Задания и литература по Моделированию систем - файл доп задачи MVS 21-22.doc

Задания и литература по Моделированию систем
скачать (148.5 kb.)

Доступные файлы (3):

доп задачи MVS 21-22.doc	229kb.	26.10.2005 18:34	скачать
Задание 2 задач 20.doc	308kb.	06.01.2005 00:17	скачать
Литература.doc	23kb.	06.01.2005 19:21	скачать

доп задачи MVS 21-22.doc

Задача 21

Сушка зерна в баке.



В вертикальном баке объемом V сушится зерно перед помещением на хранение в элеватор. В бак подается извне поток теплого сухого воздуха с расходом G, температурой Т, влагосодержанием m. Содержимое бака рассмотрим как твердую среду (контактирующие между собой зерна) и газовую среду (воздух в межзерновом пространстве). Примем температуру и влагосодержание твердой (, ) и газовой (, ) фазы одинаковыми по объему бака. На основе законов сохранения энергии и массы систему уравнений, описывающую процессы, происходящие в баке, можно представить в следующем виде:
,
где параметры системы:

– коэффициент массопереноса влаги между субстратом и газовой фазой, кг воды/с/м³;

– экспериментально определенные коэффициенты;

– коэффициент теплообмена между субстратом и газовой фазой, Дж/с/м³/К;

– экспериментально определенные коэффициенты;

– равновесное влагосодержание субстрата при известных температуре и влагосодержании газовой фазы, кг воды/кг субстрата;

– экспериментально определенные коэффициенты;

– относительная влажность воздуха;

- атмосферное давление, Па;

– давление насыщенного пара при температуре воздуха, Па;

– плотность газа с учетом порозности субстрата, кг воздуха/м³;

– объем бака, м³;

– плотность субстрата, кг субстрата/м³;

– удельная теплоемкость влажного воздуха, Дж/кг/К;

– удельная теплоемкость сухого газа, Дж/кг/К;

– удельная теплоемкость водяного пара, Дж/кг/К;

– удельная теплоемкость влажного субстрата, Дж/кг/К;

– удельная теплоемкость сухого субстрата, Дж/кг/К;

– удельная теплоемкость воды, Дж/кг/К;

– удельная теплота испарения воды, Дж/кг воды;
начальные условия:

– начальное влагосодержание зерна (для 65% влажности), кг воды/кг зерна.
Каждые 2 часа температура подаваемого воздуха изменяется с Т=Т_ос на Т=60С и обратно, где Т_ос – температура окружающей среды. Скорость потока воздуха G и влагосодержание m постоянны в течение процесса. При достижении кг воды/кг зерна процесс останавливается, зерно выгружается для хранения и загружается новая партия с исходными параметрами.

Построить модель данной системы с индикацией параметров процесса: температуры зерна – столбиком термометра, влажности зерна – стрелочным влагомером.

Задача 22

Компостирование органических отходов в закрытом реакторе.

В реакторе проходит процесс аэробного разложения органических отходов (процесс компостирования). Скорость реакции зависит от температуры. При разложении органического вещества потребляется кислород, выделяются углекислый газ и тепловая энергия. Процесс периодический, продолжительность составляет 10 суток.

Основными параметрами состояния процесса являются температура субстрата и концентрация углекислого газа. Модель системы описывается следующими уравнениями (пренебрегая массовым обменом СО₂ между водной и газовой фазой, конденсацией влаги при рециркуляции и теплообменом со внешней средой):
,

где – скорость реакции при температуре , ;

– скорость реакции при температуре 20 ºС, ;

– температура субстрата, ºС;

– временная задержка (лаг-фактор).
,

где – масса разложимых органических веществ в субстрате, кг;

– время, ч.
,

где – масса воды в реакторе, кг;

– коэффициент влагообразования, кг воды / кг разложенного органического вещества;

– массовый поток сухого воздуха системы вентиляции, кг/ч;

, – соответственно абсолютная влажность воздуха на входе и выходе системы вентиляции, кг влаги / кг сухого воздуха.
,

где – теплота окисления органического вещества, кДж/кг;

, , – соответственно удельные теплоемкости субстрата, сухого газа и воды, кДж/кг/ºС;

– масса зольной составляющей (неразлагаемая часть субстрата), кг;

– температура воздуха на входе в реактор, ºС;

– удельная теплота парообразования воды, кДж / кг воды.
,

где – объемная концентрация СО₂ в реакторе, кг СО₂ / м³;

– коэффициент выделения СО₂, кг СО₂ / кг разложенного органического вещества;

– объемный поток воздуха системы вентиляции, м³/ч;

– объемная концентрация СО₂ на входе системы вентиляции, кг СО₂ / м³;

– объем свободного газового пространства в реакторе, м3.
,

где – объемная концентрация О₂ в реакторе, кг О₂ / м³;

– коэффициент потребления О₂, кг О₂ / кг разложенного органического вещества;

– объемная концентрация О₂ на входе системы вентиляции, кг О₂ / м³.
Абсолютную влажность воздуха при температуре , , рассчитать по формуле:
,

где - давление насыщенного пара воздуха при температуре , Па; .
Массовый расход воздуха рассчитать по формуле:

,

где - расчетный удельный объем водяного пара в воздухе окружающей среды, , - температура воздуха, ºС.
В качестве начальных значений и параметров процесса принять: ; ºС; (0) = 5392 кг; (0) = 13156 кг; = 0.468 кг воды / кг разложенного органического вещества; = 12500 кДж/кг; = 1.04 кДж/кг/ºС; = 1.005 кДж/кг/ºС; = 4.2 кДж/кг/ºС; = 6590 кг; = 2257.6 кДж / кг воды; (0) = 0.059 кг СО₂ / м³; = 1.536 кг СО₂ / кг разложенного органического вещества; = 1600 м³/ч; = 44.8 м³; (0) = 0,253 кг О₂ / м³; = 1,575 кг О₂ / кг разложенного органического вещества.

Для управления процессом используется система вентиляции, выполняющая функции подачи кислорода и удаления излишков тепла. Задачей управления является не допустить перегрева субстрата свыше и превышения концентрации углекислого газа (по массе). Поток воздуха постоянно циркулирует через реактор в одном из двух режимов: вентиляции (VENT, подача свежего воздуха) и рециркуляции (RECIRC, подача отработанного воздуха). Управление системой вентиляции производится следующим образом: если температура субстрата и концентрация углекислого газа , режим рециркуляции; в остальных случаях - вентиляция.

Для ВЕНТИЛЯЦИИ:

; , ; = 16 ºС, температура окружающей среды; = 0.2527 кг О₂ / м³, концентрация О₂ в воздухе окружающей среды; = 0.00059 кг СО₂ / м³, концентрация СО₂ в воздухе окружающей среды.

Для РЕЦИРКУЛЯЦИИ:

; , ; ; .
Построить модель данной системы с индикацией параметров процесса: температуры субстрата – столбиком термометра, концентрации кислорода и углекислого газа – стрелочными индикаторами, массовый коэффициент разложения исходного органического вещества – в виде 2-мерного графика.

---

Скачать файл (148.5 kb.)

Поиск по сайту:  

---