Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Диссертационная работа:

Поздняков Денис Николаевич. Моделирование динамики процессов синтеза полимеров на основе статистических инвариантов : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.18 : Воронеж, 2005 160 c. РГБ ОД, 61:05-5/2144

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ. 4

ГЛАВА 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ РАБОТЫ 10

  1. Инвариантные множества в динамических системах 10

  2. Математическое моделирование процессов полимеризации 21

  1. Классификация процессов полимеризации 21

  2. Молекулярно-массовое распределение 26

  3. Математические модели процессов полимеризации. Метод моментов 32

1.3. Выводы и постановка задач работы 39

ГЛАВА 2. МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ
ПОЛИМЕРИЗАЦИИ НА ПЛОСКОСТИ
41

2.1. Метод приведенных распределений 41

  1. Описание метода 41

  2. Применение метода приведённых распределений для исследования моделей процессов полимеризации 44

2.1.2.1. Определение ширины распределения 45

2.1.3. Библиотека индикаторов 47

2.2. Разработка алгоритмов и программного обеспечения для
исследования моделей процессов полимеризации
51

  1. Анализ задачи и требований, предъявляемых к программному обеспечению 51

  2. Структуры данных 56

  3. Основные алгоритмы 63

  4. Структура программы 74

Выводы 80

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
ПРОЦЕССОВ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ В ДИНАМИКЕ.
81

3.1. Модель безобрывного процесса 81

  1. Периодический процесс (кинетический модуль) 81

  2. Непрерывный процесс 87

  3. Непрерывный процесс (энергетический модуль) 93

3.2. Модель процесса с механизмом случайного обрыва цепи 98

  1. Периодический процесс (кинетический модуль) 99

  2. Непрерывный процесс 104

3.3. Модель с несколькими активными центрами 112

Выводы 115

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ 117

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 119

Введение к работе:

Актуальность темы. Полимеризация— одна из типовых технологий химического производства — является основным процессом при производстве синтетических каучуков, синтетических волокон, пластмасс и т. д. В связи с широким промышленным применением полимеризационных процессов весьма актуальными являются вопросы их математического моделирования.

Разработаны и применяются модели как лабораторных процессов, так и полимеризации в промышленных установках: реакторах периодического и непрерывного действия. Современные методы моделирования процессов полимеризации направлены на решение таких задач как проектирование новых химических производств, оптимальное управление процессом, прогнозирование влияния изменений условий эксплуатации, расчет показателей качества конечного продукта и т. п. Соответственно поставленной задаче можно выбирать уровень детализации модели.

Основным результатом математического моделирования процессов полимеризации. во многих случаях является молекулярно-массовое распределение полимера— основной качественный показатель получаемого продукта. Поэтому при моделировании крупнотоннажных производств особое внимание уделяется статическим режимам непрерывных процессов.

Однако не менее важным является исследование динамических режимов, например режимов пуска и останова. Полимеризационный процесс можно представить как сложный многомерный объект, параметры которого связаны между собой, подвергающийся действию различных возмущений. Таким образом, описание динамики процесса с учетом множества параметров, их перекрестных связей, воздействия возмущений является нетривиальной задачей.

В связи с этим возникает необходимость в разработке способа описания динамических режимов процессов полимеризации, базирующегося на

5 известных методах моделирования этих процессов, предоставляющего

информацию о важнейших параметрах и показателях качества.

Диссертационная работа выполнена в рамках научной программы 50.39/05 «Вычислительные и информационно-телекоммуникационные системы», подраздел 50.43/05 «АСУТП».

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка системы математического моделирования процессов полимеризации с оперативным определением класса молекулярно-массового распределения полимера в динамике на основе статистических инвариантов.

Для достижения указанной цели необходимо решение следующих задач:

анализ методов исследования динамических систем и методов моделирования процессов синтеза полимеров и оценка возможностей их совместного применения на основе статистических индикаторов;

исследование и формирование математического описания динамических режимов процессов полимеризации на основе метода моментов, позволяющего проводить анализ процесса и оценку качественных показателей продукта по типу молекулярно-массового распределения;

разработка алгоритмического и программного обеспечения системы моделирования процессов полимеризации;

проведение машинных экспериментов и исследование моделей процессов полимеризации, анализ полученной информации о динамике процесса, устойчивости ММР.

Методы исследования. При выполнении диссертационной работы использовались методы математического моделирования, качественного исследования динамических систем, теории вероятностей, математической статистики, теории построения трансляторов, объектно-ориентированного программирования, химической кинетики.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:

разработан способ описания динамики процессов синтеза полимеров, базирующийся на методе моментов и методе приведенных распределений, отличительной особенностью которого является возможность оперативного определения класса молекулярно-массового распределения в динамике;

сформирована библиотека статистических индикаторов теоретических распределений, соответствующих применяемым для описания молекулярно-массовых распределений полимеров, получаемых на практике;

разработано алгоритмическое и программное обеспечение моделирования процессов полимеризации, позволяющее на основе предложенного метода оценивать класс молекулярно-массового распределения в динамике и в статике;

для всех исследованных процессов с помощью машинных экспериментов определены классы известных теоретических распределений, через которые проходит молекулярно-массовое распределение полимера в динамике;

установлены зависимости характера протекания процессов от таких факторов как тип процесса (периодический или непрерывный), начальные значения параметров, среднее время пребывания в реакторе, значения констант элементарных стадий реакции;

для непрерывных процессов определены устойчивые состояния равновесия в пространствах индикаторов.

Практическая значимость работы. Разработан программный комплекс для исследования динамики процессов полимеризации, состоящий из программы моделирования и описания процессов, подключаемой к ней библиотеки статистических индикаторов и приложения для редактирования и пополнения библиотеки. Программный комплекс может быть использован в научных исследованиях и учебном процессе. Возможно также применение разработанного программного обеспечения в системах управления промышленными процессами полимеризации.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры автоматизированных и вычислительных систем Воронежского государственного технического университета (2001 - 2003 гг.); на VI и VIII Международных открытых научных конференциях «Современные проблемы информатизации в технике и технологиях» (Воронеж, 2001, 2003); на Региональной научно-технической конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2003); на международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Социально-экономическое развитие регионов: реальность и перспективы» (Воронеж, 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично автором предложены: [2] — постановка целей и задач исследований, [1, 3, 7] — обоснование применения метода приведенных распределений для описания и анализа процессов полимеризации, [5, 9] — структура программного обеспечения, [4, 6, 8] — примеры моделирования процессов полимеризации с помощью метода приведенных распределений.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 128 страницах, включает 3 таблицы и 58 рисунков; состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 100 наименований и приложения.

Содержание работы. Первая глава состоит из двух основных частей. В первой части рассматриваются вопросы качественного исследования динамических систем. Подробно рассматриваются динамические системы второго порядка, то есть динамические системы на плоскости. Приведены некоторые основные типы инвариантных множеств таких систем и их фазовые портреты.

Вторая часть первой главы посвящена математическому моделированию процессов полимеризации. Рассмотрена основная характеристика полимеров — молекулярно-массовое распределение (ММР) полимерных цепей. Приведены

8 наиболее часто употребляемые для описания ММР теоретические распределения. Представлена классификация процессов полимеризации и их моделей. Описан метод моментов, с помощью которого модели процессов синтеза полимеров записываются в виде динамической системы с конечным небольшим числом измерений. Предложено исследовать динамику поведения таких моделей в пространствах с меньшим числом измерений — на плоскостях. Выявлены цели и задачи диссертационной работы.

Во второй главе представлен метод приведенных распределений, относящийся к методам математической статистики и позволяющий определять класс распределений с помощью особых статистических индикаторов. Базовую концепцию метода составляет принцип сведения распределений одного класса к одному типичному их представителю, а именно к распределению на единичном отрезке. Обосновано применение этого метода при моделировании реакций полимеризации, записанных методом моментов. Отдельно рассмотрен вопрос определения ширины распределения для последующего его усечения. Разработана библиотека индикаторов распределений, применяемых для описания ММР.

Разработана и представлена структура программного обеспечения для моделирования полимеризационных процессов с применением разработанного подхода. Представлены основные алгоритмы, используемые в работе программы.

В третьей главе представлены результаты исследований поведения моделей трех видов процессов: безобрывной полимеризации, полимеризации со случайным обрывом и полимеризации с передачей цепи на мономер и спецагент, — проведенных с помощью разработанного специального программного обеспечения. По каждому из этих видов представлены модели периодических и непрерывных процессов.

Безобрывная полимеризация представлена тремя моделями. При исследовании периодического процесса варьировались начальные значения основных параметров модели. Динамика двух моделей непрерывного процесса

9 (при постоянной и переменной температуре) изучались путем варьирования

среднего времени пребывания в реакторе, т. е. постепенного «растягивания»

полимеризационного процесса по реакторам каскада.

Моделирование процессов полимеризации с механизмом случайного обрыва проводилось с варьированием скоростей элементарных стадий реакции. Для непрерывного процесса, кроме того, исследовалась зависимость от среднего времени пребывания в реакторе.

В качестве модели процесса с передачей цепи на мономер и спецагент взята динамическая система, описывающая кинетику процесса полимеризации бутадиена. Для периодического процесса исследована взаимозависимость статистических индикаторов и полидисперсности.

Приведено описание динамической части каждого процесса в графической форме и численные результаты. Представлен анализ полученной информации. Выявлены зависимости характера протекания процесса от варьируемых параметров.

Подобные работы
Андриянов Алексей Иванович
Математическое моделирование процессов нелинейной динамики в замкнутых системах автоматического управления с однополярной реверсивной модуляцией
Борисов Андрей Валерьевич
Моделирование динамики многозвенного антропоморфного механизма
Иванов Антон Валерьевич
Кинетическое моделирование динамики фазовых переходов в твердом теле
Комилов Файзали Саъдуллоевич
Имитационное моделирование динамики экосистем искусственных водоемов
Пахомов Юрий Игоревич
Математическое моделирование динамики высокотемпературной плазмы в приближении электронной магнитной гидродинамики с использованием неявных разностных схем
Пенский Олег Геннадьевич
Математическое моделирование динамики вдавливания недеформируемых тел в сплошную среду из импульсно-тепловых машин
Снытников Алексей Владимирович
Моделирование динамики гравитирующего диска на суперЭВМ
Хорев Константин Павлович
Математическое моделирование динамики процентных ставок с приложениями к ценообразованию структурных финансовых инструментов
Позднякова Татьяна Андреевна
Математическое моделирование динамики молекулярных кристаллов
Погосбекян Михаил Юрьевич
Моделирование динамики молекулярных реакций на высокопроизводительных многопроцессорных кластерах

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net