Файл: Романков, П. Г. Гидромеханические процессы химической технологии.pdf

Г л а в а 2

ПРИНЦИПЫ

МОДЕЛИРОВАНИЯ

МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК МЕТОД НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Химическая технология переживает сейчас свое второе рожде­ ние. Она стремительно развивается на основе достижений совре­ менной науки и является своеобразным сплавом самых различных областей знания, в первую очередь — химии, физики, математики и экономики.

Учение о процессах и аппаратах химической технологии служит прочной базой научно-технической революции в отраслях промыш­ ленности, занимающихся переработкой сырых материалов в про­ дукты потребления или средства производства. Создание новых или интенсификация известных производственных процессов опи­ рается на общие теоретические зависимости, установленные с по­ мощью различных экспериментальных методов. От точности этих методов, таким образом, зависит темп технического прогресса.

Следует отметить также, что с начала своего существования как науки химическая технология ставила основной задачей разра­ ботку производственных процессов применительно к наивыгодней­ шим условиям их проведения. Другими словами, процессы химиче­ ской технологии и их аппаратурное оформление всегда рассчиты­ вались и проектировались исходя из принципа оптимальности, хотя его соблюдение и в настоящее время еще не всегда гарантируется состоянием общей теории того или иного процесса.

Путь от научно-исследовательской лаборатории до промышлен­ ного предприятия долог и сложен.

Разработка нового технологического процесса, проведенная в лабораторных условиях, может дать лишь принципиальную схему будущего производства. Обычно полученные опытным путем дан­ ные проверяются на так называемых пилотных (модельных) уста­ новках с целью определения удельных расходных коэффициентов, расчетных констант и выходов продуктов, а также подбора аппа­ ратов, машин, конструкционных материалов. Однако такая схема

проверки результатов лабораторного эксперимента и сразу вы­ давать необходимые для проектирования промышленного аппа­ рата данные. Для этого необходимо: во-первых, знание основных

15

кинетических закономерностей процесса и их математическое опи­ сание, во-вторых, наличие надежной теории масштабирования.

Глубокое исследование механизма основных процессов химиче­ ской технологии с целью их математического описания представ­ ляет собой трудную задачу, так как кроме исчерпывающей инфор­ мации о влиянии большого числа различных факторов необходимо иметь точные методы их теоретического обобщения. Итак, только единство экспериментального и теоретического методов исследо­ вания позволит добиться наилучшего эффекта при создании и экс­ плуатации современного химического предприятия.

С древнейших времен человек использует для познания слож­ ного явления или процесса его сходство либо с другим явлением, либо с процессом, но более известным или простым. Уже первые аналогии и первые модели школы Пифагора демонстрировали силу этого метода, не исчерпав его возможностей. В средние века Лео­ нардо да Винчи и Галилео Галилей сделали первые попытки обос­ новать использование моделей для раскрытия законов природы. В XIX веке Кельвин, Дж. Максвелл и многие другие естествоиспы­ татели признали, наконец, что моделирование из чисто интуитив­ ного проведения аналогий стало научным методом.

С середины XIX века моделирование получило широкое рас­ пространение на базе теории подобия. Общие идеи теории подобия были выражены еще И. Ньютоном, затем Ж. Бертраном и нашли практическое применение в судостроении (работы В. Фруда), транспортировании по трубам (исследования О. Рейнольдса) и в других случаях, главным образом, в области гидроили аэроди­ намики. Основные, наиболее важные работы по теории подобия принадлежат русским ученым — В. Л. Кирпичеву, А. Федерману, Н. Н. Павловскому, А. Н. Крылову и другим. Общее учение о мо­ делировании применительно к самым различным областям науки развито представителями советской школы, созданной академиком М. В. Кирпичевым [I]. Наиболее подробные разработки, получив­ шие широкое практическое использование, относятся главным об­ разом к тепловым, а также отдельным гидромеханическим процес­ сам и аппаратам.

Получив мощную поддержку со стороны математики и логики, моделирование в последние годы стало играть ведущую роль в тех­ ническом прогрессе. Известные методы электрогидравлических и электрических аналогий [2] стали эффективно применяться для ре­ шения широкого ряда практических задач.

Теория моделирования развивается сейчас в двух направле­ ниях: 1) по пути изучения современных сложных технологических процессов с помощью моделей с анализом влияния отдельных фи­ зических параметров и линейных размеров (так называемое физи­ ческое моделирование) и 2) по пути исследования математической модели процесса с помощью электронных вычислительных машин (так называемое математическое моделирование).

Оба направления [3] ведут к одной общей цели — к созданию точного метода теоретического и экспериментального исследоеа-

19