Введение
1. Обзор литературы 19
2. Теория метода 39
2.1. Математическая постановка 39
2.1.1. Общая математическая постановка 39
2.1.2. Математическая постановка обратной стационарной задачи теплопроводности
для ограниченного цилиндра 40
2.2. Метод решения 42
2.2.1. Обоснование метода решения 42
3. Принципиальная схема экспериментальной установки 44
4. Конструкция вакуумной камеры 48
5. Разработка компоновки лабораторного стенда 51
6. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 53
Составление сетевого графика и календарного плана НИР 53
6.1.1. Составление перечня событий, необходимых для выполнения НИР 54
6.1.2. Анализ сетевого графика 60
6.1.3. Генеральный линейный график проекта 63
6.2. Составление сметы расходов на выполнение НИР 63
6.2.1. Фонд заработной платы 63
6.2.2. Отчисления во внебюджетные фонды 64
6.2.3. Услуги сторонних организаций 64
6.2.4. Стоимость материальных запасов 65
6.2.5. Расчет стоимости основных средств 65
6.2.6. Составление сметы расходов 68
7. Автоматизация автоматических процессов и производств 70
7.1. Описание объекта регулирования 70
7.2. Обоснование выбранной схемы автоматического регулирования 72
7.3. Разработка функциональной схемы управления печью 74
Заключение
Список использованных источников: 78
Особенностью подавляющего большинства направлений новой техники является чрезвычайно большая интенсификация рабочих процессов в соответствующих установках и аппаратах, повышения параметров процессов в результате работы оборудования и отдельных элементов в широком спектре температур под воздействием мощных тепловых потоков в различных средах, например, в вакууме. Оценка устойчивости работы оборудования в области высоких температур предполагает знание температурных полей и теплофизических характеристик материалов.
Решение задач теплопроводности методами, разработанными в рамках теории линейных процессов теплопроводности, в большинстве случаев приводит к малодостоверным результатам, поскольку указанные процессы реально не линейны. Так как строгих формул и рекомендаций при расчете нелинейных задач не существует, то на основании изучения методов решения не линейных задач был выбран численный метод. Численный метод позволяет получить необходимый объем информации при сравнительно небольших затратах времени и средств; универсален, поскольку позволяет быстро переходить от решения одного класса задач к другому; и удовлетворяет исследователей и инженеров - теплотехников по точности решения. Наличие численных методов позволяет сделать оценку приближенных аналитических решений, которые используются для расчета теплофизических характеристик материалов.
В данной дипломной работе рассматривается стационарный метод измерения коэффициента теплопроводности, в котором используется решение двумерной задачи теплопроводности при косвенном нагреве исследуемого образца с помощью печи.
Основной сложностью данного метода является обработка результатов измерений в виду того, что задача не имеет аналитического решения, поскольку в ней присутствуют нелинейные граничные условия. Ее решение может быть найдено численными методами
В век высоких технологий применение производительных электронно-вычислительных машин стало доступно, благодаря этому стало возможно решать задачи теплопроводности для двухмерных и трехмерных температурных полей с помощью сравнительно не сложных экспериментальных установок, применяя математическое моделирование.
Использование в исследованиях математического моделирования очень важно для проверки точности изучаемых теплофизических процессов путем сравнения численных и экспериментальных данных.
Существенным преимуществом этого метода является возможность использования образцов небольших размеров, при этом требуется относительно небольшой временной промежуток и обеспечивается высокая точность измерений, а так же может быть рассмотрен широкий интервал температур.
Недостатком метода является необходимость измерения градиента температуры по поверхности образца, что является достаточно сложной задачей с конструктивной точки зрения.
Следует учесть, что в настоящее время большое внимание уделяется оптимизации решения задач. Очевидно, что потребители будут проявлять большее внимание к изделию или технологическому процессу, который будет наиболее оптимальным, выгодным образом отличающимся от аналогов на рынке.
В ходе выполнения дипломной работы было изучено большое количество теоретического материала по теме исследования теплофизических свойств материалов в виде книжной информации, статей и публикаций как за прошлые годы, так и последних лет. Это дало глубокое понимание в вопросе о методах исследования теплопроводности веществ, в частности, стационарного определения коэффициента теплопроводности твердых материалов методом ограниченного цилиндра.
Был выбран и обоснован метод решения двумерной стационарной задачи теплопроводности исходя из методов оптимизации. Этот метод был реализован в среде Pascal.
Актуальность данной темы продиктована быстрыми и интенсивными темпами внедрения ЭВМ в различные области науки и техники, в частности в процесс обучения студентов, занимающихся глубокими исследованиями теплофизических свойств материалов: решение одномерных задач не дает такой точности, как решение многомерых, кроме того применение имитационного моделирования процесса значительно сокращает время вычисления и дает более точный результат.
На основе данного метода была спроектирована экспериментальная установка, с помощью которой можно исследовать металлические образцы в форме цилиндра для определения их коэффициентов теплопроводности. Надо отметить, что стационарный метод, реализуемый в данной установке, осуществим на практике в условиях лаборатории, что может быть использовано студентами для более глубокого понимания теоретического материала и для закрепления полученных знаний на практике.
В данной дипломной работе разработана схема автоматического регулирования температуры нагрева печи. В процессе работы над темой также рассмотрена экономическая составляющая вопроса: произведено сетевое планирование работ, построен календарный график, рассчитаны затраты, необходимые на разработку темы. Учтены вопросы безопасности, такие как производственная, электрическая и пожарная.
