Математическое моделирование и управление процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

Математическое моделирование и управление процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими

процессами и производствами (промышленность)

кандидата технических наук

Толстошеин Сергей Серафимович

Тамбов, 2011

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» на кафедре «Информационные процессы и управление» и в ОАО «Корпорация «Росхимзащита» г. Тамбов.

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Скворцов Сергей Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Чертов Евгений Дмитриевич

доктор технических наук, профессор Шамкин Валерий Николаевич

Ведущая организация ГОУ ВПО «Тверской государственный технический университет»

Защита диссертации состоится 26 мая 2011 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.260.01 Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» по адресу: г. Тамбов, ул. Советская, 106, ГОУ ВПО ТГТУ, Большой актовый зал.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106, ГОУ ВПО ТГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.260.01.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в научной библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» по адресу: г. Тамбов, ул. Мичуринская, 112, корп. «Б», а с авторефератом диссертации отдельно - на официальном сайте Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет»: www.tstu.ru.

Автореферат разослан 25 апреля 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор А.А. Чуриков

Общая характеристика работы

Актуальность темы. На современном этапе развития человечества особенно актуальными становятся вопросы освоения сред с экстремальными условиями обитания. Это требует разработки новых поколений технических систем, обеспечивающих жизнедеятельность человека во время его длительного автономного пребывания в замкнутых пространствах, когда отсутствует возможность пополнения расходуемых продуктов обеспечения жизнедеятельности.

Одной из важнейших в системе жизнеобеспечения (СЖО) является подсистема обеспечения физиологических норм дыхания экипажа. Подсистема строится по замкнутому принципу, реализуемому концентрированием углекислого газа в потоке, отбираемом из среды обитания, с последующим восстановлением воды в реакторе Сабатье и выделением кислорода из воды в электролизере. В настоящее время наиболее эффективным и целесообразным представляется способ концентрирования углекислого газа, основанный на циклическом адсорбционном процессе.

Интенсивность выделения углекислого газа в среде обитания экипажем определяется характером выполняемых им работ, который предопределяет наличие различных состояний функционирования СЖО. Применение традиционных алгоритмов управления к протекающим в системе процессам при номинальном режиме работы приводит в отдельных случаях к перерасходу энергетических ресурсов. В обычных условиях это вполне допустимо, но становится критичным при длительном автономном пребывании человека в замкнутом пространстве. Поэтому возникает необходимость совершенствования существующей системы управления циклическим адсорбционным процессом концентрирования углекислого газа, которая обеспечит управление, минимизирующее энергозатраты на длительном промежутке времени.

Диссертационная работа выполнялась в рамках федеральных целевых программ «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 -2012 годы» (проект 34-2007), «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (П2359, П292 на 2009 - 2011 гг.).

Цель работы: разработка системы управления циклическим процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа в системе жизнеобеспечения замкнутого объема, обеспечивающей минимизацию удельного энергопотребления на множестве состояний функционирования.

Объект исследования: система управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа в системе жизнеобеспечения.

Предмет исследования: математическое, алгоритмическое и программное обеспечение системы управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа, позволяющее минимизировать энергозатраты в системе жизнеобеспечения при длительном пребывании человека в замкнутом объеме.

Методы исследования. В работе использованы методы: системного анализа, математического моделирования, оптимизации, математической статистики, теории управления, процессов и аппаратов химической технологии.

Научная новизна работы. Разработана математическая модель циклического процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа в системе жизнеобеспечения замкнутого объема, построенная по модульному принципу и позволяющая изучать протекающие в ней процессы в различных состояниях функционирования.

Разработан алгоритм решения уравнений математического описания процессов, протекающих в адсорберах, реализующий метод адаптивной неявной сетки с автоматическим контролем точности получаемых решений на основе вычисления обобщенного материального баланса технологической схемы.

Сформулирована и решена задача энергосберегающего управления циклическим процессом концентрирования углекислого газа в системе жизнеобеспечения человека на длительном этапе его автономного пребывания в замкнутом объеме.

Разработано алгоритмическое обеспечение системы управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа в системе жизнеобеспечения замкнутого объема, позволяющее рассчитывать энергосберегающее управление с учетом возможности ее нахождения в различных состояниях функционирования.

Практическая ценность работы. Разработанное программное обеспечение, реализующее созданные алгоритмы, позволяет проводить моделирование работы адсорбционного концентратора углекислого газа в условиях изменяющихся состояний функционирования и исследовать эффективность системы управления в системе жизнеобеспечения замкнутого объема.

Результаты математического моделирования и натурных исследований позволили предложить рекомендации по совершенствованию конструкции опытного образца концентратора углекислого газа, на котором проводились эксперименты.

Реализация работы. Программное обеспечение после экспериментальной эксплуатации принято к использованию в ОАО «Корпорация «Росхимзащита» в г. Тамбове.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2008; Белгород, 2010), на конференции ученых ГОУ ВПО ТГТУ (Тамбов, 2009-2010), на научных семинарах кафедры «Информационные процессы и управление» ГОУ ВПО ТГТУ, на научных семинарах ОАО «Корпорация «Росхимзащита» (Тамбов, 2008 - 2010).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 12 печатных работах, в том числе две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по главам, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 150 страницах, включая 53 рисунка и 7 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы, определяется цель диссертационной работы, представлены основные научные и практические результаты диссертации.

В первой главе «Современное состояние в области технологии, математического моделирования и управления процессом адсорбции в системах жизнеобеспечения. Постановка задачи исследования» проводится анализ современного состояния в области СЖО в замкнутых объемах, математического моделирования и управления циклическими адсорбционными процессами в таких системах, подтверждающий актуальность разработки систем управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа в СЖО замкнутого объема. Сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе «Математическое описание процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа» строится математическая модель процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа, технологическая схема которого приведена на рис. 1.



Рис. 1. Технологическая схема процесса концентрирования углекислого газа

Исходная газовая смесь, состоящая из воздуха, паров воды и углекислого газа, вентилятором В подается через регулируемый клапан К₉ на вход концентратора. Через клапан К₁₃ исходная смесь поступает в адсорбер А₁, где начинает вытеснять «горячую» паровую среду, которая далее через клапан К₈ подается в адсорбер А₂. В адсорбере А₂ происходит вытеснение «холодной» среды, которая последовательно через клапаны К₂₅ и К₇ поступает на выход концентратора. После этого происходит переключение клапанов: закрываются клапаны К₁₃ и К₈, открытыми становятся клапаны К₂₁, К₁₂, К₁₄ и по-прежнему открыты К₂₅, К₇. Исходная газовая смесь через клапан К₁₄ начинает поступать в адсорбер А₁, где происходит селективное поглощение углекислого газа и воды. Через клапан К₁₂ на выход концентратора поступает очищенная от углекислого газа газовая смесь воздуха и воды. Одновременно с этим в адсорбер А₂ через клапан К₂₁ подается перегретый пар. Адсорбент в А₂ принимает тепло перегретого пара, вследствие чего начинается процесс десорбции углекислого газа в лобовом слое. Повышение парциального давления углекислого газа в последующих, менее нагретых слоях приводит к его адсорбции. В слое возникает сорбционный фронт углекислого газа, который начинает перемещение к концевому слою адсорбента. На выход адсорбера А₂ через клапаны К₂₅ и К₇ поступает газовая смесь, состоящая преимущественно из воздуха и воды. Этот процесс (выделение воздуха) заканчивается в тот момент, когда сорбционный фронт углекислого газа достигает концевого слоя адсорбента. В этот момент начинается фаза активного выделения углекислого газа, что сопровождается резким ростом расхода и концентрации углекислого газа на выходе, установка переходит в режим продуцирования углекислого газа. По окончании продуцирования углекислого газа закрываются клапаны К₁₂, К₁₄, К₂₁, К₂₅, К₆, открываются К₂₃, К₁₅, К₇, К₈ и происходит перепуск тепла из адсорбера А₂ в адсорбер А₁. Теперь процесс адсорбции углекислого газа проводится в А₂, а в адсорбере А₁ осуществляется десорбция углекислого газа. Попеременное переключение адсорберов позволяет получить непрерывный характер процесса.

Анализ подходов к моделированию процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа показал, что целесообразно построение математического описания по модульному принципу, заключающегося в раздельном математическом описании следующих модулей: вентилятор, клапаны (трубопроводные системы), адсорберы, парогенератор, система энергоснабжения, система управления, обитаемая среда.

Схема взаимодействия модулей адсорбционного концентрирования углекислого газа представлена на рис. 2.

Сформулирована базовая система допущений математического описания процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа.

Построено математическое описание модуля «Адсорбер», структура которого представлена на рис. 3.



Рис. 2. Структурная схема системы адсорбционного концентрирования углекислого газа в СЖО

Построены математические описания модулей «Обитаемая среда», «Парогенератор», «Система энергоснабжения», «Система управления», «Вентилятор», «Система клапанов», которые в общем виде представляют собой следующие функциональные операторы:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

Новизной модели является предложение рассматривать уравнение кинетики адсорбции в виде:

 (7)

Введение дополнительных слагаемых в уравнение (7) наделяет математическое описание дополнительной степенью свободы по отношению к воспроизводимости экспериментальных данных и открывает возможности для исследования динамики неравновесного процесса адсорбции вдали от состояния равновесия.

циклический адсорбционный углекислый энергопотребление



Рис. 3. Модуль «Адсорбер»

В третьей главе «Математическое моделирование процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа» разрабатывается алгоритм расчета уравнений математического описания модуля «Адсорбер», реализующий метод адаптивной неявной сетки с автоматическим контролем точности получаемых решений на основе вычисления обобщенного материального баланса технологической схемы. Алгоритм является устойчивым по отношению к исходным данным и обеспечивает высокую скорость расчета.

Сформулирована и решена задача параметрической идентификации математического описания процесса концентрирования углекислого газа на основе экспериментальных данных. Построена неотрицательная функция:

(8)

Решение задачи параметрической идентификации соответствует решению задачи вида

(9)

Особенностью алгоритма параметрической идентификации является последовательное решение задач (8)-(9) для возрастающего порядка кинетического уравнения (7), для решения задачи параметрической идентификации - одновременная идентификация порядка кинетического уравнения (7) и значений кинетических коэффициентов. Результаты решения задачи параметрической идентификации представлены в табл. 1.

Таблица 1. Численные результаты решения задачи идентификации

1	0,0023	0,081			7,45
2	0,0022	0,083	0,05		6,82
3	0,0022	0,084	0,05	0,83	6,80

В результате решения задачи параметрической идентификации получены значения кинетических коэффициентов и установлено, что использование порядка уравнения кинетики выше двух нецелесообразно. Проверка адекватности математической модели показала, что максимальная погрешность модели не превышает 20,7%.

Изучено влияние различных параметров на характер протекания процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа: расхода подаваемой газовой смеси; температуры подаваемой газовой смеси; концентрации углекислого газа в подаваемой смеси; начальной температуры адсорбционного слоя; температуры перегретого пара; производительности установки; влажности разделяемой смеси; длительности стадий.

Рис. 4. Зависимости концентраций с₁ (0, ) (экспериментальная) и с₁ (L, ) (расчетная) углекислого газа в потоке воздуха соответственно на входе и выходе адсорбера от времени на стадии адсорбции при: а - расходе подаваемой газовой смеси; б - температуре подаваемой газовой смеси

Выходные кривые концентраций углекислого газа имеют вид характеристик с насыщением, где предельным значением является концентрация углекислого газа на входе адсорбционного слоя (рис. 4, а). Выходная концентрация углекислого газа в области малых расходов имеет более высокую чувствительность по отношению к изменению расхода подаваемой газовой смеси. Максимальная чувствительность наблюдается на начальной стадии развития процесса адсорбции. Зависимости равной выходной концентрации от времени нелинейные.

Повышение температуры подаваемой смеси приводит к уменьшению равновесной концентрации углекислого газа, что фактически уменьшает общую сорбционную емкость слоя. Это приводит к тому, что «проскоковые» концентрации углекислого газа начинают наблюдаться на более ранних стадиях развития процесса адсорбции (рис. 4, б).

Выходная концентрация углекислого газа в области меньших температур имеет более высокую чувствительность по отношению к изменению температуры подаваемой газовой смеси. Зависимости чувствительности выходной концентрации к изменению температуры исходной смеси при различных значениях длительности стадии адсорбции (рис. 5) носят экстремальный характер, и каждой величине входной температуры соответствует максимальная чувствительность выходной концентрации углекислого газа.

Рис. 5. Зависимости чувствительности концентрации углекислого газа на выходе адсорбера при различном времени выделения воздуха от температуры подаваемой в адсорбер газовой смеси

При уменьшении длительности стадии адсорбции экстремум кривых чувствительности смещается в сторону уменьшения входной температуры, а абсолютное значение чувствительности уменьшается с увеличением длительности стадии адсорбции.

При длительности процесса адсорбции более 18 мин наблюдается нечувствительность выходной концентрации в областях высоких и низких температур. При длительности менее 18 мин нечувствительность наблюдается только при более высоких температурах.

Зависимости удельных энергозатрат на стадии адсорбции от расхода подаваемой смеси при различных температурах подаваемой смеси представлены на рис. 6. С понижением температуры исходной смеси удельные энергозатраты снижаются. Это объясняется тем, что процесс адсорбции протекает более интенсивно при пониженной температуре. С другой стороны, идет процесс сушки адсорбента после предыдущих стадий. Процесс сушки протекает более интенсивно при повышенной температуре. Из характера кривых можно также сделать вывод, что в рассматриваемом диапазоне температур процесс сушки (десорбции воды) не оказывает значительного влияния на удельные энергозатраты.

Рис. 6. Зависимости удельных энергозатрат от расхода подаваемой смеси в адсорбер на стадии адсорбции при различных температурах смеси



Рис. 7. Зависимости температуры потока углекислого газа на выходе адсорбера на стадии десорбции от времени при различном напряжении в системе энергоснабжения

Динамика температур выходного потока на стадии десорбции от времени при различных значениях напряжения в системе энергоснабжения показаны на рис. 7. С ростом напряжения в сети возрастает скорость движения тепловой волны по сорбционным слоям. При напряжении 120 В рост выходной температуры начинает наблюдаться после 180 с процесса десорбции, а в случае 100 В температура остается неизменной в течение 10 мин. Тем самым следует отметить высокую чувствительность скорости движения скорости движения тепловой волны по сорбционному слою от напряжения в системе энергоснабжения. Предельным значением для всех кривых является температура насыщенного водяного пара.

Проведенный комплекс имитационных исследований процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа позволил выявить характерные особенности влияния различных параметров на характер протекания процесса и перейти к решению задач управления.

В четвертой главе «Система управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа» рассматриваются вопросы построения алгоритмов и систем управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа для систем жизнеобеспечения в замкнутом объеме.

Проведенный анализ процесса как объекта управления позволяет охарактеризовать различные каналы вход-выход (табл. 2).

Таблица 2. Характеристика каналов вход-выход

Вход Выход	cос	Tос	U	u	9	rп	rв
G	В	В	В	У	У	В	У
P	В	В	В	У	В	У	У
Tвых	В	В	В	У	В	У	В
свых	В	В	В	У	У	В	В

Примечание: на пересечении строк и столбцов обозначена характеристика канала: У - возможный управляющий канал; В - канал возмущения.

Таким образом, для управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа наиболее универсальным управляющим воздействием является изменение частоты переключения впускных-выпуск- ных клапанов u, а также величина сопротивления в цепи электроснабжения парогенератора и вентилятора - r_п и r_в , соответственно.

Проведена классификация режимов функционирования установок адсорбционного концентрирования углекислого газа по диапазону концентраций целевых компонентов в продукционных потоках и по эффективности использования ресурса.

В рамках классификации выделены: нормальное состояние - концентрации компонентов в выходных материальных потоках смеси изменяются в заданных диапазонах - обеспечивается изменением ряда величин технологического процесса в заданных диапазонах; экстремальное состояние - концентрации компонентов выходят за границы допустимых диапазонов - определяется режимами, при которых значения выходных переменных выходят из диапазонов, определяемых технологическими ограничениями; идеальное состояние - концентрации компонентов изменяются не более чем на заданную величину относительно заданных характеристик выходов - определяется режимами функционирования, при которых поддерживаются априори наилучшие (оптимальные) значения выходных переменных.

Проведена классификация задач управления процессом адсорбционного разделения. В данной классификации выделены пять задач: 1) задачи, относящиеся к поддержанию среднезаданных концентраций целевых компонентов в выходных потоках; 2) задачи, относящиеся к поддержанию концентраций целевых компонентов в выходных потоках в заданных диапазонах; 3) задачи, решение которых обеспечивает изменение концентраций целевых компонентов в выходных потоках по заданному закону; 4) задачи, относящиеся к нахождению вектора управления u для целей эффективного использования ресурсов системы; 5) комбинированные задачи, возникающие при совместном решении задач 1) - 4).

Формализованы ограничения и допущения в задачах управления.

С учетом проведенных исследований сформулирована следующая задача управления: необходимо в заданном диапазоне возмущающих воздействий - состав газовой смеси в среде обитания , температура газовой смеси в среде обитания , напряжение в системе энергоснабжения - найти такой вектор управления =, при котором

(10)

с учетом ограничений на:

а) остаточную концентрацию углекислого газа в очищаемом воздухе:

(11)

б) влажность концентрированной газовой смеси:

 (12)

в) концентрацию углекислого газа:

(13)

г) мгновенную потребляемую мощность:

(14)

д) производительность по концентрированной газовой смеси:

(15)

е) расход очищаемого воздуха:

(16)

ж) температуру греющего пара:

(17)

и выполнение уравнений связи математической модели (рис. 3).

Рассматриваемая задача не может быть решена в представленном виде, так как не известны заранее: характер выделения углекислого газа и паров воды в объеме обитания; характер тепловыделений, определяющий температуру в объеме обитания ; колебания напряжения в сети питания . Поэтому исходную задачу декомпозируем на внешнюю и внутреннюю.

Внешняя задача: необходимо найти такую циклограмму переключения клапанов u, при некоторых наиболее вероятных , , , и заданных , , , чтобы выполнялись условия (10) - (17) при уравнениях связи в виде математической модели (рис. 3, (1) - (6)).

Внутренняя задача: для , , , и найденной циклограммы переключения клапанов u необходимо найти , , , корректирующие решение внешней задачи (10) с учетом ограничений (11) - (17).

Функционально-структурная схема решения общей задачи управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа показана на рис. 8.

Рис. 8. Функционально-структурная схема решения общей задачи управления

В работе показана необходимость выбора целесообразного класса систем управления. Задача заключается в выборе из совокупности классов управления класса, наиболее удовлетворяющего набору заданных технико-экономических ограничений. В рамках поставленной задачи рассмотрен класс систем автоматической стабилизации (САС), систем статической и динамической оптимизации (ССО, СДО). Результаты исследования показали, что после первого этапа для последующих исследований были оставлены два класса ССО и СДО, а САС отброшена из-за соображений, связанных со спецификой решаемой задачи.

Построен алгоритм поиска в выбранном классе такой топологии СДО, при которой достигаются наилучшие значения функционала качества при выполнении технологических ограничений. Алгоритм выбора целесообразной системы динамической оптимизации заключается в выборе множества систем из класса СДО и задании вектора весовых коэффициентов качественных показателей системы. Реализуется система СДО, которая соответствует максимальному значению показателя эффективности.

Отработка алгоритма позволила определить в качестве варианта подлежащего реализации СДО с эталонной моделью в контуре управления.

Для реализации режимов выбрана жесткая активная система управления (двухуровневая система управления), рис. 9.



Рис. 9. Структурная схема системы управления процесса концентрирования углекислого газа: ДК - датчик состава; ДР - датчик расхода; ДТ - датчик температуры; Д - датчики температуры, состава, расхода; ИМ - исполнительный механизм; Р - регулятор; ЛЭ - логический элемент; ПЗ - программный задатчик; РО - регулирующий орган

Задачами нижнего уровня управления являются компенсация высокочастотных возмущений и отработка заданий, выдаваемых верхним уровнем в зависимости от изменений условий функционирования.

Приведены имитационные исследования функционирования выбранной системы управления в составе CЖО космического аппарата при различном характере возмущающих воздействий.

Предложены варианты физической реализации выбранной системы управления применительно к СЖО космического аппарата.

В пятой главе «Тренажерный комплекс для подготовки экипажа, автономно работающего в замкнутых объемах длительное время» разработан алгоритм функционирования тренажерного комплекса, использующего в контурах обучения разработанные математические модели и алгоритмы управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа. В качестве инструментария для разработки тренажерного комплекса выбран программный пакет «КРУГ-2000». Определена структура технических и программных средств и приведено описание разработанного интерфейса тренажерного комплекса.

Выводы

Для разработки системы управления циклическим процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа в системе жизнеобеспечения замкнутого объема, обеспечивающей минимизацию удельного энергопотребления на множестве состояний функционирования, были поставлены и решены следующие задачи:

- разработка математической модели процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа, которая позволит изучать протекающие в ней процессы для различных состояний функционирования системы, и быть пригодной для применения ее в составе системы управления процессом;

- проведение математического моделирования различных технологических режимов работы концентратора, в котором протекают адсорбционные процессы для различных состояний функционирования в системе жизнеобеспечения замкнутого объема;

- постановка задачи энергосберегающего управления циклическим процессом концентрирования углекислого газа на длительном этапе автономного пребывания человека в замкнутом объеме;

- создание соответствующего алгоритмического и программного обеспечения системы управления процессом концентрирования углекислого газа.

Разработанные математические модели позволяют:

- проводить имитационное моделирование работы сложных по структуре потоков установок адсорбционного концентрирования;

- использовать их в программных комплексах составляющих основу САПР и АСНИ процессов циклического адсорбционного разделения газовых смесей;

- использовать их в составе систем управления, а также при расчете энергосберегающих законов управления.

Результаты исследований, проведенных в работе, использованы в ОАО «Корпорация «Росхимзащита» для проведения имитационных исследований режимов функционирования установок адсорбционного концентрирования углекислого газа.

Основные условные обозначения

A - вязкостный коэффициент сопротивления зернистого слоя; a - концентрация газовой компоненты в адсорбенте, кг_{компонента} / кг_{адсорбента} ; B - инерционный коэффициент сопротивления зернистого слоя; b - параметр изотермы, м³ / кг_{компонента} ; с - концентрация газовой компоненты в межгранулярном пространстве адсорбера, кг_{компонента} / м³; G - расход газовой смеси, м³/с; I - потребляемый ток, А; L - длина сорбционного слоя, м; - порядок уравнения кинетики; n _к - количество компонентов; P - потребляемая электрическая мощность, Вт; R - универсальная газовая постоянная Менделеева, Дж / (моль K); r - электрическое сопротивление, Ом; S - площадь сорбционного слоя в сечении 0xy; T - абсолютная температура, K; U - напряжение в сети, В; u - вектор управляющих воздействий клапанов; w - линейная скорость газового потока, м/с; _i - коэффициенты кинетики (i = , (кг_{адсорбента} / кг_{компонента}) ⁱ-¹ / c); - удельная теплоемкость вещества, Дж / (кг K); - порозность слоя; - насыпная плотность адсорбента, кг_{адсорбента} / м³; - время, с; - степень открытия клапана, %.

Индексы: 1 - углекислый газ; 2 - вода; 0 - начальная величина; а - значение параметров адсорбента; в - значение параметров вентилятора; п - значение параметров парогенератора; пр - значение параметров при перепуске тепла; су - значение параметров системы управления; мод - параметр моделирования; доп - допустимая величина; max - максимальная величина; - предельная величина; * - равновесная (оптимальная) величина.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

В изданиях, определенных ВАК РФ:

Кодификация знаний о циклических адсорбционных процессах / В.Г. Матвейкин, С.Б. Путин, П.Ю. Путин, С.А. Скворцов, С.С. Толстошеин // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. - Тамбов, 2010. - № 4 - 6(29). - С. 125 - 133.

Математическое моделирование процесса адсорбции углекислого газа / В.Г. Матвейкин, С.Б. Путин, С.А. Скворцов, С.С. Толстошеин // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - Тамбов, 2010. - Т. 16, № 3. - С. 603 - 609.

В других изданиях:

Путин, С.Б. Имитационное моделирование процесса адсорбционного разделения воздушной смеси / С.Б. Путин, С.А. Скворцов, С.С. Толстошеин // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-21 : сб. тр. XХI Междунар. науч. конф. : в 10 т. / под общ. ред. В.С. Балаки- рева. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2008. - Т. 6, секц. 12, 13. - С. 331-332.

Современные технологии автоматизации процессов адсорбционного разделения газовых смесей / С.Б. Путин, И.А. Елизаров, С.А. Скворцов, С.С. Толстошеин // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-21 : сб. тр. XХI Междунар. науч. конф. : в 10 т. / под общ. ред. В.С. Балакирева. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2008. - Т. 5, cекц. 11. - С. 331-332.

Классификация процессов адсорбционного разделения газовых смесей в системах жизнеобеспечения / С.Б. Путин, С.А. Скворцов, Р.Т. Такмазов, С.С. Толстошеин // Стратегия развития научно-производст- венного комплекса РФ в области разработки и производства систем жизнеобеспечения и защиты человека в условиях химической и биологической опасности : материалы Рос. науч. конф. 14 окт. 2009 г. - Тамбов : Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина, 2009. - С. 115-116.

Толстошеин, С.С. Тренажерный комплекс подготовки персонала для условно-замкнутых обитаемых станций // Проблемы управления и автоматизации технологических процессов и производств : сб. тр. Всерос. науч.-техн. конф. - Уфа : Уфим. гос. нефтяной техн. ун-т, 2010. - С. 215-216.

Параметрическая идентификация параметров математической модели процесса адсорбции / В.Г. Матвейкин, С.Б. Путин, С.А. Скворцов, С.С. Толстошеин // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-23 : сб. тр. XХIII Междунар. науч. конф. : в 12 т. / под общ. ред. В.С. Балакирева. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. - Т. 11, секц. 12, 13. - С. 11-12.

Математическое моделирование процесса адсорбции углекислого газа в системе жизнеобеспечения / В.Г. Матвейкин, С.Б. Путин, С.А. Скворцов, С.С. Толстошеин // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-23 : сб. тр. XХIII Междунар. науч. конф. : в 12 т. / под общ. ред. В.С. Балакирева. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. - Т. 8, секц. 9. - С. 25-26.

Размещено на Allbest.ru