WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |

«Гатапова Н.Ц., Колиух А.Н., Орлова Н.В., Орлов А.Ю. ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ТЕХНИКИ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТА Учебное пособие УДК 66.011(075.8) ББК Л11-5я73 О-753 ...»

-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тамбовский государственный технический университет»

Гатапова Н.Ц., Колиух А.Н., Орлова Н.В., Орлов А.Ю.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ТЕХНИКИ

ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

И ЭКСПЕРИМЕНТА

Учебное пособие УДК 66.011(075.8) ББК Л11-5я73 О-753 Аттестовано Методическим советом университета (Протокол № 9 от 19 ноября 2013 г.) Рецензенты Доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «ТГТУ»

А.Г. Ткачев Кандидат технических наук начальник ЦЛО ОАО «Пигмент»

Л.Н. Чемерчев О-753 Основы теории и техники физического моделирования и эксперимента [Электронный ресурс]: учебное пособие / Н.Ц. Гатапова, А.Н. Колиух, Н.В. Орлова, А.Ю. Орлов. – Тамбов, 2014. – 77 с.

Изложены основы теории подобия, приведены виды и группы критериев, способы их получения, рассмотрена структура критериальных уравнений. Приведены примеры физического моделирования и эксперимента в технологических процессах и аппаратах. Даны основные сведения по оценке погрешностей экспериментальных исследований и методам планирования эксперимента.

Предназначено для магистрантов, обучающихся по направлению 241000 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, биотехнологии и нефтехимии».

.

УДК 66.011(075.8) ББК Л11-5я Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.

Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.

Федеральное государственное бюджетное © образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет»

(ФГБОУ ВПО «ТГТУ»),

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Основы физического моделирования

1.1 Основы теории подобия. Константы, инварианты, критерии подобия. Теоремы подобия

1.2 Структура критериальных уравнений. Виды критериев................ 1.3 Получение явного вида критериальных уравнений

1.4 Техника физического эксперимента и моделирования.

Примеры моделирования.

2. Теория и техника экспериментальных исследований

2.1 Эксперимент в инженерной практике

2.2 Классификация видов экспериментальных исследований............. 2.3 Погрешности результатов экспериментальных исследований...... 3. Методы планирования экспериментов. Логические основы................ 3.1. Основные определения и понятия

3.2. Пример «хорошего» и «плохого» эксперимента

3.3. Планирование первого порядка

3.3.1. Выбор основных факторов и их уровней

3.3.2. Планирование эксперимента

3.3.3. Определение коэффициентов уравнения регрессии............. 3.3.4. Статистический анализ результатов эксперимента.............. 3.3.5. Дробный факторный эксперимент

3.3.6. Разработка модели гидравлического режима четырехзонной печи

3.4. Планы второго порядка

3.4.1. Ортогональные планы второго порядка

3.4.2. Ротатабельные планы второго порядка

3.5. Планирование экспериментов при поиске оптимальных условий 3.5.1. Метод покоординатной оптимизации (Гаусса - Зейделя)..... 3.5.2. Метод крутого восхождения (Бокса-Уилсона)

3.5.3. Симплексный метод планирования

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Моделирование физическое – вид моделирования, который состоит в замене изучения некоторого объекта или явления экспериментальным исследованием его модели, имеющей ту же физическую природу.

В науке любой эксперимент, производимый для выявления тех или иных закономерностей изучаемого явления или для проверки правильности и границ применимости найденных теоретическим путём результатов, по существу представляет собою моделирование, т. к. объектом эксперимента является конкретная модель, обладающая необходимыми физическими свойствами, а в ходе эксперимента должны выполняться основные требования, предъявляемые к физической модели. В технике физическое моделирование используется при проектировании и сооружении различных объектов для определения на соответствующих моделях тех или иных свойств (характеристик) как объекта в целом, так и отдельных его частей. К физическому моделированию прибегают не только по экономическим соображениям, но и потому, что натурные испытания очень трудно или вообще невозможно осуществить, когда слишком велики (малы) размеры натурного объекта или значения других его характеристик (давления, температуры, скорости протекания процесса и т. п.).

В основе физического моделирования лежат теория подобия и анализ размерностей. Необходимыми условиями физического моделирования являются геометрическое подобие (подобие формы) и физическое подобие модели и натуры: в сходственные моменты времени и в сходственных точках пространства значения переменных величин, характеризующих явления для натуры, должны быть пропорциональны значениям тех же величин для модели. Наличие такой пропорциональности позволяет производить пересчёт экспериментальных результатов, получаемых для модели, на натуру путём умножения каждой из определяемых величин на постоянный для всех величин данной размерности множитель — коэффициент подобия.



Пособие предназначено для подготовки магистров по направлению 241000 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии».

1 ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

1.1 Основы теории подобия. Константы, инварианты, критерии подобия. 1, 2, 3-я теоремы подобия Изучение процессов с целью получения уравнений, необходимых для их анализа и расчета, можно проводить чисто теоретически. Это наиболее предпочтительный путь исследования; сводится к составлению (на основе самых общих законов физики и химии) и решению математических зависимостей, чаще всего дифференциальных уравнений, полностью описывающих процесс.

Дифференциальные уравнения описывают целый класс однородных по своей сущности явлений, и для выделения из него конкретного явления необходимо ограничивать указанные уравнения дополнительными условиями (условиями однозначности).

Условия однозначности включают: геометрические формы и размеры системы, например, аппарата, в котором протекает процесс, существенные для данного процесса физические константы участвующих в нем веществ, начальные условия, к числу которых относятся: начальная скорость, начальная температура, начальная концентрация и т.д., граничные условия, характеризующие состояние на границах системы, например, равенство нулю скорости жидкости у стенок трубы и т.д.

Таким образом, дифференциальные уравнения должны решаться в совокупности с условиями однозначности в установленных пределах.

Однако многие процессы характеризуются большим числом переменных и настолько сложны, что зачастую удается лишь дать математическую формулировку задачи и установить условия однозначности. Полученные дифференциальные уравнения не могут быть решены известными в математике методами. Более того, для очень сложных процессов даже нельзя составить систему дифференциальных уравнений, исчерпывающе описывающих процесс.

Теория подобия является учением о методах научного обобщения эксперимента. Она указывает, как надо ставить опыты и как обрабатывать их результаты, чтобы при проведении небольшого числа экспериментов иметь возможность обобщать опытные данные, получая единичные уравнения для всех подобных явлений. Применение теории подобия часто позволяет вместо дорогостоящих трудоемких опытов на промышленных установках выполнять исследования на моделях значительно меньшего размера. Иногда опыты можно проводить не с рабочими (иногда вредными и опасными) веществами и не в жестких условиях (высокие температуры, агрессивные среды) реального производственного процесса, а с другими (модельными) веществами в условиях, отличающихся от промышленных.

Таким образом, методы теории подобия лежат в основе масштабирования и моделирования процессов.

Один из основных принципов теории подобия заключается в выделении из класса явлений группы подобных явлений.

Подобными называют явления, для которых постоянны отношения характеризующих их сходственных величин.

Условия подобия рассмотрим на примере геометрического подобия.

Из геометрии известно, что из класса плоских фигур можно выделить группы подобных фигур, например, треугольников. Подобные фигуры отличаются только масштабом и получены одна из другой только умножением сходственных размеров одной из них на некоторый постоянный множитель.

Безразмерные масштабные множители, выражающие отношения однородных сходственных величин подобных фигур, называются константами подобия.

Кроме константы геометрического подобия l существуют константы временного подобия, подобие скоростей, подобие физических величин, µ, подобие начальных и граничных величин.

Перечисленные константы подобия, выражающие отношения одноименных величин в натуре и в модели, постоянны для различных сходственных точек подобных систем, но изменяются в зависимости от соотношения размеров натуры и модели.

Важным свойством констант подобия является следующее: входящее в них одноименные величины могут взаимно заменяться. Поэтому отношения приращений этих величин можно заменять отношениями самих величин.

Подобие потоков в натуре и модели можно охарактеризовать также с помощью инвариантов подобия, выражая все подобные величины в относительных единицах, т.е. в виде отношений сходственных величин в пределах каждой системы.

Величина i представляет собой инвариант скорости, а, например, il - инвариант подобия геометрических величин и т.д. Эти инварианты подобия, выраженные отношением двух однородных физических величин, называются параметрическими критериями или симплексами.

Однако инварианты подобия могут быть выражены также отношениями разнородных величин, т.е. представлять собой безразмерные комплексы этих величин. Например, для сходственных точек подобных потоков в трубопроводах равны инварианты подобия, состоящие из различных физических величин, или безразмерные комплексы – в данном случае критерии Рейнольдса.

Если инварианты подобия выражаются комплексами величин, полученными преобразованием дифференциальных уравнений, описывающих процесс, то их называют критериями подобия.

Критерии подобия всегда имеют физический смысл, являясь мерами соотношения между какими-то двумя эффектами (силами), существенными для данного процесса.

Критерии подобия обладают всеми свойствами инвариантов: они безразмерны, могут изменять свое значение от точки к точке данной системы, но для сходственных точек подобных систем не зависят от относительных размеров натуры и модели.

Критерии подобия могут быть получены для любого процесса, если известны аналитические зависимости между характеризующими его величинами – дифференциальные уравнения, описывающие процесс.

1-я теорема подобия. Заключается в утверждении, что если явления подобны то критерии составленные для этих явлений равны.

Например, подобие течений жидкости определяется критерием Re Т.е. необходимо обеспечить: Re = Re. В результате подобие будет определять отношение любых физических характеристик в сходственных точках в сходственные моменты времени ( f ( x i, i ) ). Любые физические характеристики будут пропорциональны и определяются через масштаб подобия аналогично простейшему геометрическому подобию.



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
 

Похожие работы:

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ А.Ф. Новиков, М.В. Успенская МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ ПО КУРСУ ХИМИИ Часть I Учебное пособие Санкт-Петербург 2010 2 УДК 546(075.8); 541.1(07) Новиков А.Ф., Успенская М.В., Методические указания к лабораторному практикуму по курсу химии. Часть I. Учебное пособие. – СПб: СПбГУИТМО, 2010 – 91...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Уральский государственный экономический университет ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ Методические указания к лабораторным работам для студентов товароведных и технологических специальностей УТВЕРЖДАЮ Первый проректор университета А.Т. Тертышный Екатеринбург 2004 СОДЕРЖАНИЕ 1. Ведение......................3 2. Лабораторная работа №1. Термохимия............4 1.1. Определение интегральной теплоты растворения соли........»

«Иркутский государственный технический университет Научно-техническая библиотека БЮЛЛЕТЕНЬ НОВЫХ ПОСТУПЛЕНИЙ Новые поступления литературы по общественным и социальным наукам 1 декабря 2013 г. – 31 декабря 2013 г. Военная наука. Военное дело 1) Юртушкин, Владимир Ильич.     Чрезвычайные ситуации: защита населения и территорий : учебное пособие для военных  кафедр, химических и химико-технологических вузов / В. И. Юртушкин. – 3-е изд., перераб. и ...»

«1 Н.И. Царев, В.И. Царев, И.Б. Катраков ПРАКТИЧЕСКАЯ ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ Учебно-методическое пособие для студентов химического факультета по спецкурсу Газохроматографические методы анализа Издательство Алтайского государственного университета Барнаул • 2000 2 БК 543 УДК 543.544.25 (07) Царев H.И., Царев В.И., Катраков И.Б. Практическая газовая хроматография: Учебно-методическое пособие для студентов химического факультета по спецкурсу Газохроматографические методы анализа. — Барнаул: Изд-во...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ А.А. Мордвинов, О.М. Корохонько ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДОБЫЧИ НЕФТИ И ГАЗА ДЛЯ ОПЕРАТОРОВ Часть 1 Учебное пособие Ухта 2006 УДК 622.276 (075.8) М79 Мордвинов, А.А. Теоретические основы добычи нефти и газа для операторов [Текст]: учеб. пособие: в 3 ч.; ч. 1 / А.А. Мордвинов, О.М. Корохонько. – Ухта: УГТУ, 2006. 159 с. ISBN 5-88179-404-4 Учебное пособие предназначено для подготовки и повышения квалификации...»

«Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Министерства здравоохранения Российской Федерации Кафедра фармакогнозии и ботаники Е. Г. Горячкина, Г. И. Бочарова ЭЛЕМЕНТЫ ЭКОЛОГИИ. ПРОБЛЕМЫ ВЫЖИВАНИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Учебное пособие Иркутск ИГМУ 2013 1 УДК615.322(075.8) ББК 52.821я73 Г33 Рекомендовано ЦКМС ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава России в качестве учебного пособия специальности...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра органической химии Г.И. Дерябина, И.А. Потапова, О.Н. Нечаева ПРАКТИКУМ ПО ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ Часть I МЕТОДЫ ОЧИСТКИ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Издательство Универс-групп 2005 Печатается по решению Редакционно-издательского совета Самарского государственного университета УДК 547: 54. ББК 24. Д...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО Тамбовский государственный технический университет А.С. КЛИНКОВ, П.С. БЕЛЯЕВ, В.К. СКУРАТОВ, М.В. СОКОЛОВ, В.Г. ОДНОЛЬКО УТИЛИЗАЦИЯ И ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТАРЫ И УПАКОВКИ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Допущено УМО по образованию в области полиграфии и книжного дела для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 261201.65 Технология и дизайн упаковочного производства Тамбов Издательство ТГТУ 2010 УДК 678.002.8(075)...»

«Министерство образования и науки РФ Федеральное агентство по образованию Иркутский государственный технический университет ХИМИЯ Методические указания к выполнению лабораторных работ Иркутск 2005 Химия. Методические указания к выполнению лабораторных работ. Составили: З.Н. Топшиноева, В.П. Зуева, А.Н. Волков, О.В. Лебедева. – Иркутск: 2005. - 32 с., ил. Практикум по химии предназначен для студентов 1 курса, обучающихся по техническим направлениям и специальностям. Включает описание девяти...»

«Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Химический факультет Кафедра аналитической химии С.В. Мугинова МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КУРСУ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ для студентов I-го курса факультета фундаментальной медицины МГУ Ответственный редактор профессор Т.Н. Шеховцова Москва-2007 г. Настоящее методическое пособие составлено в соответствии с программой дисциплины Аналитическая химия для студентов медицинских факультетов университетов и календарным планом учебных занятий по...»




 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.