2.10. Составление технической документации по второму этапу.

Для завершения этапа машинной реализации модели необходимо составить техническую документацию, содержащую: а) логическую схему модели и ее описание; б) адекватную схему программы и принятые обозначения; в) полный текст программы; г) перечень входных и выходных величин с пояснениями; д) инструкцию по работе с программой; е) оценку затрат машинного времени на моделирование с указанием требуемых ресурсов ЭВМ.

Основные определения экспериментально статистических методов математического моделирования

В тех случаях, когда информации о рассматриваемом процессе недостаточно или процесс настолько сложен, что невозможно составить его детерминированную модель, прибегают к экспериментально-статистическим методам. Процесс при этом рассматривают как «черный ящик». Различают пассивный и активный эксперимент.

Пассивный эксперимент является традиционным методом, когда ставится большая серия опытов с поочередным варьированием каждой из переменных; к пассивному эксперименту относится также сбор исходного статистического материала в режим нормальной эксплуатации на промышленном объекте. Обработка опытных данных в этом случае для получения математической модели проводится методами классического регрессионного и корреляционного анализа.

Активный эксперимент ставится по заранее составленному плану (планирование эксперимента), при этом предусматривается одновременное изменение всех параметров, влияющих на процесс, что позволяет сразу установить силу взаимодействия параметров и поэтому сократить общее число опытов.

Типовые модели структуры потоков в аппаратах химической технологии.

Модель идеального смешения.

Модель, идеального смешения соответствует аппарату, в котором поступающее в него вещество мгновенно распределяется по всему объему аппарата. Концентрация вещества в любой точке аппарата равна концентрации на выходе из него.

Отметим, что модель идеального смешения отличается значительной простотой. Вместе с тем в ряде случаев ее применение вполне обосновано. Это в первую очередь относится к интенсивно перемешиваемым аппаратам с отражательными перегородками (аппараты с мешалками, цилиндрические аппараты со сферическим дном, в условиях больших скоростей перемешивания и т. д.).

Модель идеального вытеснения.

В основе модели идеального вытеснения лежит допущение о поршневом течении без перемешивания вдоль потока при равномерном распределении вещества в направлении, перпендикулярном движению. Время пребывания всех частиц в системе одинаково и равно отношению объема системы к объемному расходу жидкости.

Такой поток, например, имеет место в трубчатом аппарате при турбулентном режиме течения жидкости через него. В этом случае профиль скоростей можно считать равномерным, т.е. считать одинаковым время пребывания отдельных элементов потока.

Отметим, что модели идеального вытеснения в первом приближении соответствуют процессы, протекающие в трубчатых аппаратах при большом отношении длины трубы к диаметру.

Диффузионные модели.

Однопараметрическая диффузионная модель предполагает, что поток движется в режиме идеального вытеснения, но в нем происходит продольное перемешивание.

Ячеечная модель.

В этом случае аппарат состоит из ряда последовательно соединенных ячеек, через которые проходит поток вещества. При этом в каждой ячейке осуществляется идеальное перемешивание; между ячейками отсутствует обратное перемешивание. Параметром ячеечной модели, количественно характеризующим продольное перемешивание, служит число ячеек полного перемешивания N. С увеличением N структура потока приближается к модели полного вытеснения, а с уменьшением N— к модели идеального смешения.

Ориентировочные области применения различных моделей структуры потоков в аппарате

Наименование модели	Области применения
Модель идеального вытеснения	Трубчатые аппараты с отношением длины к диаметру свыше 20
Модель идеального перемешивания	Цилиндрические аппараты со сферическим дном в условиях интенсивного перемешивания с отражательными перегородками; барботажные аппараты с близкими размерами диаметра и высоты в условиях интенсивного барботажа
Ячеечная модель	Каскады реакторов с мешалками; тарельчатые колонны; аппараты с псевдоожиженными слоями; насадочные колонны
Рециркуляционная модель	Тарельчатые, секционированные насадочные аппараты, где наблюдается заброс вещества в сторону, противоположную направлению основного потока (например, пульсационные колонные аппараты)
Диффузионная модель	Трубчатые аппараты; аппараты колонного типа с насадкой и без насадки при осевом рассеивании вещества