CC BY
10
Лiтература
1. Яцюк А.И. Новый абразивный инструмент для шлифования древесины. ДАН УССР. - 1961, № 11. - С. 35-39.
2. Яцюк А.И. Новый способ механической обработки древесины. - Львов: Высшая школа, 1975. - 253 с.
3. Грицышин С.И. Потай А.А. Особенности шлифования-калибрования плит из стеблей хлопчатника абразивными цилиндрами. Совершенствование технологии и оборудования лесопильно-деревообр. производств. Тез. докл. к научно-техн. конф. 21-25 сент. - Архангельск, 1992. - С. 39-40.
4. Юйко О.А., Грицюк Ю.1. Порiвняльна ощнка юнематичних особливостей роботи жорстких та еластичних шлiфувальних шструменпв у деревообробщ// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Львiв: УкрДЛТУ. - 2000, вип. 9.13. - С. 113-122.
УДК 519.853 Проф. К.1. Янгурський, канд. техн. наук;
доц. 1.В. Атаманова, канд. техн. наук; доц. В.М. Фаст, канд. техн. наук - НУ "Л.beiecbm полтехмка"
ОПТИМ1ЗАЦ1Я ПРОЕКТНИХ Р1ШЕНЬ У ЗАДАЧАХ ТЕПЛОФВИЧНОГО СИНТЕЗУ ТЕХН1ЧНИХ СИСТЕМ
Запропоновано процедури прийняття ршень, як! дають змогу проводити моде-лювання й аналiз теплових режимiв техшчних систем на рiзних рiвнях конструк-торсько iерархii з врахуванням способу охолодження без лопчного обмеження на кшькють рiвнiв.
Prof. K.I. Yangyrskuy, doc. I.V. Atamanova, doc. V.M. Fast - NU "L'vivs'ka Politekhnika"
Project decision optimization for problems of thermophysical synthesis
of technical systems
The decision-making procedures for thermal regime modelling and analysis are proposed. These procedures allow to optimize the thermal subsystem models for different levels of design hierarchy accounting for the way of cooling free of constraints on level quantity.
Досягнення в галуз1 мшатюризаци електронних засоб1в (ЕЗ) поряд 3i ютотним зменшенням малогабаритних параметрiв конструкцш призводить до збшьшення питомоi об,емноi потужност тепловидшення, що викликае складну проблему забезпечення нормальних теплових режимiв ЕЗ. Ефектив-нiсть сучасних методiв забезпечення теплових режимiв значною мiрою зале-жить вiд прийнятих проектних ршень, зокрема вiд рацiонального (оптимального) розмщення складових частин конструкцш, що являе собою основу теп-лофiзичного проектування, спрямованого на формування (пошук) оптимального температурного поля.
Сучасш електронш комплекси i системи з конструктивноi точки зору характеризуються впорядкованою структурою з iерархiчною шдлеглютю складових частин. Звичайно розглядаються три основш iерархiчнi рiвнi: перший - електронш засоби у виглядi конструктивно завершених модулiв (ЕЗ-1), другий - блоки та прилади (ЕЗ-2), третш - шафи, стояки, пульти (ЕЗ-3).
Таким чином, розглядаеться задача розроблення математичних мето-дiв пошуку оптимальних проектних рiшень з врахуванням багаторiвневого
характеру об'екта проектування, який визначаеться його конструктивною iерархiею.
Загальним для кожного рiвня конструктивно! iерархи е розв'язання су-купностi iдентичних задач прийняття конструктивних ршень зi забезпечення теплофiзичних параметрiв електронних засобiв. Таку сукупшсть задач можна подати у виглядi багаторiвнево! системи прийняття рiшень (рис. 1), яка дае змогу звести розв'язання загально! глобально! задачi забезпечення теплофь зичних параметрiв до розв'язку ряду частинних, бшьш простих задач. Аналiз схеми забезпечення теплових режимiв ЕЗ показуе, що на кожному рiвнi iерархi! локальна задача забезпечення теплових режимiв формуеться як задача прийняття ршень.
На першому рiвнi iерархi! вирiшуеться одна з основних задач - розра-хунок теплового поля ЕЗ на основi розроблено! теплово! моделi конструкцi!.
Моделювання теплового режиму проводиться на основi послiдовного використання теплових i математичних моделей, як вiдповiдають рiзним рiв-ням конструкторсько! iерархi!. На будь-якому з рiвнiв iерархi! задача аналiзу полягае у визначеннi тих характеристик температурних полiв пiдсистем да-ного рiвня, якi необхiднi для знаходження конструктивних параметрiв, що вiдповiдають цьому рiвню. Внутрiшня структура пiдсистем враховуеться через !х узагальненi штегральш характеристики, якi залежать вiд конструктивних параметрiв даного рiвня. Шдставою для використання такого пiдходу е те, що особливост внутрiшньо! структури шдсистем неiстотно впливають на характеристики !х температурних полiв, якi використовуються при проекту-ваннi на даному рiвнi.
Х^ЧХч®} Теплове моделювання ЕЗ Ут=В[Хт) У ТАК Параметри^ч^ задовольняють ^ вимогам ТЗ ? Н1
Анагиз теплового ПОЛЯ ВОНСТруКЦП I р1вень
Геометричш параметры конструкци Оптнмальне розм1щення джерел теп лови дшення ТС1)={Т;(1)}
II р1вень
Хк<3Цхк/3>} Синтез Забезпечення прнмусового тепловщводу
конструктивного р1шення -
III ргвенъ
Рис. 1. Багаторiвнева схема прийняття ршень
Моделювання теплового режиму проводиться поетапно з поступовим переходом вщ верхнього р1вня 1ерархп, який м1стить групу прилад1в, до нижнього, який мае у своему склад1 найпростш1 шдсистеми - окрем1 елемен-ти, як неможливо роздшити, не порушуючи !х цшсность На початку з мшь мально допустимим ступенем детал1зацп розглядаеться вся система в цшому. На цьому еташ визначаються осереднеш характеристики температурних по-л1в тш або групи тш { потоюв теплоноспв. У випадку, коли на першому еташ обмежуються анал1зом тшьки середньооб'емних та середньоповерхневих температур тш, середньовитратних температур теплоноспв, 1х розрахунок проводиться на основ! моделей з зосередженими параметрами [1].
Часто для деяких тш, груп тш або потоюв теплоноспв виникае необ-хщшсть розглядати одновим1рш розподши характерних температур (розподш по довжиш осереднених в поперечному перер1з1 температур). У цьому випадку застосовуються одновим1рш модель Наступш етапи полягають у визначе-т окремих частин системи з метою бшьш детального анал1зу 1х температурних пол1в. При цьому частина об'екта, яка розглядалася на попередньому ета-т як область з ефективними параметрами, на наступному еташ може анал1зу-ватися як шдсистема, яка мае складну внутршню структуру. У граничш умо-ви на поверхнях, яю видшяють шдсистему, шдставляються визначеш рашше осереднеш значення теплових потоюв або температур оточуючих тш та теплоноспв. Таким чином враховуеться взаемод1я шдсистеми, що розглядаеться, з шшими шдсистемами.
Для реал1зацп цих еташв аналопчно, як { на першому еташ, застосовуються модел1 з зосередженими параметрами або одновим1рш модель Для збшьшення ступеня детал1зацп опису теплового режиму для деяких компонента системи розглядаються багатовим1рш температурш поля { проводиться анал1з на основ1 багатовим1рних моделей.
Загальна схема поетапного розрахунку випливае 1з принцишв системного анал1зу { математично! теорп складних систем { розглядае процедури аг-регатування { декомпозицп. При агрегатуванш проводиться укрупнення по-чатково! повно! математично! модел1 для розрахунку осереднених характеристик. Процедура декомпозицп полягае у видшенш групи компонента з системи { побудовою модел1 для бшьш детального анал1зу. При проведенш агрегатування (укрупнення) повно! математично! модел1 реал1зуються таю процедури:
• спрощення форм реальних дослщжуваних областей 1з збереженням деяких штегральних характеристик (площ, об'ем1в, периметр1в, деяких характерних розм1р1в);
• перехщ вщ шдсистеми 1з складною внутршньою структурою, яка мштить елементи з р1зними теплоф1зичними властивостями до квазюднорвдно! об-ласт з ефективними теплоф1зичними властивостями;
• замша складних просторово-часових розподшв внутршшх теплових вплив1в бшьш простими;
• зниження розм1рност1 р1внянь, що описують тепловий режим окремих тд-систем 1 елеменпв шляхом застосування операций осереднення.
При проведенш декомпозици на границ видшено! шдсистеми проводиться замша просторових розподшв локальних значень температур оточу-ючих тш { теплоносив або теплових потоюв цих тш осередненими значення-ми. Так, шд час визначення температурного поля Т(х, у, z, т) 1-го тша заметь строгого завдання граничних умов третього роду, яю описують його теплооб-мш на границ поверхш Б,п з оточуючими тшами (у = 1, J)
= ^ • Ту ) (1)
+ •Т
дп у
Г. J
—>1 ¡,п
використовуються наближеш значення умов виду
+ 2 а •Т
= Е(()•&)) (2)
1г У
в яких <Т), {Цу) - осереднеш по дшянщ границ значення температур Ту \ теплових потоюв Цу:
(/> = 77" | f (х, у, z, т) | Г / = Ту, Цу. (3)
, п Б.
Вщмшшсть наближених граничних умов (2) вщ точних умов (1) поля-гае в тому, що дшст просторов1 розподши ц у(х, у, z), Ту(х, у, z) замшеш на постшт для дано! дшянки границ середш значення {ц у), {Т) Ц середш значення густини теплових потоюв 1 температур оточуючих тш визначаються на попередньому еташ моделювання.
В основ1 використання перел1чених прийом1в побудови спрощених моделей лежить принцип мюцевого впливу.
Таким чином, вихщш даш для ршення задач1 анал1зу мютяться у мно-жинах Х0 = {х01, Хо2,..., хот} (за умови першого входження на перший р1вень) {
Х^ = {х^!1, х(2,..., х^} (при наступних входженнях на цей р1вень). Елемента-
ми цих множин е значення теплоф1зичних параметр1в елеменлв { матер1алу конструкций геометричш параметри { характеристики конструктивного рь шення. Результат розв'язання задач1 анал1зу температурного поля - числов1 значення розподшу температури вщповщно до локального розташуванню елеменлв в об'ем1 конструкцн Т = {Т1, Т2, ..., Тп}, де п - юльюсть елеменпв. З !х допомогою визначаеться показник температурного стану ЕЗ. Критер1ем рь шення задач1 теплоф1зичного проектування е забезпечення значення показни-ка температурного стану, який задовольняе умовам ТЗ.
У випадку невиконання вказано! умови розв'язання загально! задач! передаеться на другий р1вень 1ерархн, де виршуються задач1 оптимального розмщення джерел тепловидшення в об'ем1 конструкцн. Вихщш дат для задач: цього р1вня мютяться у двох множинах:
Т (1)={т1(1), Т«..., Т п1)}
- множина
локальних температур (п - юльюсть елеменлв) \ 2 = {21„ 22,..., 2} - множина параметр1в мюцезнаходження елеменлв ЕЗ (¿* - юльюсть параметр1в).
Задача оптимального розмщення джерел тепловидiлення формуеться таким чином: в област необхщно здiйснити розмiщення джерел теплови-дшення, якi мають визначенi геометричнi i енергетичнi характеристики таким чином, щоб визначених умов критерiй оптимальност набув екстремаль-ного значення.
У загальному випадку об'ект теплофiзичного проектування представ-ляе собою обмежену область трьохвимiрного евклiдового простору, в середи-нi якого розташовуються складовi елементи системи (як дискретш джерела фiзичного поля, так i елементи, на яких розмщуються джерела поля). У зв'яз-ку з цим виникае питання про рiвень деталiзащl проектованого об'екта. Ос-кiльки ЕЗ можуть мютити велику кiлькiсть джерел температурного поля, за перший рiвень деталiзацil приймаеться етап розмiщення мнеподiльнихм джерел температурного поля, тобто таких джерел, як при розмщенш збер^ають заданi фiзичнi i геометричнi характеристики.
Наступш рiвнi деталiзацil системи мютять елементи, якi були синтезо-ваш на попереднiх рiвнях i яю, в свою чергу, являються джерелами теплови-дiлення. В загальному випадку рiвнi деталiзацil синтезованого об'екта зв'язаш мiжрiвневими прямими i зворотними зв'язками [2].
ё —►
\
ёо
Рис. 2. Схема пототв тформацИпри компонувальному синтезi
На рис. 2 наведено схему синтезу системи, яка представляеться у виг-лядi п'ятирiвневоl структури. Вхiдною е шформащя g0 та g. Iнформацiя g0 мю-тить незмiнну у процес синтезу об'екта iнформацiю: оператор основного рiв-няння крайово! задачi, крайовi умови, величини, якi обмежують поведшку фь зичного поля в об'ект^ фiзичнi характеристики матерiалiв, iнформацiю про област заборони, допустимих вiддалях мiж носiями джерел, носiями та областями заборони, границею област i носiями джерел i т.д. Вхщна шформа-цiя g е змшною в процесi синтезу об'екта. Вона перетворюеться вщповщно до задачi геометричного проектування. Внаслщок рiшення ще! задачi за задани-ми обмеженнями на компоненти вектора геометрично! шформаци g визнача-ються просторова форма об'екта, його метричш характеристики i параметри розмiщення джерел тепловидiлення. Вихiдна шформащя g на кожному рiвнi деталiзацil синтезованого об'екта може перетворюватись повшстю або час-тково. Оскiльки синтез об'екта здшснюеться не тiльки за вектором геомет-рично! шформаци про об'ект, а i за вектором и, який характеризуе стан об'екта, то вихщною шформащею буде вектор и.
Рис. 3. Основт етапи компоновочного синтезу техшчного комплексу
На рис. 3 наведено основш етапи компоновочного синтезу електрон-ного пристрою, конструктивно виконаного у виглядi стояка.
На першому рiвнi здшснюеться синтез мжросхем шляхом ращональ-ного розмiщення кристалiв на шдкладщ. При цьому ставиться задача отри-мання такого розмiщення кристашв, якi являються в процесi функщонування мiкросхеми джерелами тепла, щоб результуюче температурне поле мжросхе-ми задовольняло наперед заданим обмеженням. Другий рiвень передбачае розмiщення мiкросхем на платах.
Як джерела тепла виступають мжросхеми, якi мають в загальному ви-падку рiзнi тепловидiлення. Безпосередньо з мжросхем можуть збиратися блоки. У цьому випадку можливий перехiд з першого на третiй рiвень деталь заци. Мiсцезнаходження блокiв у стояку висувае вимоги до його габаритних розмiрiв, форми i т.п. У зв'язку з цим другий i третiй рiвнi деталiзацil зв'язанi зворотним зв'язком, що дае змогу в процес синтезу пристрою уточнювати ге-ометричнi параметри плат i пристрою в цшому.
Для четвертого i п'ятого рiвнiв також простежуеться зворотний зв'я-зок, призначення якого аналопчно зворотному зв'язку мiж третiм та другим
р1внями. Четвертий р1вень детал1зацп передбачае рацюнальне розмщення блоюв у стояки з врахуванням обмежень на температурне поле стояка.
Перехщ вщ ¿-го до /+1-го р1вня детал1зацп пов'язаний з внесенням у модель даних про попередш синтезоваш елементи об'екта.
Результати оптим1зацшно1 задач1 формують два нових вектори:
• Х( 1 = {х^2), х^,..., х£)} - вектор мюцезнаходження елеменпв /;
• Т(2) = {Т1(2), Т22),..., Т^} - вектор температур, який формуеться за результатами оптим1зацп й анал1зу температурного поля.
1х елементи е вихщними даними для ршення задач (другого входження) на першому р1вш 1ерархп. У випадку незадоволення умовам базового критерда ршення задач1 передаеться на третш р1вень 1ерархп.
На третьому р1вш використовуються сучасш методи теплоф1зичного проектування ЕЗ, як забезпечують тепловщвод шляхом примусового охолод-ження та шшими способами (рад1атори, вентилятори, теплообмшники, теп-лов1 труби { т.п.). Одним з ефективних { дешевих метод1в забезпечення теплового режиму е повпряне охолодження. Найпростший вар1ант його реал1за-цп - наскр1зне продування холодним повпрям шаф та стояюв. Системи по-впряного охолодження можуть мати довшьну конф1гуращю, але складаються з типових ланок, до яких належать:
• ланки для роздач1 повгтря: пов1троводи з сущльною перфоращею грат, по-вироводи з дискретною перфоращею грат;
• ланки для транспортування повпря: прям1 дшянки повгтровод1в без перфораций, колша, дв1йники, теплостоки.
Враховуючи обмежену кшьюсть типових ланок, локальних мереж по-впроподач1, при виршенш задач1 синтезу !х конструктивних параметр1в, можна скористатись принципом декомпозицп. Суть його полягае в розбивщ вЫе! системи подач1 повпря на окрем1 ланки, для яких створеш математичш модел1, { почерговому розрахунку кожно! ланки. Розрахунок повинен почина-тись з останньо! роздавально! по ходу повпря ланки, для яко! задаються вит-рати повпря вздовж граш. Результати розрахунку кожно! попередньо! ланки стають вхщними даними для синтезу параметр1в наступно! ланки.
Для реал1зацп дано! ще! необхщно мати наб1р математичних моделей синтезу геометричних параметр1в повпровод1в р1зного конструктивного ви-конання. При моделюванш повпровод1в використовуеться метод К.К. Бауль на: вести розрахунок за статичними тисками. Цей шлях е простшим { отри-мав загальне визначення. Базовим р1внянням руху газу (в даному випадку -повпря) е р1вняння Бернулль
р1надл. + а1 Р 2 Р = рнадл. + а2 ^ ^ ? + ^р "
де: Р1надл„ Р2надл. - надлишковий тиск в перетит 1 та 2 повпроводу; Ж1 сер., ^2сер - середня швидюсть повпря у вщповщних перер1зах пов1тревода; а1, а2 - коефщент Корюлюа вщповщних перетишв повпроводу; а1 = а2 = 1 при р1вном1рному пол1 швидкостей у поперечному перетиш; Ар - питом1 втрати повпря, мехашчно! енергп та втрати тиску на тертя.
При анаштичному дослiдженнi коротких повiтроводiв приймаються таю припущення:
• коеф1щент витрат по всш довжит шдлини, яка розраховуеться або для всх
отвор1в повироводу приймаеться постшним;
• поля швидкостей у поперечних перетинах повироводу приймаються р1вно-
м1рними (коефщ1енти Кореолюа та Буссшекса р1вт одинищ);
• втрати на тертя дор1внюють нулю.
Основу загального алгоритму синтезу локальних систем повггропода-чi його становлять незалежш блоки розрахунку окремих ланок. Вибiр конкретно! ланки для розрахунку здшснюеться користувачем, виходячи з принципу, описаного вище. Вихщт данi по розрахунку кожно! ланки накопи-чуеться i одночасно стають вхщними даними для розрахунку наступно! ланки. Результатом роботи алгоритму е конструктивы параметри всiх складових ланок локально! системи та !! сумарний аеродинамiчний опiр. Останнiй виз-начае величину статичного тиску який необхщно створити на входi системи повггророзподшу. По величинi тиску, проводиться вибiр необхiдного типу вентилятора чи групи вентиляторiв.
Запропонованi процедури прийняття ршень надали змогу проводити моделювання i аналiз теплових режимiв ЕЗ на рiзних рiвнях конструкторсь-ко! iерархi! з врахуванням способу охолодження без лопчного обмеження на кшьюсть рiвнiв при теплофiзичному проектуваннi електронного технолопч-ного обладнання та складних електронних комплексiв. та показали !х високу ефективнiсть.
Лiтература
1. Дульнев Г.Н., Парфенов В, Г., Сигалов А.В. Методы расчета теплового режима приборов. - М.: Радио и связь, 1990. - 346 с.
2. Стоян Ю.Г., Путятин В.Н. Оптимизация технических систем с источниками физических полей. - К.: Наук. думка, 1988. - 264 с.
3. Фишберн П. Теория полезности для принятия решения. - М.: Наука, 1978. - 764 с.
УДК 66.045 Доц. В.М. Атаманюк, канд. техн. наук;
проф. Я.М. Ханик, д-р. техн. наук; доц. В.П. Дулеба, канд. техн. наук - НУ "Львiвська nолiтехнiка"
КОМБ1НОВАНЕ СУШ1ННЯ ДР1БНОДИСПЕРСНИХ МАТЕР1АЛ1В
Представлеш експериментальш досшдження сушшня дрiбнодисперсного вугш-ля фшьтрацшним методом i у киплячому шарь На 0CH0Bi узагальнення результа^в експериментальних дослщжень запропоновано комбшований метод сушiння дрiбно-дисперсних матерiалiв.
Doc. V.M. Atamanyuk, prof. Ya.M. Hanyk, doc. V.P. Duleba-NU "L'vivs'kaPolitekhnika"
Combined drying of semi dispersed materials
Represented experimental researches of drying of semi dispersed coal by a filtration method and in a boiling layer. On the basis of generalization of results of experimental researches offered combined method of drying of semi dispersed materials.
