,                               

.                                            

   Поле  общего давления внутри материала зависит  от свойств капиллярнопористого коллоидного тела. В частности, для металлических изделий из древесины может быть использовано уравнение, полученное Г.С. Шубиным 

.                             

где пористость материала можно определить из выражения  

       .  

    В процессе прогрева металла при атмосферном давлении среды внутри пластины отсутствуют фазовые превращения (критерий парообразования e в уравнении (2) равен нулю) и, как следствие, молярный перенос внутри древесины отсутствует. Тогда, система дифференциальных уравнений (1) – (3) сводится к следующим уравнениям 

,                                  

.                                              

    Начальные условия для решения представленных дифференциальных уравнений, характеризующие начало всего сушильного процесса 

U ( 0; x ) = U₀ ,                                                    

T_м ( 0; x ) = T_м.0 .                                                

р_м ( 0; x ) = р_атм .                                                  

    Начальные условия для каждой последующей  стадии процесса будут представлять собой поля температур, влажности  и давления по сечению материала  после предыдущей стадии

    Граничные условия для решения дифференциальных уравнений выбираются исходя из условий внешней задачи.

    

    В процессе контактного прогрева металла температуру поверхности материала в первом приближении можно принять равной температуре нагревательных элементов, а процесс массообмена характеризуется разностью парциальных давлений паров удаляемой влаги в среде и над поверхностью влажного материала. Тогда граничные условия для решения дифференциальных уравнений (4) и (5) могут быть записаны в следующем виде 

                                   .                                        

T_м ( t; 0 ) = T_нагр ,                                              

    Тепломассоперенос в металлических изделий в процессе понижения давления описывается дифференциальными уравнениями (1) – (3) при граничных условиях в виде выражений 

       ,  

       ,  

       .  

    Для расчета влажностных напряжений, возникающих в плоском металле в процессе сушки, предложена формула  

       .  

    Математическое  описание процесса переноса тепла и массы для парогазовой фазы в условиях непрерывного понижения давления, а также при отсутствии полей скорости, температуры, плотности пара и инертного газа во внешней среде основано на уравнениях материального и теплового балансов. Для нестационарных условий протекания процесса разница между притоком и отводом составит накопление массы и энергии в свободном объеме аппарата 

           ,  

       ,  

        

    Левая часть уравнения (15) характеризует изменение массы пара в парогазовой фазе в единице свободного объема аппарата; первое слагаемое правой части – подвод массы пара в парогазовую фазу, а второе слагаемое – его отвода в вакуумную линию. Соотношение (16) отличается от (15) отсутствием слагаемого, характеризующего подвод массы воздуха в единицу свободного объема вследствие герметичности аппарата. В уравнении переноса энергии (17) левая часть представляет собой изменение теплосодержания парогазовой фазы; первый член правой части уравнения характеризует отвод тепла за счет теплообмена с поверхностью влажного материала; второй член – отвод тепла с удаляемой в вакуумную линию парогазовой смесью; третий – приток тепла с парами влаги, удаляемыми из материала.

    После некоторых преобразований выражений (15), (16) и (17) получены уравнения, определяющие скорости изменения парциальных давлений пара и газа и температуры среды

,                             

,                                     

.                  

    В случае ведения процесса прогрева материала  в парах испаряемой влаги общее  давление и температура в камере описываются дифференциальными уравнениями, записанными в виде 

                     , (21)

       .  

    Для возможности управления процессами сушки определена объемная производительность системы удаления пара при заданной интенсивности испарения жидкости с тепломассообменной поверхности 

.               

    В процессе удаления связанной влаги  в режиме идеального смешения в паровой  фазе, когда парциальное давление в свободном объеме аппарата зависит  от температуры и влагосодержания  поверхности материала, требуемая  объемная производительность системы удаления пара определяется из выражения

   

             

    Для расчета представленной математической модели процессов кондуктивной сушки разработан алгоритма расчета. Алгоритм расчета состоит из двух блоков, связанных между собой операторами управления: I – блока расчета процесса кондуктивного нагрева металла; II – блок расчета тепломассопереноса в среде и внутри влажного материала при понижении давления. Каждая из частей алгоритма содержит цикл расчета полей температуры и влагосодержания материала для каждого момента времени в зависимости от выбранного шага. Расчет начинается с активации банка данных, содержащего массивы и функции теплофизических характеристик материала и среды, и ввода исходных данных, представляющих собой начальные условия процесса, параметры технологического оборудования и другие сведения, необходимые для расчета на ЭВМ.  

Выбор оборудования для установки конвективной сушки

    Также проектируемая САПР решает задачу выбора оборудования для конвективной сушилки из некоторого набора моделей, способных реализовать номинальную мощность. В качестве нагревательного элемента будут предлагаться  паровые калориферы КФС 12 видов. После подбора нагревательного элемента будут определяться параметры вентиляционной установки.

    Рассмотрим  алгоритм выбора модели калорифера. Модели КФС и их основные характеристики будут содержаться в БД «Типы  оборудования».

В начале вычисляют  необходимое живое сечение калорифера f_ж по воздуху:

;   (12)

    где  G_ВОЗД – заданный расход воздуха, кг/c, Vm – массовая скорость воздуха, кг/м^2. Массовая скорость воздуха по экономическим соображения принимается равной 8 кг/м^2.

    В БД выбираем модель калорифера с наиболее подходящим fж – f_ДЕЙСТВ.

    

Далее находим действительную  массовую скорость  воздуха.

,  (13)

    По  таблице определяем коэффициент  теплопередачи K и сопротивление по воздуху H для найденной модели калорифера.

Для проверки рассчитываем максимальную тепловую мощность калорифера по формуле (14):

(14)

    Где F_кал - поверхность нагрева калорифера, определяемая по таблице, t_ПАР - температура пара, равная 100 ◦C.

Максимальная  тепловая мощность калорифера должна составлять 110-150% от заданной номинальной  мощности.

    Тогда производительность вентилятора при  нормальных условиях будет равна:

,  (15)

    По  табличным данным, расходу и производительности вентилятора, определяется необходимый  напор воздуха, достаточный для  преодоления сопротивления калорифера H. 

     5 Пример работы программы 

     Рассмотрим  модуль Project1.exe. После открытия загружаем  базу данных в Excel.

     

    Далее рассчитываем температуру при заданном времени и выводим на графиках зависимость.

    

     

    

    После чего при заданно мах температуру  считаем длительность процесса нагрева камеры камеры.

      

    

    

    Далее оптимизируем полученные значения и  по для сушки металлических изделий.

    

     Все полученные значения выводятся на экране и после проверки результатов  сохраняются в отдельном файле. После всего выполненного можно изменить значения и рассчитывать заново.

     ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     В процессе работы над данным курсовым проектом был проработан большой  объем технической литературы по процессам конвективной сушки металлических  изделий, методам сушки, проектированию сушильных установок, в том числе с использованием ЭВМ, изучена и тщательно проанализирована предметная область, в результате чего была собрана различная информация необходимая для проектирования САПР.

     На  основании полученных сведений и  данных были разработаны структурная схема и схема работы САПР, рассмотрены и представлены практически все основные виды обеспечений автоматизированного проектирования, в том числе:

1. создана математическая модель процесса конвективной сушки;
2. четко определены входные, выходные и варьируемые параметры, а также критерии оптимизации объектов проектирования;
3. разработано информационное обеспечение системы;
4. подобран комплекс программно-технических средств;
5. описано необходимое лингвистическое и методическое обеспечение;

     6) Рассмотренные вопросы проектирования систем конвективной сушилки.

     На  сегодняшний день, данный проект не является на 100% законченной и полнофункциональной САПР, но в то же время уже частично реализованы отдельные её компоненты. Всё это представляет собой существенные предпосылки и обозначает основные направления дальнейшего развития и разработки САПР конвективной сушки для металлических изделий.

     СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

     1. САПР. Принципы построения и структура.  И.П. Норенков т.1, Минск, Высшая  школа, 1987г.

     2. Сольницев Р.  И. Автоматизация   проектирования   систем автома  - тического управления, Москва, Высшая школа. 1991. 334с.

          3. Жук К. Д., Тимченко А. А., Родионов А. А. Построение современных систем автоматизированного проектирования. - Киев, 1983, -248с.

     4. САПР. Информационное и прикладное программное обеспечение. В.Г. Федорук, В.М. Черненький. т.3, Минск, Высшая школа, 1988.

     5. Норенков И.П. Автоматизированное  проектирование, Москва, 2000, 188с.

     6. Виноградов С.С. Организация гальванического производства. Оборудование, расчет производства, нормирование. /под редакцией В.Н. Кудрявцева; “Глобус”. М., 2002.-208с.