Top Banner
СОВРЕМЕННЫЕ НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ 5, 2014 225 МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ является минимальным. При двухступенчатом сжа- тии работа задается формулой 1 1 3 2 1 2 2 1 k k k k P P kNRT A k P P - - = - + - . где А – работа, кГм; N – количество сжимаемого газа, кг-мол; R – газовая постоянная; k – отношение тепло- емкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме (показатель адиабаты); Т температура поступающего в компрессор газа. Найдем производную составленной функции по переменной P 2 и приравняем полученную произво- дную к нулю 1 1 1 1 1 2 1 1 2 2 3 2 0 k k k k dA NRT P P P P dP - - - - = - = . Решая уравнение относительно переменной P 2 , найдем значение для промежуточного давления при двухступенчатом сжатии газа: 2 1 3 P P P = . Для того, чтобы убедиться, что найденное значе- ние P 2 соответствует минимальному значению рабо- ты, вычислим вторую производную от функции А: 1 1 1 1 2 1 1 3 1 1 2 2 3 2 2 1 1 2 k k k k dA NRT P P P P k k dP - - - - - = - - - . Подставляя выражение для Р 2 , получим 1 1 1 1 2 3 1 2 2 1 3 2 2 1 2 k k dA k NRT P P k dP - - + - = . Так как для любого газа показатель адиабаты пре- вышает единицу, то вторая производная функции А в рассматриваемой точке положительна. Следователь- но, при 2 1 3 P P P = функция работы достигает сво- его минимального значения. В полученном выражении для Р 2 отсутствует ве- личина k, следовательно, оно справедливо для любого политропического сжатия. Решенная нами задача о компрессоре может быть обобщена на случай трехступенчатого сжатия. Список литературы 1. Воронецкий А. В. Современные центробежные компрессо- ры – М.: Премиум Инжиниринг, 2007. – 140 с. 2. Михайлов А.К., Ворошилов В.П. Компрессорные машины. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 288 с. 3. Абдурашитов С.А. Насосы и компрессоры. – М.: Недра, 1974. МАКСИМАЛЬнАЯ оСВЕЩЕнноСТЬ ПрИ ФоТоХИМИЧЕСКИХ ПроЦЕССАХ Ким И.О., Антипина С.Г. Волжский политехнический институт, филиал Волгоградского государственного технического университета, Волжский, e-mail: [email protected] Под действием света могут происходить самые разнообразные химические реакции. В основе хи- мического действия света лежит явление взаимодей- ствия света с веществом. В частности, под действием света могут происходить реакции химических пре- вращений веществ (фотохимическая реакция). Не- которые из этих реакций приводят к образованию сложных молекул из простых (например, образование хлористого водорода при освещении смеси водорода и хлора), другие – к разложению молекул на состав- ные части (например, фотохимическое разложение бромистого серебра с выделением металлического серебра и брома), в результате третьих – молекула не изменяет своего состава, изменяется лишь ее про- странственная конфигурация, приводящая к измене- нию ее свойств (возникают тереоизомеры). Область практического применения фотохими- ческих реакций весьма обширна. Фотохромные со- единения используют для изготовления материалов с обратимыми изменениями спектральных характе- ристик под действием света. Известны жидкофазные и твердые фотохромные материалы, используемые в системах регистрации и обработки оптической информации, голографии, в термоиндикаторных устройствах, а также в других областях науки и тех- ники. С применением фотохимических процессов получают рельефные изображения для микроэлек- троники, печатные формы для полиграфии. Большое практическое значение имеет фотохимическое хлори- рование (главным образом насыщенных углеводоро- дов). Важнейшая область практического применения фотохимических процессов – фотография. Помимо фотографического процесса, основанного на фотохи- мическом разложении галогенидов серебра (главным образом agbr), все большее значение приобретают различные методы несеребряной фотографии. Один из основных законов фотохимии – химиче- ское действие может произвести только свет, который поглощается реагирующими молекулами. Для про- ведения таких химических реакций, помимо хими- ческих знаний, необходимы точные математические расчеты. Найдем, на какой высоте h следует поместить источник света так, чтобы освещенность площадки была максимальной, в предположении, что площадка не перпендикулярна лучам (рис. 1). Рис. 1 Известно, что освещенность площадки обратно пропорциональна квадрату ее расстояния от источ- ника света и прямо пропорциональна косинусу угла падения световых лучей 2 cos k J l = α . Определяя из чертежа l 2 =h 2 +a 2 и 2 2 cos h h a α= + , приходим к функции 3 2 2 2 ( ) kh J h a = + . Исследуем полученную функцию на максимум методами дифференциального исчисления. Найдем производную составленной функции по переменной h 2 2 5 2 2 2 2 ( ) dJ a h k dh h a - = + .
2

МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ 225СОВРЕМЕННЫЕ НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ 5, 2014 МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ 225 является

Sep 02, 2020

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ 225СОВРЕМЕННЫЕ НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ 5, 2014 МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ 225 является

СОВРЕМЕННЫЕ НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ №5, 2014

225 МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ

является минимальным. При двухступенчатом сжа-тии работа задается формулой

1 1

32

1 2

21

k kk kPPkNRTA

k P P

− − = − + −

.

где А – работа, кГм; N – количество сжимаемого газа, кг-мол; R – газовая постоянная; k – отношение тепло-емкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме (показатель адиабаты); Т – температура поступающего в компрессор газа.

Найдем производную составленной функции по переменной P2 и приравняем полученную произво-дную к нулю

1 1 1 11 2 1

1 2 2 32

0k k k kdA NRT P P P PdP

− − − − = − =

.

Решая уравнение относительно переменной P2, найдем значение для промежуточного давления при двухступенчатом сжатии газа: 2 1 3P P P= ⋅ .

Для того, чтобы убедиться, что найденное значе-ние P2 соответствует минимальному значению рабо-ты, вычислим вторую производную от функции А:

1 1 1 12 1 1 3 1

1 2 2 322

1 1 2k k k kd A NRT P P P Pk kdP

− − − − − = − − − .

Подставляя выражение для Р2, получим1 1 1 12 3 12 2

1 322

12 k kd A kNRT P PkdP

− − + −= ⋅ ⋅ ⋅ .

Так как для любого газа показатель адиабаты пре-вышает единицу, то вторая производная функции А в рассматриваемой точке положительна. Следователь-но, при 2 1 3P P P= ⋅ функция работы достигает сво-его минимального значения.

В полученном выражении для Р2 отсутствует ве-личина k, следовательно, оно справедливо для любого политропического сжатия.

Решенная нами задача о компрессоре может быть обобщена на случай трехступенчатого сжатия.

Список литературы1. Воронецкий А. В. Современные центробежные компрессо-

ры – М.: Премиум Инжиниринг, 2007. – 140 с.2. Михайлов А.К., Ворошилов В.П. Компрессорные машины. –

М.: Энергоатомиздат, 1989. – 288 с.3. Абдурашитов С.А. Насосы и компрессоры. – М.: Недра, 1974.

МАКСИМАЛЬнАЯ оСВЕЩЕнноСТЬ ПрИ ФоТоХИМИЧЕСКИХ ПроЦЕССАХ

Ким И.О., Антипина С.Г.Волжский политехнический институт, филиал Волгоградского государственного технического

университета, Волжский, e-mail: [email protected]

Под действием света могут происходить самые разнообразные химические реакции. В основе хи-мического действия света лежит явление взаимодей-ствия света с веществом. В частности, под действием света могут происходить реакции химических пре-вращений веществ (фотохимическая реакция). Не-которые из этих реакций приводят к образованию сложных молекул из простых (например, образование хлористого водорода при освещении смеси водорода и хлора), другие – к разложению молекул на состав-ные части (например, фотохимическое разложение бромистого серебра с выделением металлического серебра и брома), в результате третьих – молекула

не изменяет своего состава, изменяется лишь ее про-странственная конфигурация, приводящая к измене-нию ее свойств (возникают тереоизомеры).

Область практического применения фотохими-ческих реакций весьма обширна. Фотохромные со-единения используют для изготовления материалов с обратимыми изменениями спектральных характе-ристик под действием света. Известны жидкофазные и твердые фотохромные материалы, используемые в системах регистрации и обработки оптической информации, голографии, в термоиндикаторных устройствах, а также в других областях науки и тех-ники. С применением фотохимических процессов получают рельефные изображения для микроэлек-троники, печатные формы для полиграфии. Большое практическое значение имеет фотохимическое хлори-рование (главным образом насыщенных углеводоро-дов). Важнейшая область практического применения фотохимических процессов – фотография. Помимо фотографического процесса, основанного на фотохи-мическом разложении галогенидов серебра (главным образом agbr), все большее значение приобретают различные методы несеребряной фотографии.

Один из основных законов фотохимии – химиче-ское действие может произвести только свет, который поглощается реагирующими молекулами. Для про-ведения таких химических реакций, помимо хими-ческих знаний, необходимы точные математические расчеты.

Найдем, на какой высоте h следует поместить источник света так, чтобы освещенность площадки была максимальной, в предположении, что площадка не перпендикулярна лучам (рис. 1).

Рис. 1

Известно, что освещенность площадки обратно пропорциональна квадрату ее расстояния от источ-ника света и прямо пропорциональна косинусу угла

падения световых лучей 2 coskJl

= ⋅ α . Определяя

из чертежа l2 =h2+a2 и 2 2

cos hh a

α =+

, приходим

к функции 32 2 2( )

k hJh a

⋅=+

.

Исследуем полученную функцию на максимум методами дифференциального исчисления.

Найдем производную составленной функции по переменной h

2 2

52 2 2

2

( )

dJ a hkdh h a

−=+

.

Page 2: МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ 225СОВРЕМЕННЫЕ НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ 5, 2014 МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ 225 является

MODERN HIGH TECHNOLOGIES №5, 2014

226 MATERIALS OF CONFERENCE

Рис. 2

Данная функция имеет одну неотрицательную

критическую точку 0,7072

ah a= ≈ . В этой точке

производная меняет знак с «+» на «–» (рис. 2). Следо-вательно, найденное значение h есть точка максиму-ма, а значит, является искомой высотой.

В ходе проделанной работы выявлено, что для достижения максимальной освещенности площадки при фотохимических процессах необходимо, чтобы источник света находился на высоте равной 70,7 % от расстояния между освещаемой площадкой и основа-нием опоры источника света.

Список литературы1. Окабе Х. Фотохимия малых молекул. – М., 19812. Барачевский В. А., Фотохромизм и его применение / В. А. Ба-

рачевский, Г. И. Лашков, В. А. Цехомский – М., 1977.3. Письменный Д.Т. Конспект лекций по высшей математике:

Полный курс. – М: Айрис-пресс, 2005.4. http://www.chemport.ru/ Фотохимические реакции.

ИЗУЧЕнИЕ ЗАВИСИМоСТИ КоЭФИЦЕнТА ТЕПЛооТдАЧИ оТ СТЕноК СоСУдА

К КИПЯЩЕЙ ВодЕМотченко А.О., Мухамбетов Е.Ю., Антипина С.Г.Волжский политехнический институт, филиал Волгоградского государственного технического

университета, Волжский, e-mail: [email protected]

На практике часто возникает необходимость про-вести анализ данных, представляющих собой нели-нейную зависимость двух переменных. Нужно опре-делить вид их функциональной связи и построить регрессионную модель, выравнивающую опытные данные. Для этого используют метод линеаризации модели. Данный метод основан на нахождении за-мены переменных, которая преобразует нелинейные уравнения в линейные, что в конечном итоге по-зволяет применять теорию линейной регрессии для

построения нелинейной модели. Применение лине-аризации модели позволяет лучше разобраться в ка-чественных и количественных особенностях нели-нейной системы. Так, например, можно определить вид зависимости коэффициента теплоотдачи (Y), от горизонтальной стенки к кипящей воде от разности температур стенки и кипящей воды (X):

X 6,10 7,50 8,88 11,10 12,20Y 3185 5390 6860 10045 12740

Значительное число нелинейных зависимостей, встречающихся в химической практике, может быть описано следующими уравнениями: y=a∙bx; (1) y=a·xb; (2)

xya bx

=+

. (3)

Первое и второе уравнения легко привести к ли-нейному виду, прологарифмировав их:

lny=lna+x·lnb=>Y=A+Bx, где Y=lny, A=lna, B=lnb;

lny=lna+b·lnx=>Y=A+bX,где Y=lny, A=lna, X=lnx.

Для приведения третьего уравнения к линейному виду нужно выполнить преобразование:

y=x/(a+bx) => x/y=a+bx => Y=a+bx,

где Y=x/y.Вычислив для каждого уравнения (1)-(3) парные

коэффициенты корреляции (0,986574) (0,995185) и (–0,93835) соответственно, приходим к выводу что модель (2) наилучшим образом характеризует рассмо-тренную зависимость, так как величина коэффициен-та корреляции для нее наивысшая. Проводим замену переменных Y=lny, A=lna, X=lnx. Теперь уравнение имеет вид: Y=A+bX. Вычислив параметры регрессии, приходим к модели вида: y=106,627·x1,9067. Подстав-ляя значения xi в полученное уравнение регрессии, найдем значения коэффициента теплоотдачи, вырав-нивающие опытные данные:

X 6,1 7,5 8,88 11,1 12,2Y 3185 5390 6860 10045 12740

Yвыравн. 3351,782 4970,141 6858,515 10495,68 12567,72

Построенная по вычисленным данным диаграмма представлена на рисунке.

Диаграмма рассеяния и выравнивающая опытные данные линия регрессии