Раздел 4. Гидродинамические модели структуры потоков в аппаратах

Тема 4.1 .Математическое моделирование

Тепловых процессов

Лекция 13 (2 часа).

Методы исследования гидродинамической структуры потоков в аппаратах непрерывного действия.

Модель потока идеального вытеснения.

Модель потока идеального перемешивания.

Однопараметрическая диффузионная модель. Критерий Пекле.

Ячеечная модель. Определение числа ячеек.

Модель теплообменного аппарата «смешение – вытеснение».

Лекция 14 (2 часа).

Модель теплообменного аппарата «смешение – смешение».

Ячеечная модель теплообменного аппарата.

Однопараметрическая модель теплообменного аппарата.

Раздел 5. Оптимизация технологических процессов и идентификация математических моделей

Лекция 15 (2 часа).

Проблема оптимизации и краткая характеристика методов. Роль оптимизации в решении задач повышения эффективности и качества. Критерий оптимизации. Технико-экономические и технологические критерии. Типовые задачи оптимизации.

Общая постановка задач оптимизации. Критерий оптимизации.

Поиск экстремума критерия оптимизации.

Оптимизация проектирования емкостного оборудования.

Лекция 16 (2 часа).

Оптимизация теплообменных аппаратов. Постановка задачи и выбор критерия оптимизации.

Оптимизация теплообменника «смешение – смешение».

Оптимизация теплообменника « смешение – вытеснение».

Лекция 17 (2 часа).

Оптимизация на основе экспериментально-статистических моделей. Постановки задачи.

Метод крутого восхождения (метод Бокса-Уилсона).

Симплексный метод оптимизации.

Самостоятельная работа студента

Раздел 1. Введение. Методологические принципы

Математического моделирования

Тема 1.1. Введение. Содержание курса

Самостоятельная работа студентов (2 часа).

Проработка лекционного материала.

Методические рекомендации.

Тема изучается на основе лекционного материала. Основная задача темы − обосновать место курса в вопросах изучения процессов и аппаратов пищевых производств.

Тема 1.2. Методологические принципы математического

Моделирования

Самостоятельная работа студентов (3 часа).

Проработка лекционного материала и работа с [2] и [3].

Методические рекомендации.

Тема изучается по лекционному материалу и [1, 2, 3].

Основная задача − научить студентов основам моделирования и пользоваться возможностями MathCAD.

Раздел 2. Экспериментально-статистические модели

Тема 2.1. Введение. Математическое описание модели

Самостоятельная работа студентов (4 часа).

Изучение лекционного материала и соответствующих разделов в [3].

Методические рекомендации.

Тема изучается по лекционному материалу и [1].

Раздел 3. Математическое моделирования

в пищевой инженерии

Тема 3.1. Введение. Общее уравнение массоэнергопереноса

Самостоятельная работа студентов (2 часа).

Изучение лекционного материала и соответствующих разделов в [3].

Методические рекомендации.

Тема изучается по лекционному материалу и [1].

Тема 3.2 .Математическое моделирование

тепловых процессов

Самостоятельная работа студентов (2 часа).

Изучение лекционного материала.

Методические рекомендации.

Основная задача − научить приемам моделирования тепловых процессов.

Тема 3.3. Математическое моделирование

массообменных процессов

Самостоятельная работа студентов (8 часов).

Изучение лекционного материала.

Методические рекомендации.

Основная цель изучения темы − это математическое описание процессов массопередачи в системах с твердой фазой.

Обратить внимание на взаимосвязь гидромеханических и массообменных процессов.

Раздел 4. Гидродинамические модели структуры

потоков в аппаратах

Тема 4.1 .Математическое моделирование тепловых процессов

Самостоятельная работа студентов (4 часа.).

Изучение лекционного материала и подготовка к лабораторному занятию.

Методические рекомендации.

Тема изучается по лекционному материалу и [1].

Раздел 5. Оптимизация технологических процессов

и идентификация математических моделей

Самостоятельная работа студентов (6 часов).

Изучение лекционного материала.

Методические рекомендации.

Основная задача изучения материала − научить студента методам поиска экстремумов функций.

Цель изучения темы − показать влияние типа теплообменников на способ его математического описания и метод оптимизации.

Практические занятия

Тема 1.2. Методологические принципы математического

моделирования

Практическое занятие (2 часа).

Примеры расчетов типовых физических процессов пищевых производств. Построение моделей гидромеханических процессов.

Построение математической модели аппарата с перемешивающим устройством. Анализ результатов моделирования.

Тема 3.2. Математическое моделирование

тепловых процессов

Практическое занятие (2 часа).

Составление и анализ моделей теплообменников с учетом структуры потока в аппарате.

Тема 3.3. Математическое моделирование

массообменных процессов

Практическое занятие (2 часа).

Моделирование и анализ процесса экстрагирования как нестационарного процесса.

Раздел 5. Оптимизация технологических процессов

и идентификация математических моделей

Практическое занятие (2 часа).

Оптимизация проектирования технологического оборудования.

Лабораторные занятия

Раздел 1. Введение. Методологические принципы

математического моделирования

Тема 1.1. Введение. Содержание курса

Лабораторное занятие (2 часа).

Работа в компьютерном классе. Изучение структуры системы MathCAD.

Раздел 2. Экспериментально-статистические модели

Тема 2.1. Введение. Математическое описание модели

Лабораторное занятие (4 часа).

Моделирование процесса перемешивания методом полного факторного эксперимента.

Выбор факторов и переменных состояния объекта исследования. Предварительный эксперимент, построение и анализ модели. Построение модели объекта методом полного факторного эксперимента и ее анализ.

Раздел 3. Математическое моделирования

в пищевой инженерии

Тема 3.3. Математическое моделирование

массообменных процессов

Лабораторное занятие (2 часа).

Моделирование и анализ процесса растворения в аппарате с мешалкой.

Раздел 4. Гидродинамические модели структуры

потоков в аппаратах

Тема 4.1 .Математическое моделирование тепловых

процессов

Лабораторное занятие (4 часа).

Определение коэффициента продольного перемешивания импульсным методом.

Расчет теплообменного аппарата по различным моделям, сравнение и анализ результатов расчета.

Раздел 5. Оптимизация технологических процессов

и идентификация математических моделей

Лабораторное занятие (5 часов).

Моделирование и оптимизации тепловых процессов на основе экспериментально-статистических моделей. Оптимизация проектирования теплообменников различного типа.

Перечень экзаменационных вопросов

1. Основные методы моделирования. Традукция. Классификация моделей.

2. Физическое моделирование. Этапы создания моделей.

3. Математическое моделирование. Технологический процесс – как система. Структурные и параметрические схемы. Параметры системы.

4. Общая схема моделирования при структурном подходе.

5. Особенности математических моделей и задач математического моделирования. Точность моделей, лимитирующие стадии процесса, прямые и обратные задачи, модели с распределенными и сосредоточенными параметрами.

6. Основные принципы создания модели на примере аппарата с интенсивно работающей мешалкой.

7. Математическая модель процесса нагрева жидкости в аппарате с мешалкой.

8. Экспериментально-статистические модели. Основные понятия.

9. Проверка воспроизводимости опытов. Критерий Кохрена.

10. Расчет погрешности эксперимента. Рандомизация.

11. Полный факторный эксперимент. Основные определения.

12. Матрица планирования эксперимента. Расчет коэффициентов регрессии.

13. Анализ уравнения регрессии. Значимость коэффициентов регрессии, проверка адекватности уравнения регрессии.

14. Общее уравнение массоэнергопереноса (уравнение Умова).

15. Начальные и граничные условия к уравнениям переноса.

16. Градиентные законы переноса. Примеры законов переноса.

17. Общее уравнение переноса теплоты. Перенос теплоты в твердом теле.

18. Уравнения конвективного переноса массы. Критерии Пекле, Прандтля и Фурье – диффузионные.

19. Массопередача в системах с твердой фазой. Уравнения массопроводности. Критерии Био и Фурье.

20. Определение лимитирующей стадии процесса массопередачи.

21. Метод послойной обработки для твердой пористой частицы. Расчет времени процесса.

22. Модель процесса массопередачи в системах с твердой фазой для диффузной области. Расчет времени процесса.

23. Методы исследования гидродинамической структуры потоков в аппаратах непрерывного действия.

24. Модель потока идеального вытеснения.

25. Модель потока идеального перемешивания.

26. Однопараметрическая диффузионная модель. Критерий Пекле.

27. Ячеечная модель. Определение числа ячеек.

28. Модель теплообменного аппарата «смешение – вытеснение».

29. Модель теплообменного аппарата «смешение – смешение».

30. Ячеечная модель теплообменного аппарата

31. Однопараметрическая модель теплообменного аппарата.

32. Общая постановка задач оптимизации. Критерий оптимизации.

33. Поиск экстремума критерия оптимизации.

34. Оптимизация проектирования емкостного оборудования.

35. Оптимизация теплообменных аппаратов. Постановка задачи и выбор критерия оптимизации.

36. Оптимизация теплообменника «смешение – смешение».

37. Оптимизация теплообменника « смешение – вытеснение».

38. Оптимизация на основе экспериментально-статистических моделей. Постановки задачи.

39. Метод крутого восхождения (метод Бокса-Уилсона).

40. Симплексный метод оптимизации.