Головна

   Велика Радянська Енциклопедія

моделях

   
 

; побудова і вивчення моделей реально існуючих предметів і явищ (живих і неживих систем, інженерних конструкцій, різноманітних процесів - фізичних, хімічних, біологічних, соціальних) і конструюються об'єктів (для визначення, уточнення їх характеристик, раціоналізації способів їх побудови і т. п.). М. як пізнавальний прийом невіддільне від розвитку знання. По суті, М. як форма відображення дійсності зароджується в античну епоху одночасно з виникненням наукового пізнання. Однак у виразній формі (хоча без вживання самого терміна) М. починає широко використовуватися в епоху Відродження;

Брунеллески Мікеланджело і інші італійські архітектори і скульптори користувалися моделями проектованих ними споруд; в теоретичних же роботах Г. Галілея , Леонардо да Вінчі не тільки використовуються моделі, але і з'ясовуються межі застосовності методу М. І. Ньютон и користується цим методом вже цілком усвідомлено, а в 19-20 ст. важко назвати галузь науки або її додатків, де М. не мало б істотного значення; виключно велику методологічну роль зіграли в цьому відношенні роботи Кельвіна, Дж. Максвелла , Ф. А. Кекуле , А. М. Бутлерова та інших фізиків і хіміків - саме ці науки стали, можна сказати, класичними "полігонами" методів М. Поява ж перших електронних обчислювальних машин (Дж. Нейман , 1947) і формулювання основних принципів кібернетики (Н. Вінер , 1948) привели до воістину універсальної значущості нових методів - як в абстрактних областях знання, так і в їх додатках. М. нині придбало загальнонауковий характер і застосовується в дослідженнях живої і неживої природи, в науках про людину і суспільство (див. Моделі в біології, Моделі в економіці, Моделі в мовознавстві, Ядерні моделі ). Єдина класифікація видів М. скрутна чинності багатозначності поняття "модель" в науці і техніці. Її можна проводити за різними підставами: за характером моделей (тобто за коштами М.); по характеру модельованих об'єктів; за сферами додатка М. (М. в техніці, у фізичних науках, в хімії, М. процесів живого, М. психіки і т. п.) і його рівням ("глибині"), починаючи, наприклад, з виділення у фізиці М. на мікрорівні (М. на рівнях дослідження, що стосуються елементарних часток, атомів, молекул). У зв'язку з цим будь-яка класифікація методів М. приречена на неповноту, тим більше, що термінологія в цій області спирається не стільки на "строгі" правила, скільки на мовні, наукові та практичні традиції, а ще частіше визначається в рамках конкретного контексту і поза ним ніякого стандартного значення не має (типовий приклад - термін "кібернетичне" М.). Предметним називається М., в ході якого дослідження ведеться на моделі, що відтворює основні геометричні, фізичні, динамічні та функціональні характеристики " оригіналу ". На таких моделях вивчаються процеси, що відбуваються в оригіналі - об'єкт дослідження або розробки (вивчення на моделях властивостей будівельних конструкцій, різних механізмів, транспортних засобів і т. п.). Якщо модель і модельований об'єкт мають одну і ту ж фізичну природу, то говорять про фізичний М. (див. Моделювання фізичне

Явище (система, процес) може досліджуватися і шляхом дослідного вивчення яких-небудь явища іншої фізичної природи, але такого, що воно описується тими ж математичними співвідношеннями, що і моделируемое явище. Наприклад, механічні та електричні коливання описуються одними і тими ж диференціальними рівняннями; тому за допомогою механічних коливань можна моделювати електричні і навпаки. Таке "предметно-математичне" М. широко застосовується для заміни вивчення одних явищ вивченням інших явищ, зручніших для лабораторного дослідження, зокрема тому, що вони допускають вимір невідомих величин (див.

Моделювання аналогове Так, електричне М. дозволяє вивчати на електричних моделях механічних, гідродинамічних, акустичних і інші явища. Електричне М. лежить в основі т. н. ). аналогових обчислювальних машин При знаковому М. моделями служать знакові утворення якого виду: схеми, графіки, креслення, формули, графи, слова і пропозиції в деякому алфавіті (природної або штучної мови) (див. ). Знак Смуток .

). Найважливішим видом знакового М. є математичне (логіко-математичне) М., здійснюване засобами мови математики і логіки (див. , Математична модель Знакові освіти та їх елементи завжди розглядаються разом з певними перетвореннями, операціями над ними, які виконує людина або машина (перетворення математичних, логічних, хімічних формул, перетворення станів елементів цифрової машини, відповідних знакам машинної мови, та ін.) Сучасна форма «матеріальної реалізації" знакового (перш за все, математичного) М. - це М. на цифрових електронних обчислювальних машинах, універсальних і спеціалізованих. Такі машини - це свого роду "чисті бланки", на яких в принципі можна зафіксувати опис будь-якого процесу (явища) у вигляді його

програми , тобто закодованої на машинній мові системи правил, дотримуючись яких машина може "відтворити" хід модельованого процесу. ). Дії зі знаками завжди в тій чи іншій мірі пов'язані з розумінням знакових утворень і їх перетворень: формули, математичні рівняння і т. п. вираження застосовуваного при побудові моделі наукової мови певним чином інтерпретуються (тлумачаться) в поняттях тієї предметної області, до якої відноситься оригінал (див. Інтерпретація Тому реальна побудова знакових моделей або їх фрагментів може замінюватися подумки-наочним поданням знаків і (або) операцій над ними. Цей різновид знакового М. інколи називається уявним М. Втім, цей термін часто застосовують для позначення «інтуїтивного "М., що не використовує ніяких чітко фіксованих знакових систем, а протікає на рівні" модельних уявлень ". Таке М. є неодмінна умова будь-якого пізнавального процесу на його початковій стадії.

За характером тієї сторони об'єкта, яка піддається М., доречно розрізняти М. структури об'єкту і М. його поведінки (функціонування протікають у ньому процесів і т. п.). Це розрізнення суто відносно для хімії або фізики, але воно набуває чіткого сенс у науках про життя, де розрізнення структури і функції систем живого належить до числа фундаментальних методологічних принципів дослідження, і в кібернетиці, що робить акцент на М. функціонування досліджуваних систем. При "кібернетичному" М. зазвичай абстрагуються від структури системи, розглядаючи її як "чорний ящик", опис (модель) якого будується в термінах співвідношення між станами його «входів" і "виходів" ("входи" відповідають зовнішніх впливів на досліджувану систему, "виходи" - її реакціям на них, тобто поведінці). Для ряду складних явищ (наприклад, турбулентності, пульсацій в областях відриву потоку і т. п.) користуються стохастичним М., заснованим на встановленні ). ймовірностей

тих чи інших подій. Такі моделі не відображають весь хід окремих процесів в даному явищі, що носять випадковий характер, а визначають деякий середній, сумарний результат.

Поняття М. є гносеологічної категорією, що характеризує один з важливих шляхів пізнання. Можливість М., тобто перенесення результатів, отриманих в ході побудови і дослідження моделей, на оригінал, заснована на тому, що модель в певному сенсі відображає (відтворює, моделює) які-небудь його риси; при цьому таке відображення (і пов'язана з ним ідея подібності) засноване, явно чи неявно, на точних поняттях ізоморфізму або

гомоморфізму (або їх узагальненнях) між досліджуваним об'єктом і деяким іншим об'єктом «оригіналом» і часто здійснюється шляхом попереднього дослідження (теоретичного або експериментального) того й іншого. Тому для успішного М. корисна наявність вже сформованих теорій досліджуваних явищ, або хоча б задовільно обгрунтованих теорій і гіпотез, що вказують гранично допустимі при побудові моделей спрощення. Результативність М. значно зростає, якщо при побудові моделі і перенесенні результатів з моделі на оригінал можна скористатися деякою теорією, уточнюючої пов'язану з використовуваною процедурою М. ідею подібності. Для явищ однієї і тієї ж фізичної природи така теорія, заснована на використанні поняття розмірності фізичних величин, добре розроблена (див. Моделювання фізичне Подібності теорія ). Але для М. складних систем і процесів, що вивчаються, наприклад, у кібернетиці, аналогічна теорія ще не розроблена, чим і обумовлено інтенсивний розвиток теорії великих систем , - загальної теорії побудови моделей складних динамічних систем живої природи, техніки та соціально-економічної сфери. М. завжди використовується разом з ін загальнонауковими і спеціальними методами. Насамперед М. тісно пов'язане з експериментом . Вивчення будь-якого явища на його моделі (при предметному, знаковому М., М. на ЕОМ) можна розглядати як особливий вид експерименту: "модельний експеримент", що відрізняється від звичайного ("прямого") експерименту тим, що в процес пізнання включається "проміжна ланка" - модель, що є одночасно і засобом, і об'єктом експериментального дослідження, який заміняє досліджуваний об'єкт. Модельний експеримент дозволяє вивчати такі об'єкти, прямий експеримент над якими утруднений, економічно невигідний, або взагалі неможливий в силу тих чи інших причин [М. унікальних (наприклад, гідротехнічних) споруд, складних промислових комплексів, економічних систем, соціальних явищ, процесів, що відбуваються в космосі, конфліктів та бойових дій та ін].

Дослідження знакових (зокрема, математичних) моделей також можна розглядати як деякі експерименти ("експерименти на папері", розумові експерименти). Це стає особливо очевидним у світлі можливості їх реалізації засобами електронної обчислювальної техніки. Один з видів модельного експерименту - модельно-кібернетичний експеримент, в ході якого замість "реального" експериментального оперування з досліджуваним об'єктом знаходять алгоритм (програму) його функціонування, який і виявляється своєрідною моделлю поведінки об'єкта. Вводячи цей алгоритм в цифрову ЕОМ і, як кажуть, "програючи" його, отримують інформацію про поведінку оригіналу в певному середовищі, про його функціональних зв'язках з мінливою "середовищем проживання".

Т. о., можна передусім розрізняти "матеріальне" (предметне) і "ідеальне" М.; перше можна трактувати як "експериментальне", друге - як "теоретичне" М., хоча таке протиставлення, звичайно, досить умовно не тільки в силу взаємозв'язку і обопільного впливу цих видів М., а й наявності таких "гібридних" форм, як "уявний експеримент". "Матеріальне" М. підрозділяється, як було сказано вище, на фізичне і предметно-математичне М., а окремим випадком останнього є аналогове М. Далі, "ідеальне" М. може відбуватися як на рівні найзагальніших, бути може навіть не до кінця усвідомлених і фіксованих, "модельних уявлень", так і на рівні досить деталізованих знакових систем; в першому випадку говорять про уявному (інтуїтивному) М., в другому - про знаковий М. (найважливіший і найбільш поширений вид його - логіко-математичний М.). Нарешті, М. на ЕОМ (часто іменоване "кібернетичним") є "предметно-математичним за формою, знаковим за змістом ". М. необхідно передбачає використання абстрагування і ідеалізації

. Відображаючи суттєві (з точки зору мети дослідження) властивості оригіналу і відволікаючись від несуттєвого, модель виступає як специфічна форма реалізації

абстракції , тобто як деякий абстрактний ідеалізований об'єкт. При цьому від характеру і рівнів лежать в основі М. абстракцій і ідеалізацій у великій мірі залежить весь процес перенесення знань з моделі на оригінал; зокрема, істотне значення має виділення трьох рівнів абстракції, на яких може здійснюватися М.: рівня потенційної здійсненності (коли згаданий перенесення передбачає відвернення від обмеженості пізнавально-практичної діяльності людини у просторі та часі, см. Абстракції принцип рівня "реальною" здійсненності (коли це перенесення розглядається як реально здійсненний процес, хоча, бути може, лише в деякий майбутній період людської практики) і рівня практичної доцільності (коли це перенесення не тільки здійснимо, але і бажаний для досягнення деяких конкретних пізнавальних або практичних завдань). На всіх цих рівнях, проте, доводиться рахуватися з тим, що М. даного оригінала може ні на якому своєму етапі не дати повного знання про нього. Ця риса М. особливо істотна в тому випадку, коли предметом М. є складні системи, поведінка яких залежить від значного числа взаємопов'язаних факторів різної природи. В ході пізнання такі системи відображаються в різних моделях, більш менш виправданих; при цьому одні з моделей можуть бути родинними один одному, інші ж можуть виявитися глибоко різними. Тому виникає проблема порівняння (оцінки адекватності) різних моделей одного і того ж явища, що вимагає формулювання точно визначених критеріїв порівняння. Якщо такі критерії грунтуються на експериментальних даних, то виникає додаткова трудність, пов'язана з тим, що хороший збіг висновків, які випливають з моделі, з даними спостереження і експерименту ще служить однозначним підтвердженням вірності моделі, т. к. можлива побудова інших моделей даного явища, які також будуть підтверджуватися емпіричними фактами. Звідси - природність ситуації, коли створюються взаємодоповнюючі або навіть суперечать один одному моделі явища; протиріччя можуть "зніматися" в ході розвитку науки (і потім з'являтися при М. на глибшому рівні). Наприклад, на певному етапі розвитку теоретичної фізики при М. фізичних процесів на "класичному" рівні використовувалися моделі, що припускають несумісність корпускулярних і хвильових уявлень; ця "несумісність" була "знята" створенням квантової механіки, в основі якої лежить теза про корпускулярно- хвильовий дуалізм, закладеному в самій природі матерії. Іншим прикладом такого роду моделей може служити М. різних форм діяльності мозку. Створювані моделі інтелекту і психічних функцій - наприклад, у вигляді евристичних програм для ЕОМ - показують, що М. мислення як інформаційного процесу можливо в різних аспектах (дедуктивному - формально-логічному, див ),Дедукція

; Индуктивном - див

Індукція ; Нейтрологіческом, евристичному - дивЕвристика  для "узгодження" яких необхідні подальші логічні, психологічні, фізіологічні, еволюційно-генетичні та модельно-кібернетичні дослідження.М. глибоко проникає в теоретичне мислення. Більш того, розвиток будь-якої науки в цілому можна трактувати - у вельми загальному, але цілком розумному сенсі, - як "теоретичне М.". Важлива пізнавальна функція М. полягає в тому, щоб служити імпульсом, джерелом нових теорій. Нерідко буває так, що теорія спочатку виникає у вигляді моделі, що дає наближене, спрощене пояснення явища, і виступає як первинна робоча гіпотеза, яка може перерости в "предтеорію" - попередницю розвиненої теорії. При цьому в процесі М. виникають нові ідеї і форми експерименту, відбувається відкриття раніше невідомих фактів. Таке "переплетення" теоретичного та експериментального М. особливо характерно для розвитку фізичних теорій (наприклад, молекулярно-кінетичної або теорії ядерних сил). М. - не тільки один із засобів відображення явищ і процесів реального світу, а й - незважаючи на описану вище його відносність - об'єктивний практичний критерій перевірки істинності наших знань, здійснюваної безпосередньо або за допомогою встановлення їх стосунки до іншої теорії, яка виступає в якості моделі, адекватність якої вважається практично обгрунтованою. Застосовуючись в органічній єдності з іншими методами пізнання, М. виступає як процес поглиблення пізнання, його руху від відносно бідних інформацією моделей до моделей змістовнішим, повніше розкриває сутність досліджуваних явищ дійсності.),При М. більш менш складних систем зазвичай застосовують різні види М. Приклади див. нижче в розділах про М. енергосистем і М. хімічних реактивів.

Літ.:

 Гутенмахер Л. І., Електричні моделі, М. - Л., 1949; Кирпичов М. В., Теорія подібності, М., 1953; Ляпунов А. А., Про деякі загальні питання кібернетики, в кн.: Проблеми кібернетики, в. 1, М., 1958; Вальт Л. О., Пізнавальне значення модельних уявлень у фізиці, Тарту, 1963; Глушков В. М., Гносеологічна природа інформаційного моделювання, «Питання філософії», 1963, Ї 10; Новик І. Б., Про моделювання складних систем, М., 1965; Моделювання як метод наукового дослідження, М., 1965; Віників В. А., Теорія подібності і моделювання стосовно завдань електроенергетики, М., 1966; Штофф В. А., Моделювання та філософія, М. - Л., 1966; Чавчанідзе В. В., Гельман Про, Я., Моделювання в науці і техніці, М., 1966; Гаст Ю. А., Про гносеологічних аспектах моделювання, в кн.: Логіка і методологія науки, М., 1967; Бусленко Н. П., Моделювання складних систем, М., 1968; Морозов К. Є., Математичне моделювання в науковому пізнанні, М., 1969; Проблеми кібернетики, М., 1969; Уемов А. І., Логічні основи методу моделювання, М., 1971; Налімов В. В., Теорія експерименту, М., 1971; Бірюков Б. В., Геллер Е. С., Кібернетика в гуманітарних науках, М., 1973.

Б. В. Бірюков, Ю. А. Гаст, Є. С. Геллер.

Моделювання енергосистем. Оскільки енергосистема містить безліч окремих елементів, з'єднаних певним чином, то і модель системи повинна відтворювати всі підлягають дослідженню відносини і зв'язки всередині об'єкта, що стосуються взаємин всіх елементів або виділяються груп елементів, що розглядаються в цьому випадку як підсистеми. При М. енергосистем розрізняють випадки, коли подобу встановлюється для всіх елементів, що впливають на досліджувані функції, які проявляються як у часі, так і в просторі (повна подібність), і випадки, коли встановлюється подібність лише частини процесів або досліджуваних функцій системи (неповне подобу), наприклад, коли вивчається зміна параметрів процесу тільки в часі без розгляду відповідних змін в просторі. Повний подобу і відповідно повне М. енергосистем реалізується переважно при вивченні систем або окремих елементів, дія яких істотно пов'язано з поширенням електромагнітної енергії в просторі (конструювання і вивчення роботи таких елементів системи, як електричні машини, трансформатори, хвилеводи, протяжні лінії електропередачі і т. д.). Неповне М. зазвичай реалізується при вивченні режимів енергетичних систем.

© При фізичному М. вивчення конкретної енергосистеми замінюється вивченням подібної енергосистеми іншого розміру (потужності, напруги, частоти струму, протяжності ліній електропередачі, габаритів), але має ту ж фізичну природу найважливіших (в умовах даної задачі) елементів моделі. У СРСР і за кордоном широко поширені фізичні моделі енергосистем, що містять електричні машини, які зображують у зменшеному по потужності (до

1000020000

) І напрузі (1/1000 - 1/) Масштабі реальну енергосистему з її регулюючими, захисними та іншими пристроями. Фізичні моделі застосовуються для досліджень електроенергетичних систем в цілому, ліній електропередачі (зазвичай на підвищеній частоті), пристроїв регулювання і захисту і т. д.Фізичне М. енергосистем застосовується переважно для вивчення і перевірки основних теоретичних положень, уточнення схем заміщення і розрахункових формул, перевірки дії апаратів, установок, нових схем захисту і способів передачі енергії, а також для визначення загальних характеристик електромагнітних, електромеханічних і хвильових процесів у системах, не мають точного математичного опису або перебувають у незвичайних умовах.1/Прикладом аналогового М. енергосистем можуть служити розрахункові столи постійного або змінного струму, інакше звані розрахунковими моделями, на яких набір активних і реактивних опорів зображує електричну мережу, а джерела живлення - генератори (станції), що працюють в енергосистемі, - замінюються регульованими трансформаторами (модель змінного струму) або джерелами постійного струму, наприклад акумуляторами (модель постійного струму). Дійсні фізичні процеси, що відбуваються в досліджуваній системі, на такий моделі не відтворюються. Опору і ерс, складові відповідно до прийнятих розрахунковими рівняннями схему заміщення досліджуваної системи, можуть змінюватися (вручну або автоматично), відображаючи тим самим реальні зміни, що відбуваються у досліджуваній системі. Значення електричних напруг, сил струмів і потужностей, вимірюваних в такій моделі (схемі заміщення) з певними припущеннями, характеризують реальний процес в енергосистемі.При М. енергосистем з використанням

аналогових обчислювальних машин

 (Наприклад, МН-7, МН-14, МПТ-10 і т. п.) також відтворюються деякі процеси, що мають природу, відмінну від природи процесів в енергосистемі, але описувані формально точно такими ж, як для енергосистеми, диференціальними рівняннями.

Різновидом аналогових моделей є аналого-фізичної моделі і цифроаналогові або гібридні моделі, об'єднуючі в одній установці аналогову і фізичну моделі, аналогову модель і елементи ЦВМ або спеціалізовану ЦВМ. Існують спеціалізовані аналогові моделі, які можуть працювати як в дійсному, так і зміненому масштабі часу і застосовуватися при швидкому прогнозуванні процесів, істотному для управління енергосистемою. Аналогове М. застосовується для розрахунків при таких схемах заміщення, для яких немає потреби проводити перевірку їх фізичної адекватності реальній системі, але необхідно досліджувати вплив зміни окремих параметрів елементів і початкових умов процесів в значному діапазоні.Математичне М. енергосистем практично реалізується складанням пристосованою для вирішення на ЦВМ системи рівнянь, представлених у вигляді алгоритмів і програм, за допомогою яких на ЦВМ отримують чисельні характеристики процесів (у вигляді графіка або таблиці), що відбуваються у досліджуваній енергосистемі.

Математичне М. енергосистем широко застосовується в проектних і експлуатаційних розрахунках, що оперують із заданими параметрами, змінними при вивченні конкуруючих варіантів, що особливо важливо при техніко-економічному аналізі, оптимізації, розподілі струмів, потужностей і напруг в складних енергосистемах. Відсутність фізичної наочності в отримуваних результатах змушує особливо гостро ставити питання про відповідність розрахунків і дійсності, тобто про апробацію складених програм. Для виконання програм, по яких ведуться розрахунки енергосистем на ЦВМ, найбільш зручним є алгоритмічна мова

фортран

, Застосовуваний у світовій енергетичній практиці.

Літ.:  Тетельбаум І. М., Електричне моделювання, М., 1959; Азар Д. І., Математичне моделювання електричних систем, М. - Л., 1962; Горушкін В. І., Виконання енергетичних розрахунків за допомогою обчислювальних машин, М., 1962; Питання теорії та застосування математичного моделювання, М., 1965; Застосування аналогових обчислювальних машин в енергетичних системах, 2 вид., М., 1970.В. А. Віників.

Моделювання хімічних реакторівзастосовується для передбачення результатів протікання хіміко-технологічних процесів при заданих умовах в апаратах будь-якого розміру. Спроби здійснити масштабний перехід від реактора малого розміру до промислового реактору за допомогою фізичного М. виявилися безуспішними через несумісність умов подібності хімічних і фізичних складових процесу (вплив фізичних факторів на швидкість хімічного перетворення в реакторах різного розміру істотно різна). Тому для масштабного переходу переважно використовувалися емпіричні методи: процеси досліджувалися в послідовно збільшуються реакторах (лабораторна, укрупнена, досвідчена, напівпромислова установки, промисловий реактор).

© Дослідити реактор в цілому і здійснити масштабний перехід дозволило математичне М. Процес в реакторі складається з великого числа хімічних і фізичних взаємодій на різних структурних рівнях - молекула, макрообласть, елемент реактора, реактор. У відповідності зі структурними рівнями процесу будується багатоступінчаста математична модель реактора. Першому рівню (власне хімічному перетворенню) відповідає кінетична модель, рівняння якої описують залежність швидкості реакції від концентрації реагуючих речовин, температури і тиску у всій області їх змін, що охоплює практичні умови проведення процесу. Характер наступних структурних рівнів залежить від типу реактора. Наприклад, для реактора з нерухомим шаром каталізатора другий рівень - процес, що протікає на одному зерні каталізатора, коли істотні перенесення речовини і перенесення тепла в пористому зерні. Кожен наступний структурний рівень включає всі попередні як складові частини, наприклад математичний опис процесу на одному зерні каталізатора включає як рівняння переносу, так і кінетичні. Модель третього рівня включає, крім того, рівняння переносу речовини, тепла і імпульсу в шарі каталізатора і т. д. Моделі реакторів інших типів (з псевдозрідженим шаром, колонного типу з суспендованих каталізатором та ін.) також мають ієрархічну структуру.

За допомогою математичного М. вибираються оптимальні умови проведення процесу, визначаються необхідна кількість каталізатора, розміри і форма реактора, параметрична чутливість процесу до початкових і крайовим умовам, перехідні режими, а також досліджується стійкість процесу. У ряді випадків спочатку проводиться теоретична оптимізація - визначаються оптимальні умови, при яких вихід корисного продукту найбільший, незалежно від того, чи зможуть вони бути здійснені, а потім, на другому етапі, вибирається інженерне рішення, що дозволяє найкращим чином наблизитися до теоретичного оптимальному режиму з урахуванням економічних та інших показників. Для здійснення знайдених режимів і нормальної роботи реактора необхідно забезпечити рівномірний розподіл реакційної суміші по перетину реактора і повноту змішування потоків, що розрізняються складом і температурою. Ці завдання вирішуються фізичним (аеродинамічних) М. вибраної конструкції реактора. М. Г. Слинько.

Исследовать реактор в целом и осуществить масштабный переход позволило математическое М. Процесс в реакторе складывается из большого числа химических и физических взаимодействий на различных структурных уровнях - молекула, макрообласть, элемент реактора, реактор. В соответствии со структурными уровнями процесса строится многоступенчатая математическая модель реактора. Первому уровню (собственно химическому превращению) соответствует кинетическая модель, уравнения которой описывают зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ, температуры и давления во всей области их изменений, охватывающей практические условия проведения процесса. Характер следующих структурных уровней зависит от типа реактора. Например, для реактора с неподвижным слоем катализатора второй уровень - процесс, протекающий на одном зерне катализатора, когда существенны перенос вещества и перенос тепла в пористом зерне. Каждый последующий структурный уровень включает все предыдущие как составные части, например математическое описание процесса на одном зерне катализатора включает как уравнения переноса, так и кинетические. Модель третьего уровня включает, кроме того, уравнения переноса вещества, тепла и импульса в слое катализатора и т. д. Модели реакторов других типов (с псевдосжиженным слоем, колонного типа с суспендированным катализатором и др.) также имеют иерархическую структуру.

С помощью математического М. выбираются оптимальные условия проведения процесса, определяются необходимое количество катализатора, размеры и форма реактора, параметрическая чувствительность процесса к начальным и краевым условиям, переходные режимы, а также исследуется устойчивость процесса. В ряде случаев сначала проводится теоретическая оптимизация - определяются оптимальные условия, при которых выход полезного продукта наибольший, независимо от того, смогут ли они быть осуществлены, а затем, на втором этапе, выбирается инженерное решение, позволяющее наилучшим образом приблизиться к теоретическому оптимальному режиму с учётом экономических и других показателей. Для осуществления найденных режимов и нормальной работы реактора необходимо обеспечить равномерное распределение реакционной смеси по сечению реактора и полноту смешения потоков, различающихся составом и температурой. Эти задачи решаются физическим (аэрогидродинамическим) М. выбранной конструкции реактора.

© М. Г. Слинько.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я
 


 
© 2014-2022  vre.pp.ua