхность
космического аппарата(КА) тепловым полем Земли, а так же прямым и
отраженным от Земли солнечным светом[1]. Одним из этапов такого
совершенствования является повышение точности расчета характерной
площади КА.

Характерная площадь – реальная
площадь проекции КА (умноженная на коэффициенты отражения
незатененных элементов) на плоскость, перпендикулярную заданному
направлению. Характерная площадь является одним из основных
компонентов влияющих на точность учета ускоряющих возмущений
вызванных тепловым полем Земли, прямым и отраженным от Земли
солнечным светом.

Во время движения КА по орбите ориентация его корпуса относительно
Солнца и солнечных батарей относительно Земли постоянно меняется. КА
имеет сложную конструкцию, имеющую ряд подвижных элементов. Внешняя
поверхность включает множество элементов с различными формами и
коэффициентами отражения. В связи с чем, определение характерной
площади становится сложной задачей[2].

Для расчета характерной площади КА была
разработана методика. Её суть состоит в том, что все видимые элементы
КА представляются как совокупность элементарных поверхностей. Каждая
элементарная поверхность должна состоять из материалов с одним
коэффициентом отражения. Поверхности подбираются таким образом, чтобы
описание было наиболее точным. После того, как КА разделен на
элементарные поверхности, каждая из них разбивается на элементарные
площадки. Определяется размер элементарной площадки, их количество
для каждой элементарной поверхности, координаты её центра и площадь.
Количество площадок, на которые предполагается разбить элементарную
поверхность, определяется заранее, исходя из принципа, чем меньше
площадка, тем выше точность расчетов, но больше его время. После
разбиения КА на элементарные площадки задается направление
воздействия на КА. Каждая элементарная площадка проверяется на
затенение всеми элементарными поверхностями согласно данному
направлению. После чего определяется площадь проекции на плоскость
перпендикулярную направлению падения света каждой не затененной
площадки. Полученное значение площади умножается на соответствующий
коэффициент отражения и суммируются. Вычисленное значение характерной
площади используется для определения воздействий со всех требуемых
направлений, с учетом затенения Землей и Луной.

Для реализации данной методики разработан
программный комплекс (ПК).

Разбиение производится на основе модели внешней поверхности КА
созданной в системе автоматизированного проектирования CATIA
(Computer Aided
Three–dimensional
Interactive Application)[3]. В
модели поверхности обозначается точка центра масс КА, относительно
которой установлена система координат и производятся сборка и
измерения всех элементов модели. Разработка модели поверхности
производится в натуральную величину.

Для наиболее точного описания КА ГЛОНАСС-М
были выбраны следующие типы поверхностей: прямоугольник, треугольник,
цилиндр (с пустыми основаниями), часть цилиндра (с пустыми
основаниями), конус (с пустым основанием), усеченный конус (с пустыми
основаниями), окружность, часть окружности, сфера, часть сферы (с
пустым основанием), кольцо, часть кольца. Используемая модель КА
включает около 1500 поверхностей различного типа. Для проведения
расчетов исходные данные (ИД) каждой поверхности необходимо загрузить
в ПК. Для их формирования используются средства системы CATIA.
КА ГЛОНАСС-М имеет больше 10 модификаций, для каждой из которых
создана своя модель поверхности и сформирован массив ИД.

Кроме получения ИД для расчетов, модель
поверхности применяется для проверки и отладки ПК. Система CATIA
позволяет проверить значение площади проекции для любого направления
воздействиях[3]. С помощью модуля Drawing строится проекция для
заданного направления воздействия и измеряется её площадь, рисунок.

Рисунок – проекция КА

Для определения
характерной площади каждая элементарная площадка проверяется на
затенение всеми поверхностями согласно вычисленному направлению
воздействия. Для затененной площадки ставится соответственный
признак, и она больше не проверяется с текущего направления. Далее
находится проекция каждой незатененной площадки на плоскость,
перпендикулярную вектору воздействия, и определяется площадь этой
проекции, которая при необходимости представляется в графическом
виде.

Для повышения точности расчета характерной
площади необходимо уменьшить размер элементарных площадок, на
которые разбивается модель поверхности КА. Это увеличивает время
необходимое для проведения расчетов. При размере элементарной
площадки 25мм²
модель поверхности КА разбивается на 6млн. площадок. При этом время
единичного расчета (для одного направления) на ПВМ Intel(R)
Core2
Duo
CPU
E4500
2.2 Ггц, с операционной системой Microsoft
Windows
XP
составляет 3 мин, 24 сек. Интервал повторяемости для каждого из 24 КА
группировки ГЛОНАСС составляет 8 суток[1]. Для каждого аппарат с
дискретностью 5 мин необходимо учесть воздействие с 3х направлений.
При такой скорости единичного расчета для проведения необходимых
вычислений может потребоваться 9815 часа или 408 дней. В связи с этим
возникла необходимость произвести ускорение ПК.

Средствами операционной системы с
использованиями пакетов Microsoft Visual C++ 6.0 и Microsoft Visual
C++ 2005, для определения самых используемых частей ПК был произведен
анализ[4]. Для этого в код ПК были добавлены компоненты позволяющие
определить время работы любой из частей ПК. В результате анализа
было установлено, что самыми нагруженными являются функции проверки
затенения. В связи с чем, основные изменения и дополнения, включающие
доработку алгоритмов расчета и программного кода, добавление новых
компонентов, применения более скоростной персональной вычислительной
машины и использования языка программирования Assembler
производились для операций проверки затенения.

Перед началом основной проверки проводится
этап предварительного затенения. Положение всех поверхностей
проверяется относительно вектора воздействия. Поверхности, не видимые
с данного направления, считаются полностью затененными и в дальнейших
расчетах не используются.

Перед началом основной
процедуры затенения производится проверка взаимного расположения
поверхностей. Проверяется взаимное расположение предположительно
затеняемой и затеняющей поверхностей. Если предположительно
затеняемая поверхность находится перед затеняющей, или их проекции на
плоскость, перпендикулярную вектору воздействия, не пересекаются, то
все принадлежащие затеняемой поверхности элементарные площадки не
проверяются на затенение.

Для прямого солнечного
света характерная площадь БС будет постоянна. Для учета теплового
поля Земли постоянной будет площадь всей поверхности КА(кроме БС).
При проведении множественных расчетов эти площади рассчитывается
только первый раз.

Для анализа применения
алгоритмов ускорения вычислительного процесса был произведен
контрольный вариант расчетов. Расчеты проводились для одного НКА на
8 сутках(интервал повторяемости) с дискретностью 10 мин. Результаты
анализа представлены в таблице.

Таблица – Результаты применения
алгоритмов ускорения

Как видно из таблицы
совместное применение алгоритмов ускорения позволяет ускорить
вычислительный процесс приблизительно в 16 раз. Алгоритмы ускорения
позволяют использовать при расчетах элементарную площадку размером
100мм² вместо
2500мм², затратив
при этом практически одно и тоже время. Это позволило снизить
погрешность определения характерной площади с 2.2м²
до 0.1м².

Литература:

1. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС/ В. А.
   Болдин, В. И. Зубинский, Ю. Г. Зурабов. – М.: ИПРЖР, 1998.-400с.

2. Жданюк, Б.Ф. Основы статистической обработки траекторных
   измерений/Б.Ф. Жданюк.-М.: Сов. радио, 1978.-384с.

3. Assemble Design / Dassult Systemes 2002г.
   105с.

4. Язык СИ++/ В. В. Подбедльский. Финансы и
   статистика 2002г. – 560с.

Рабочая поверхность – аппарат

Cтраница 1

Рабочая поверхность аппарата, например поверхность фильтрации или поверхность теплообмена, является одним из важнейших показателей, характеризующих совершенство аппарата.
 [1]

Рц – рабочая поверхность аппарата, найденная при тепловом расчете.
 [2]

Из уравнения (1.3) находят рабочую поверхность аппарата, обеспечивающую процесс при всех остальных заданных величинах, входящих в уравнение.
 [3]

Из уравнения (1.3) находят рабочую поверхность аппарата, обеспечивающую протекание процесса при всех остальных заданных величинах, входящих в уравнение.
 [4]

Из расчета видно, что общая рабочая поверхность аппарата увеличилась вследствие уменьшения скорости масла.
 [5]

В зависимости от характера движения уплотняющих рабочих поверхностей аппаратов различают следующие виды гидравлических аппаратов: вентили, клапаны и краны.
 [6]

После нанесения первого слоя покрытия на все рабочие поверхности аппарата полимер оплавляют.
 [7]

Выделяющиеся в процессе концентрирования фосфорной кислоты осадки вызывают инкрустацию рабочих поверхностей аппаратов и коммуникаций, что приводит к резкому снижению производительности выпарных установок.
 [8]

Расчет движущей силы из принятых условных схем взаимодействия потоков приводит, как правило, к погрешностям в определении рабочей поверхности аппарата.
 [10]

При увеличении частоты вращения вала эффективность аппаратов возрастает, что свидетельствует об интенсификации процесса в месте удара струй о рабочую поверхность аппарата. В целом эти аппараты более эффективны, чем чисто пленочные, но менее эффективны, чем аппараты с шарнирными скребками.
 [12]

Методика ВИОК встречает ряд возражений, поскольку испытанию подвергается измельченный материал, тогда как в эксплуатационных условиях с агрессивной средой соприкасается только рабочая поверхность аппарата.
 [13]

Экономически наиболее эффективны одноконтурные системы с непосредственным охлаждением циркулирующей среды в АВО, которые позволяют отводить теплоту более – высокого температурного потенциала и сократить потребную рабочую поверхность аппаратов.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3