tify">     При конвективной сушке физическая сущность процесса сводится к удалению влаги из материала за счет разности парциальных давлений над материалом  и в окружающей среде . Процесс сушки происходит при условии, что  при равенстве парциальных давлений  наступает состояние равновесия и процесс сушки прекращается. При этом в материале установится влажность, называемая равновесной. Если сушить материал до влажности ниже равновесной, то неизбежно наступит состояние, при котором , и материал начнет увлажняться. Этот процесс называют сорбцией. Обычно сушку ведут до равновесной влажности.

     При сушке удаление влаги с поверхности связано с диффузией влаги изнутри материала к поверхности. Эти два процесса должны находится в строгом соответствии, в противном случае возможно пересыхание, коробление поверхности материала и ухудшение его качества.

     Таким образом, при конвективной сушке влага перемещается к поверхности за счет градиента влажности, градиент температуры несколько тормозит процесс. За счет разности температур на поверхности и внутри материала происходит движение влаги внутрь, в направлении снижения температуры.

     Равновесная влажность, а следовательно протекание процесса сушки зависят от свойств  высушиваемого материала, характера  связи с ним влаги и параметров окружающей среды. Связь влаги с  материалом может быть механической, физико-химической и химической.

     Влажному  материалу присущи все формы  связи с водой, и очень трудно разграничить периоды сушки, соответствующие  различным видам связи молекул  воды с молекулами вещества. Поэтому  экспериментальным путем строят изотермы сорбции при постоянной температуре. Изотермы сорбции позволяют установить связь между влажностью материала и относительной влажностью воздуха, а также определить равновесную влажность при сушке.

     

     Сушка происходит в газообразной среде (воздух, топочные газы, перегретый пар), которая  путем конвекции передает теплоту древесине. Для нагревания и циркуляции сушильного агента камеры снабжают нагревательными и циркуляционными устройствами. Воздух, нагретый при помощи калориферов до температуры, соответствующей фазе сушки циркулирует в сушильной камере и нагревает материалы. Избыток влаги начинает испаряться с поверхности. Процесс продолжается до тех пор, пока уровень влажности заготовки не достигнет требуемого. Влажность воздуха в камере должна быть на 3 - 5%% больше влажности материала. Чтобы избежать пересушивания поверхности, в материал вводится несколько датчиков влажности, которые постоянно передают информацию об уровне влажности.

     1.4 Описание конструкции и режима работы сушильной установки.

     Конструкция сушильной камеры может включать в себя:

1. Вентиляторы
2. Калориферы
3. Систему пароувлажнения
4. Системы приточно- вытяжной вентиляции

 

     Проектируется конвективная сушильная, имеет следующий цикл работы:

     Через специальные клапаны установка  закачивает воздух из окружающей среды, затем нагревает его до требуемой температуры, далее открывается верхняя крышка  и в камеру помещается изделие, происходит его сушка, затем высушенное изделие извлекают, и установка охлаждается.

     Задачей проектирования является автоматизированный поиск оптимальных режимных и  технологических параметров, при которых сушка будет наиболее эффективной. Так же задача проектирования включает в себя подбор дополнительно оборудования (вентиляторы, калориферы) с необходимыми для данного процесса техническими  характеристиками (мощность, расход в единицу времени и т.д.). 

    2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 

       Для создания САПР  установки для  конвективной сушки металлических  изделий требуется  решить следующие  задачи:

     1)Разработать структурную схему  подсистемы САПР, отражающую состав технического, программного, математического, информационного и методического обеспечения, необходимого для реализации процесса проектирования.

     2)Разработать функциональную схему  подсистемы САПР, отражающую последовательность  процесса проектирования.

     3)Разработать математическое обеспечение САПР:  математическую

модель  процесса сушки металлических изделий  конвективным методом,   а также задачу оптимизации режимных и конструкционных параметров установки сушки;

     4)Разработать состав программного обеспечения для реализации этапов проектирования на ЭВМ. При этом необходимо программно реализовать алгоритмы решения математической модели и задачи оптимизации.

     5)Разработать  структуру информационного обеспечения  подсистемы САПР.

    6)Разработать состав комплекса  технических средств с учетом  требований предъявляемых к техническому  обеспечению.

     3. ОПИСАНИЕ ОБЕСПЕЧЕНИЙ САПР

3.1 Информационное обеспечение.

     Информационное  обеспечение САПР – это совокупность единой системы классификации и кодирования, системы показателей и информационных языков, унифицированных систем документации и массивов информации, совокупность первичных и производных данных, а также совокупность правил и методов организации, представления, накопления хранения, обновления и контроля информации, обеспечивающих эффективное использование информации в САПР. Информационное обеспечения предназначено для организации, использования (получения), хранения и поддержания в актуальном и корректном состоянии всех сведений (данных), необходимых для процесса проектирования. Его основной функцией является представление всем категориям пользователей и приложений необходимой информации в требуемых количествах, формах и сроках.

     Наибольшее  распространение получила реляционная  модель, вследствие простой формы представления данных и развитому теоретическому аппарату, позволяющему легко описывать различные преобразования над ними. Основу реляционной модели составляет совокупность данных, сформированных в виде таблицы. Такая форма представления информации привычна для специалиста, пользующегося различной справочной литературой, поэтому в данной САПР  используется именно реляционная модель БД.

     Для нормального функционирования САПР необходимо наличие следующих баз  данных:

     -БД  "Типы оборудования".

     -БД  "Параметры установки".

     -БД "Готовые проекты".

Рассмотрим состав каждой из них:

          База данных «Типы оборудования» включает в себя 2 таблицы: «Типы оборудования. Модели калориферов», «Типы оборудования. Модели вентиляторов»,

      Первая  таблица содержит информацию о моделях калориферов, площади живого сечения, коэффициенте теплопередачи, поверхности нагрева, сопротивлению по воздуху и номинальной мощности.

      Вторая  таблица содержит информацию о типах вентиляторов, расходе воздуха и полном давлении.

      База  данных «Параметры установки» содержит  в себе 3 таблицы: «Начальные параметры установки», «Характеристики материалов» и «Типовые геометрические размеры конструкции».

      Первая  таблица содержит информацию о расходе  воздуха, материале детали, номинальной мощности и геометрических размерах.

      Вторая  таблица содержит информацию о наименовании материала и плотности.

      Третья  таблица содержит информацию о наименовании типа, длины стороны основания  и высоты.

      База  данных «Готовые проекты» содержит одну таблицу «Готовые проекты». В данной таблице хранятся не только адреса файлов с отчетами, но и некоторые ключевые параметры, по которым отчет может быть найден и предоставлен для просмотра пользователю. Ключевыми параметрами являются расход воздуха, номинальная мощность, а также материал детали.

      Все базы данных выделены в информационную подсистему. Чтобы не строить сложную  систему запросов, было принято решение  при начале работы с САПР сразу  же загружать все БД и делать их доступными для всех подсистем. Таким же образом и сохраняются все изменения, вносимые по ходу работы САПР в БД. То есть изменения сначала формируются и хранятся подсистемами, а затем при завершении работы информационная подсистема на их основе корректирует сами БД. 

     Даталогическая  модель БД расположена в графическом  приложении.

БД создана  в приложении MS Excel 2007, что делает её доступной для просмотра пользовалей и прямого редактирования. Среда разработки Borland C++ Builder 6 и приложение MS Excel были связаны с помощью технологии  OLE-сервера.

3.2 Математическое обеспечение.      

3.2.1 Общие сведения.

     Математическое  обеспечение включает в себя математические модели, методы и алгоритмы, служащие для описания свойств объектов проектирования и необходимые для решения задач автоматизированного проектирования, которые реализуются в программном обеспечении САПР. Компоненты математического обеспечения чрезвычайно разнообразны. Среди них имеются инвариантные элементы – принципы построения функциональных моделей, методы численного решения алгебраических и дифференциальных уравнений, постановки задач оптимизации, поиски экстремума. Разработка математического обеспечения является одним из самых сложных этапов создания САПР, от которого в наибольшей степени зависят производительность и эффективность функционирования САПР в целом. 

     5.1 Описание математического обеспечения

     5.1.1 Постановка задачи оптимизации

       Общая схема установки представлена в приложении Г. Установка состоит из сушильной камеры и циркуляционного контура теплоносителя. В камеру помещается деталь, требующая сушения. Циркуляционный контур состоит  из калорифера и вентиляционной установки, соединенных воздуховодом.  Здесь в качестве объекта проектирования  выступает термодинамическая система , к которой из вне подводится энергия в виде тепловой энергии водяного пара и электроэнергии на вентиляционную установку.

      Задача оптимизации заключается в том, чтобы найти такие численные значения  длины стороны основания а сушильной камеры и её высоту h, при которых длительность процесса t_пр будет минимальной, при заданной номинальной мощности.

    Составим  для нёё массовый и тепловой балансы. Баланс масс по воздуху будет иметь  вид (1):

                                             (1) 

     Где G -  расход воздуху, k*G – поток воздуха, проходящий через байпас, (1-k)*G – поток воздуха, проходящий через камеру.

Баланс тепла  в сушильной камере  за время Dt будет состоять из нескольких компонентов:

(2)

тепло входящего  воздуха;

(3) 

тепло выходящего воздуха;

(4)

тепло, идущее на нагрев тела;

(5)

тепло на нагрев воздуха в камере.

     Где С_B – теплоемкость воздуха, M_B – масса воздуха в сушильной камере, S – площадь поверхности детали, a - коэффициент теплопередачи от воздуха к телу, t_Г(t) – температура на выходе обогревателя, t_С(t) – температура в камере, t_Т(t) – температура тела.

Таким образом, подвод тепла за время t  от воздуха в камере  будет иметь вид (6):