Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet
Статьи журнала - Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий
Все статьи: 2649
Статья научная
В последние годы сильными темпами растет строительство больших городов. С их ростом становится вопрос о дислокации пожарных и количестве пожарных депо. Наиболее эффективным является решение задачи поиска оптимального пути следования пожарного подразделения, с учетом информационных систем транспортной логистики в пределах города, что позволит оперативно прибыть к месту происшествия в любое время суток, вне зависимости от степени загруженности городских магистралей. Оперативность прибытия пожарных подразделений обеспечивает наиболее успешное тушение пожара. Основной задачей исследования является разработка предварительного маршрута и маршрута в случае непредвиденных факторов, влияющих на время прибытия пожарного автомобиля. Для построения маршрутов использовались активно развиваемые в настоящее время методы машинного обучения искусственных нейронных сетей.Для построения оптимального маршрута необходим правильный прогноз о будущем поведении сложной системы городского трафика на основании ее прошлого поведения. В рамках статистической теории машинного обучения рассмотрены задачи классификации и регрессии. Процесс обучения заключается в выборе функции классификации или регрессии из заранее заданного широкого класса таких функций.После определения схемы прогнозирования, необходимо оценить качество ее прогнозов, которые оцениваются не на основании наблюдений, а на основании уточненного стохастического процесса, итогом которого является построение правил предсказания. Верификация модели проводилась на основании данных, полученных в реальных выездах реальных пожарных расчетов, что позволило получить минимальное время прибытия пожарных подразделений.
Бесплатно
Математическая модель охлаждения оборотной воды в градирне с механической тягой
Статья научная
Проведен анализ процесса охлаждения оборотной воды в блоке градирен с принудительной тягой как объекта управления.Установлено, что для заданной конструкции башенного охладителя его работа определяется отношением массовых потоков воды и воздуха. Управляющими воздействиями в водоблоке являются расходы в башне горячей воды на охлаждение и скорость вращения валов вентиляторов. Контролируемые возмущения - температура, влажность, барометрическое давление атмосферного воздуха, температура и давление горячей воды. Неконтролируемые возмущения - изменение суммарных коэффициентов теплоотдачи в градирнях, скорость и направление ветра, образование льда на входных окнах. Математическая модель процесса охлаждения описывает совместный тепломассообмен в градирне, течение водяной плёнки (для насадочных и плёночных градирен), осаждение водяных капель (для распылительных градирен), потребление вентиляторным блоком электрической энергии и позволяет оптимизировать процесс охлаждения путём минимизации суммарного значения активной электрической мощности, потребляемой электроприводами всех градирен водоблока. Она основывается на модифицированном уравнении Меркеля, уравнениях Клаузира-Клапейрона, Навье-Стокса.Модель справедлива при допущении того, что температура воды на границе раздела фаз равна среднемассовой температуре воды, при этом воздух на поверхности раздела является насыщенным.Принимается, что тепловой поток от воды к воздуху по нормали к поверхности раздела зависит от разности энтальпий этих сред у кромки раздела и среднемассовой энтальпии, вода и воздух распределяются равномерно по площади сечения оросителя. Разработка учитывает особенности движения жидкости в оросителе и позволяет определять температуру адиабатического насыщения воздуха методом «мокрого» термометра без ее непосредственного измерения. Модель применима для управления процессом охлаждения в реальном времени.
Бесплатно
Статья научная
В работе приводится способ синтеза математической модели процесса гомогенизации молочных продуктов. В основу математической модели положена цепь Маркова с дискретными состояниями и непрерывным параметром, за который принято давление гомогенизации. Для описания процессов слипания жировых шариков в ходе процесса гомогенизации при больших значениях процента жирности и давлениях гомогенизации предлагается использовать наряду с прямыми переходами обратные. Реализация модели осуществлена в среде структурного моделирования MathWorks Simulink™. Идентификация параметров модели осуществлялась путем минимизации среднеквадратичного отклонения расчетных данных от экспериментальных по каждой фракции жировой фазы молочных продуктов. В качестве набора экспериментальных данных были использованы результаты обработки микрофотоснимков распределения жировых шариков образцов цельного молока, которое подвергалось гомогенизации при разных давлениях. В качестве метода оптимизации был использован метод Pattern Search с алгоритмом поиска Latin Hypercube из библиотеки Global Optimization Тoolbox. Погрешность расчетов по данным эксперимента составила в среднем по всем фракциям 3% (относительной доли фракции в объёме пробы). Дополнительное введение интенсивностей обратных переходов позволило снизить погрешность расчетов на 2-3 %. Предложенная математическая модель позволяет рассчитать профиль объемного или массового распределения жировой фазы (жировых шариков) в продукте в зависимости от давления гомогенизации и может быть использована в лабораторных и научных исследованиях состава молочных продуктов, а также при расчетах, проектировании и моделировании технологического оборудования предприятий молочной промышленности.
Бесплатно
Математическая модель процесса извлечения экстрактивных веществ из сырья в форме сферы
Статья научная
Построена математическая модель процесса извлечения экстрактивных веществ из частиц сферической формы образующих плотный слой. Выполнена проверка на адекватность экспериментальным данным.
Бесплатно
Математическая модель процесса коэкструдирования пищевых масс
Статья научная
Рассмотрен процесс коэкструдирования пищевых масс. Получены уравнения движения в кольцевой и цилиндрической трубе двух соприкасающихся вязкопластичных жидкостей. Определены постоянные коэффициенты уравнений, зависящие от параметров процесса и конструктивных размеров коэкструзионной насадки.
Бесплатно
Математическая модель процесса обжарки каштанов перегретым паром
Статья научная
Выполнено математическое моделирование процесса обжарки каштанов перегретым паром. Для описания процесса применены коэффициенты диффузии и термодиффузии. Заданы начальные и граничные условия третьего рода для уравнений теплопроводности и массопереноса.
Бесплатно
Статья научная
Разработана математическая модель комбинированной радиационно-конвективной сушки фруктовых и овощных чипсов при импульсном энергоподводе, описывающая изменение температуры и влагосодержания в периоде постоянной и периоде убывающей скорости сушки.
Бесплатно
Математическая модель процесса термической регенерации кизельгура
Статья научная
В настоящее время по-прежнему требуют дальнейшего уточнения механизмы термодинамических и массообменных процессов в капиллярно-пористых средах. получено математическое описание процесса термической регенерации кизельгура.
Бесплатно
Статья научная
Для качественного применения ультрафильтрационных процессов концентрирования и очистки пищевых растворов требуется как экспериментальные исследования, так и математическое описание процессов мембранного процесса разделения растворов с позиций разработке расчетных математических моделей. В данной работе путем аналитического решения уравнений, то есть методом конечных разностей решены математические уравнения. Для получения системы, решались уравнения неразрывности потока, уравнения конвективной диффузии, уравнений Навье-Стокса и уравнения расхода с граничными условиями с целью построения математической модели процесса ультрафильтрационного концентрирования белка в подсырной сыворотки при производстве сычужных сыров. В результате аналитического решения уравнений получена система математических уравнений, позволяющих строить профиль изменения скоростей течения раствора по сечению межмембранного канала и определять концентрацию белка в подсырной сыворотке по длине трубчатого ультрафильтрационного элемента БТУ 05/2 промышленного типа. Полученная математическая модель позволяет теоретически описывает процесс ультрафильтрационного концентрирования белка в подсырной сыворотке по всей длине мембранного канала трубчатого элемента при ламинарном и переходном режимах течения раствора. Полученная система математических уравнений позволяет находить численные значения массового расхода подсырной сыворотки, дают возможность рассчитать удельный выходной поток при изменении трансмембранного давления и рассчитывать концентрации растворенных веществ во вторичном молочном сырье на левой и правой ультрафильтрационной мембране межмембранного канала. Проведена адекватность разработанной математической модели путем сравнения расчетных и экспериментальных данных по удельному выходному потоку при изменении трансмембранного давления в межмембранном канале от 0,1 до 0.25 МПа при ультрафильтрационном концентрировании подсырной сыворотке. Отклонение расчетных данных найденных по математической модели от экспериментальных исследований, полученных на полупромышленной ультрафильтрационной установке трубчатого типа БТУ 05/2 с применением полупроницаемых мембран, у которых активный слой выполнен из фторопласта, полусульфоона и полиэфирсульфона, не превышало 10%.
Бесплатно
Статья научная
Для описания неизотермического течения расплава зерновых культур в экструдере в качестве исходных уравнений были выбраны уравнения движения, уравнение неразрывности, уравнение энергии (теплового баланса), реологическое уравнение. Для решения модели приняты следующие допущения: течение движущейся вязкой среды принимается ламинарным и установившимся; силы инерции и гравитации по сравнению с силами трения и давления настолько малы, что ими можно пренебречь; вязкая среда (расплав) представляет собой несжимаемую жидкость, характеризующуюся постоянными теплопроводностью и температуропроводностью; изменением теплопроводности в продольном направлении пренебрегали в связи с тем, что конвективный перенос теплоты в направлении течения выше, чем перенос теплоты теплопроводностью; теплопередача в направлению перпендикулярном течению расплава происходит только за счет теплопроводности. Для решения системы уравнений с учетом конвективной теплопередачи был использован численный метод конечных разностей, сущность использования которого заключалась в том, что рассматриваемая область (канал экструдера) разбивается на расчетные ячейки с помощью сетки. Сетка состояла из прямоугольных ячеек с постоянным шагом между узлами, которые точно лежат на границах области интегрирования. При этом дифференциальные уравнения преобразовывались в разностные уравнения путем замены производных в точке конечными разностями по границам ячейки. В результате решения получена математическая модель неизотермического течения расплава в канале экструдера. Для решения математической модели процесса экструзии зерновых культур при неизотермическом течении их расплавов составлена программа на алгоритмическом языке C++. Получена неизотермическая математическая модель процесса экструзии зерновых культур при температурах начала реакции Майяра, т. е. до 120-125 ?, которая позволяет выявить характер изменения температуры по длине экструдера. Сравнительный анализ результатов численного решения и экспериментальных данных показал хорошую сходимость: среднеквадратичное отклонение не превышало 12,7%.
Бесплатно
Математическая модель работы ректификационной установки с тепловым насосом
Статья научная
Рациональное аппаратурное оформление процессов ректификации и снижение затрат энергии на их осуществление является актуальной задачей. В данной работе получено математическое описание процесса ректификации спирта с использованием теплового насоса.
Бесплатно
Статья научная
Дана характеристика аномального поведения некоторых видов суспензий на основе полимерных композиций и мелкодисперсных частиц. В случае простейшего, одномерного, сдвигового, вискозиметрического течения такие материалы демонстрируют следующее механическое поведение. Если касательное напряжение не превосходит некоторого критического значения, то деформирование материала отсутствует. При превышении этого порогового значения начинается процесс течения. Такое поведение хорошо известно и соответствует реологическим моделям вязкопластической жидкости. Однако дальнейшее увеличение скорости сдвига приводит к проявлению эффекта “отвердевания”. Предложена реологическая модель механического поведения таких вязкопластических жидкостей, которые демонстрируют проявление эффекта “отвердевания”. Эта модель содержит четыре эмпирических параметра. Графически представлено влияние показателя степени в реологической модели на зависимости касательного напряжения и эффективной вязкости от скорости сдвига. Проведено обобщение рассмотренной реологической модели на случай пространственного течения.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе на основании метода статистической идентификации, использующего теорию самоорганизующихся систем, построена многофакторная модель взаимосвязи автомобильного транспорта и его системы обучения. Исходная информация для модели представлена рядом среднегодовых параметров функционирования автомобильного транспорта и его информационного обеспечения, в том числе, комплексом параметров системы обучения (входные параметры), системы управления автомобильным транспортом и выходными параметрами. Задаются два критерия: критерий устойчивости модели и критерий корреляции. Программа определяет их минимум и находит единственную модель оптимальной сложности. В заданном количестве параметров устанавливается математическая связь каждого выходного параметра со всеми остальными. Для повышения точности и регулярности прогноза часть узлов интерполяции выделяется в проверочную последовательность данных. Остальные данные образуют обучающую последовательность. Решение модели основано на принципе селекции. Выполняется оно при постепенном усложнении математического описания и полном переборе всех возможных вариантов моделей по указанным критериям. Достоинства предложенной модели: достаточно адекватно отображает реальный процесс, позволяет вводить любые дополнительные входные параметры и определить их влияние на отдельные выходные параметры автомобильного транспорта, позволяет поочередно изменять величины основных параметров в определенной пропорции и определять соответствующие изменения выходных параметров системы автомобильного транспорта, позволяет прогнозировать выходные параметры функционирования автомобильного транспорта.
Бесплатно
Статья научная
На базе классических уравнений изотермического напорного течения двух реологически различных несмешивающихся вязкопластичных сред в цилиндрическом канале, подчиняющихся закону Оствальда-де-Виля, синтезирована модель течения двух таких сред в формующем канале экструдера при коэкструзии. Предложена методика выбора диаметра дозирующего патрубка по требуемой величине отношения объемных расходов экструдата и начинки.
Бесплатно
Математическая модель течения расплава в канале гранулятора
Статья научная
Гранулирование углеводно-витаминно-минеральных добавок на основе мелассы проводится при высокой влажности (до 26 %), поэтому для стабильной работы гранулятора необходимо выявить характер течения расплава в нем. Для описания неизотермического течения расплава в грануляторе была разработана математическая модель, в которой в качестве исходных уравнений были использованы: уравнение неразрывности, уравнение движения и реологическое уравнение. Б ыли приняты следующие допущения: течение расплава в грануляторе представляет собой установившийся ламинарный поток; силами инерции и гравитации можно пренебречь; расплавы представляют собой несжимаемые жидкости; градиент скорости в направлении течения значительно меньше, чем в поперечном направлении; градиент давления по поперечному сечению канала постоянен; течение является полностью гидродинамически развитым; в лиянием эффектов на входе в канал и выходе из него можно пренебречь. В связи с принятыми допущениями можно считать, что в рассматриваемом грануляторе значимыми являются только компоненты скорости в направлении оси х, а всеми членами уравнения с компонентами и их производными по координатам y и z можно пренебречь. В результате решения были получены: выражение для средней скорости, уравнение для определения объемного расхода, формула для расчета среднего времени пребывания расплава в грануляторе, уравнение для определения напряжения сдвига, уравнение для определения скорости сдвига и уравнение для определения потери давления. Результаты расчетов по полученным уравнениям хорошо согласуются с экспериментальными данными, отклонения изменялись в диапазоне 16-19 %. Полученные сведения о характере перемещения расплава в грануляторе позволили разработать методику расчета для проектирования рациональной конструкции формующего узла гранулятора.
Бесплатно
Математические методы моделирования поиска принципов действия технических систем
Статья научная
Рассмотрим основные задачи обработки запросов к базе данных по физическим эффектам. Техническая задача может быть упрощенно представлена в виде трех компонент: начальное состояние, конечный результат, процесс превращения начального состояния в конечный результат. Возникает задача, если, по крайней мере, одна из компонент неизвестна. Отбрасывая случаи, когда все компоненты известны или все компоненты не известны, получим классификацию технических задач, состоящую из шести типов. При формировании набора запросов к базе данных естественным является требование полноты этого набора, т.е. набор запросов должен покрывать решение технических задач всех шести типов. С целью формулировки полного набора запросов проведем аналогию между описанием технической задачи и описанием физического эффекта. Сопоставим начальному состоянию входное воздействие физического эффекта, конечному результату – выходной результат, процессу превращения начального состояния в конечный результат – физический объект, либо последовательность физических эффектов. Рассмотрены требования к базе данных по физическим эффектам: расширяемость и совершенствование программного обеспечения и структуры данных без существенных переделок ранее написанных программ и хранящихся данных, возможность решения задач в режиме диалога. Разработана структура базы, состоящая из глобальной базы данных и множества локальных баз, которые генерируются для решения отдельных задач. Разработан набор запросов, покрывающих решение основных технических задач на уровне принципов действия. Сформулирована задача поиска принципов действия устройств для преобразования заданного исходного воздействия в заданный выходной результат. Разработана структура локальной базы данных для решения этой задачи и предложен алгоритм поиска. Приведены основные характеристики реализации алгоритма.
Бесплатно
Статья научная
Качественная и количественная оценка состояния здоровья в том числе работников АПК является важной и актуальной задачей. При разработке методики расчета вероятности утраты работником трудоспособности в зависимости от состояния условий труда на рабочем месте было показано, что в контексте решения задач по оценке влияния условий труда на здоровье работника, в том числе, в процедурах оценки профессионального риска, вероятность утраты трудоспособности представляет собой не что иное, как количественную оценку вероятности развития профессионального заболевания или производственной травмы в конкретных условиях труда, что, на первый взгляд, можно было бы охарактеризовать показателями частоты профессиональной заболеваемости и травматизма с учетом условий труда. На базе участковых отделений городских поликлиник было проведено обследование состояния здоровья работников АПК. Для сбора информации о пациентах использовалась «Анкета о здоровье», которая по решению Всемирной Организации Здравоохранения введена во всех медицинских учреждениях анкета о здоровье пациента. Было собрано и проанализировано 156 анкет. На первом этапе обработки информации исследована структура медико-социальных характеристик работников АПК. На втором этапе применялся метод априорного ранжирования, использующий экспертную информацию для ранговой оценки каждого значения признака. В ходе исследования были рассчитаны балльные оценки, необходимые для последующего расчета комплексного интегрального медико-социального показателя здоровья. Результаты исследования свидетельствуют о наличии отрицательной тенденции в динамике состояния здоровья работников АПК, что в первую очередь связано с нерациональным питанием, недостатком двигательной активности, самолечением, редкими обращениями к медицинским специалистам. В связи с этим важными задачами являются, прежде всего, разработка и внедрение профилактических, лечебно-реабилитационных технологий и приоритетных программ в работу предприятий АПК, в частности, рациональная организация питания в предприятиях АПК, оптимизация двигательного режима.
Бесплатно
Статья научная
Для описания процессов, происходящих в двигателе внутреннего сгорания и элементах трансмиссии, используются различные математические модели. В работе применяется раздел математической статистики – планирование эксперимента. Для оценки влияния внешних воздействий на температурные показатели масел ДВС и элементов трансмиссии был реализован полный факторный эксперимент, который направлен на определение температуры масла ДВС, коробки передач и главных передач. Моделирование влияния внешних воздействий на температурные показатели масел ДВС и элементов трансмиссии заключалось в следующем: строилась концептуальная модель; проводилась её формализация и исследование моделируемого процесса; определялись необходимые аппроксимации; строилась обобщённая схема процесса; по этой обобщённой схеме создавался алгоритм и разрабатывался программный комплекс; проводились расчёты на ЭВМ; определялись математические и графические зависимости внешних воздействий на температурные показатели масел ДВС и элементов трансмиссии; разрабатывались практические рекомендации по процессу подогрева применительно к эксплуатационным условиям СНО ОП. Объектом исследования является температура окружающего воздуха, время работы системы подогрева и мощность теплового агрегата, влияющие на температуру масел ДВС, коробки передач, главных передач ВАТ. Задача сводится к определению такой мощности теплового агрегата, при которой достигается максимальное значение температуры масла за минимальное время. Спланирован полный факторный эксперимент ПФЭ позволяющий определять взаимодействие двух факторов, которое и проявляется при одновременном варьировании этих факторов при действие каждого из них на выход в зависимости от уровня их нахождения.
Бесплатно
Статья научная
Представлена модель движения частиц в плазме электродугового разряда с учетом парных столкновений в процессе синтеза углеродных наноструктур таких, как фуллерены и нанотрубки. Рассмотрено решение системы безразмерных уравнений Власова-Пуассона по нахождению функций распределения частиц в плазме.
Бесплатно
Математическое моделирование квазистационарного режима запитывания несущего воздушного буфера
Статья научная
На сегодняшний день единственным способом устранения контакта с изделием в процессе изготовления является создание под его опорной поверхностью воздушного буферного слоя, образующегося за счет истечения рабочей среды сквозь отверстия перфорированных газораспределительных решеток форм. В статье предложен способ бесконтактного формования изделий из композиционных материалов с помощью воздушного буфера. Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований гидрогазодинамических процессов, протекающих при отливке органоминерального композиционного материала на несущий воздушный буфер, выраженные в виде математического описания, реализующего оригинальные гипотезы, отраженные в выборе алгоритма преобразований и граничных условий. На основе полученной математической модели разработан алгоритм расчета оптимальных параметров транспортирующих систем с дискретно запитываемым газовым буфером. Предложен способ удержания полуфабриката на газовом буфере, позволяющий выравнивать поле давления под опорной поверхностью объекта удержания, за счёт использования в пневматических камерах устройств псевдоожиженного зернистого материала. Применение данного способа позволяет исключить возможность возникновения контакта композиционного материала с рабочими поверхностями оборудования, а также существенно снизить затраты на производство пневматических устройств, улучшить эксплуатационные характеристики такого оборудования. Представленные зависимости позволили разработать методологию и реализацию инженерного расчета устройств для бесконтактной отливки композиционных материалов на воздушный буфер, полупромышленные и промышленные варианты которых были созданы и внедрены в производство.
Бесплатно
