Алматы 2017 январь
жүктеу/скачать 28,19 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- ЭКД и показатели температурной зависимости водорода, азота, метана и аммиака при различных температурах.
- Құрамында аммиак қосылыстары бар үш және төрткомпонентті газ жүйесінің эффективтік диффузия коэффициенттерінің температуралық тәуелділігі Түйіндеме.
- Temperature dependence of the effective diffusion coefficients of three - and four-component gas system containing components for the synthesis of ammonia
- Н. С. Қатаев, Ж. А. Құрбанова, Ш. Б.Оразақова
- КОМПЬЮТЕРЛІК ОҚЫТУ ҚҰРАЛДАРЫН ПЕДАГОГИКАЛЫҚ МОДЕЛЬДЕУДЕ ҚОЛДАНУ ШАРТТАРЫ Түйіндеме.
- Негізгі сөздер
80 , 0 0 эф T D cм 2 /c, n = 1,736 ± 0, 003; азота - 79 , 0 0 эф T D cм 2 /c, n = 1,93 ± 0, 07; аммиака - 230 , 0 0 эф T D cм
2 /c, n = 1,762 ± 0, 009. Отметим еще один момент. При использовании ЭКД для вычислений диффузионных потоков в многокомпонентных газовых смесях необходимо помнить, для каких случаев диффузии получены выражения ЭКД (они, кстати, четко сформулированы в монографии [21]). В противном случае можно сделать грубые ошибки. Численные значения показателя степени температурной зависимости ЭКД компонента для оценочных расчетов можно найти через среднеарифметическое значение показателей для КВД. Например, сложив показатели для системы аммиак – водород и аммиак- азот и, разделив пополам, получим n для ЭКД аммиака равное 1,771, что укладывается в интервал для погрешности. Для ЭКД водорода n = 1,723 тоже сравнительно неплохо. Хуже получается с n для ЭКД азота. Здесь n = 1,751. Такое большое отклонение и об этом говорилось ранее связано с «диффузионным затвором». Анализируя РСД по коэффициентам диффузии в [1], мы сочли также возможным рассчитать температурные зависимости ЭКД четырехкомпонентной системы, концентрации газов в которой были подобраны для условий близких к концентрациям на входе и выходе из колонны синтеза аммиака, что соответствовало диффузии в системе: 0,6126 Н 2 + 0,1929 N 2 + 0,1487 CH 4 + 0,0458 NH 3 -
0,5148 Н 2 + 0,1636 N 2 + 0,1670 CH 4 + 0,1546 NH 3 . При расчетах ЭКД компонентов при соответствующих температурах (интервал 298-1000 К) были использованы КВД бинарных систем при этих же температурах со следующими показателями степеней температурных зависимостей: H 2
2 – 1,702 [16]; H 2 -CH
4 – 1,74 [22,23]; H 2 -NH
3 – 1,743 [19,22]; N 2 -CH
4 – 1,80; N 2 -NH
3 – 1,80 [17]; CH 4
3 – 1,71 [18,19,22]. Тогда для Т 0 = 298 K и Р = 0,101 МПа: D 0H2-Ar = 0,80; D 0H2-CH4 = 0,73; D 0H2- NH3 = 0,79; D 0N2-CH4 = 0,220; D 0N2-NH3 = 0,230; D 0CH4-NH3 = 0,212 см 2 /c [19]. В таблице 3 представлены результаты вычислений как ЭКД, так и показателей степеней температурных зависимостей газов.
● Физика–математика ғылымдары
464 №1 2017 Вестник КазНИТУ
Таблица 3. ЭКД и показатели температурной зависимости водорода, азота, метана и аммиака при различных температурах.
Газы Температура, К 298 400
500 600
700 800
900 1000
ЭКД, см 2 ∙с -1 /показатели степени температурной зависимости, n i H 2 0,77 1,29
1,89 2,60
3,39 4,28
5,25 6,30
1,733
1,733 1,733
1,733 1,733
1,733 1,733
N 2
- 0,170 - 0,258
- 0,352 - 0,452
- 0,555 - 0,661
- 0,768 - 0,877
1,418
1,406 1,394
1,383 1,373
1,363 1,354
CH 4
1,13 1,91
2,82 3,90
5,12 6,48
7,97 9,61
1,764
1,764 1,765
1,765 1,765
1,765 1,762
NH 3
0,458 0,766
1,13 1,56
2,04 2,58
3,17 3,81
1,75
1,75 1,75
1,75 1,75
1,75 1,75
Полученные численные значения для показателей температурных зависимостей газов в результате усреднения будут равны для: водорода – 1,73, азота – 1,38, метана – 1,76, аммиака – 1,75. Нами указаны особенности диффузионного процесса в этой системе, в частности, ЭКД азота имеет отрицательное значение (выделено курсивом), а ЭКД метана (выделено жирным шрифтом) значительно большее значение. Физический смысл такого их поведения связан с проявлением «эффектов Тура» [24], в частности, явлением «противодиффузии» или «обратной диффузии». Это четко прослеживается в распечатке файла отчета, приведенного ниже, для диффузионного процесса при температуре 400 К. Ко времени диффузии равному 150 мин. водород и метан фактически находятся в равновесном состоянии и только азот и аммиак имеют незначительные градиенты концентраций. При более высоких температурах интенсивность массопереноса значительно ускоряется и все, что отмечалось выше, наблюдается за более короткие отрезки времени. В распечатке также приведено значение МКМД для независимых потоков водорода, азота и метана. Распечатка файла отчета о диффузионном процессе в системе 0,6126 Н 2 + 0,1929 N 2 + 0,1487 CH 4
3 - 0,5148 Н 2 + 0,1636 N 2 + 0,1670 CH 4 + 0,1546 NH 3 при Т = 400 К и Р = 0.101 МПа.
*************************************** Введите число компонентов - 4 Обзовите газы по номерам: 1 - H2
2 - N2 3 - CH4
4 - NH3 Введите число газов в верхней колбе - 4 Введите число газов в нижней колбе - 4 Введите начальное распределение концентраций газов (N газа . концентрация в мольных долях Концентрация компонентов в верхней колбе: - 1.0,6126 - 2.0,1929 - 3.0,1487 - 4.0,0458
● Физика–математика ғылымдары
465 №1 2017 Вестник КазНИТУ
Концентрация компонентов в нижней колбе: - 1.0,5148 - 2.0,1636 - 3.0,1670 - 4.0,1546 Введите коэффициенты взаимной диффузии, см2/с (P норм, атм.): D(1,2) = 1,32 D(1,3) = 1,22 D(2,3) = 0,374 D(1,4) = 1,32 D(2,4) = 0,391 D(3,4) = 0,351 Введите постоянную прибора в см2 - 2500 Атмосферное давление в мм. рт. ст. - 760 Введите начальное время для вывода в минутах - 0 Введите конечное время для вывода в минутах - 150 Интервал вывода в минутах - 15 < Ввод данных завершен. Для начала расчета используйте Ctrl+E > -------------------------------------------------------- Результаты расчета -------------------------------------------------------- М К М Д, см2/с (для условий опыта): D(1,1) = 1,29210; D(1,2) = -0,00048; D(1,3) = 0,02701; D(2,1) = -0,26875; D(2,2) = 0,64047; D(2,3) = 0,00231; D(3,1) = -0,24283; D(3,2) = -0,01049; D(3,3) = 0,59222; -------------------------------------------------------- |имя |концентрации |разность |мгновен. |интегр. | |газа|компонентов, |концен., |значения |значения | | |мольные доли |мольные |эффект. |эффект. | | |-------------------|доли |коэфф. |коэфф. | | |верхняя |нижняя | |диффузии,|диффузии,| | |колба |колба | |см2/с |см2/с | -------------------------------------------------------- t = 0 мин | H2 | 0,61260 | 0,51480 | 0,09780 | 1,28690 | 1,28690 | | N2 | 0,19290 | 0,16360 | 0,02930 |-0,25802 |-0,25802 | | CH4| 0,14870 | 0,16700 |-0,01830 | 1,90680 | 1,90680 | | NH3| 0,04580 | 0,15460 |-0,10880 | 0,76656 | 0,76656 | t = 15 мин | H2 | 0,59446 | 0,53294 | 0,06153 | 1,28810 | 1,28740 | | N2 | 0,19324 | 0,16326 | 0,02998 | 0,08830 |-0,06382 | | CH4| 0,15356 | 0,16214 |-0,00857 | 2,37140 | 2,10600 | | NH3| 0,05873 | 0,14167 |-0,08293 | 0,74234 | 0,75417 | t = 30 мин | H2 | 0,58304 | 0,54436 | 0,03869 | 1,28960 | 1,28810 | | N2 | 0,19226 | 0,16424 | 0,02803 | 0,26929 | 0,06164 | | CH4| 0,15636 | 0,15934 |-0,00299 | 3,83660 | 2,51790 | | NH3| 0,06834 | 0,13206 |-0,06373 | 0,72153 | 0,74292 | t = 45 мин | H2 | 0,57585 | 0,55155 | 0,02431 | 1,29190 | 1,28900 | | N2 | 0,19070 | 0,16580 | 0,02491 | 0,37821 | 0,15036 | | CH4| 0,15799 | 0,15771 | 0,00029 |-20,81700| 3,84440 | | NH3| 0,07554 | 0,12486 |-0,04931 | 0,70329 | 0,73276 | t = 60 мин
● Физика–математика ғылымдары
466 №1 2017 Вестник КазНИТУ
| H2 | 0,57133 | 0,55607 | 0,01526 | 1,29460 | 1,29000 | | N2 | 0,18897 | 0,16753 | 0,02144 | 0,44940 | 0,21680 | | CH4| 0,15877 | 0,15693 | 0,00183 |-1,55450 | 1,59860 | | NH3| 0,08101 | 0,11939 |-0,03839 | 0,68856 | 0,72349 | t = 150 мин | H2 | 0,56415 | 0,56325 | 0,00090 | 1,34260 | 1,30330 | | N2 | 0,18153 | 0,17497 | 0,00655 | 0,60432 | 0,41609 | | CH4| 0,15875 | 0,15695 | 0,00179 | 0,43251 | 0,64516 | | NH3| 0,09559 | 0,10481 |-0,00921 | 0,64219 | 0,68578 | -------------------------------------------------------- Конец расчета -------------------------------------------------------- Из распечатки видно, что при такой температуре система приходит в равновесное состояние практически уже за 150 минут. Так как в нашем случае процесс является нестационарным и условия для диффузии непрерывно изменяются, то нами (об этом говорилось выше) для расчетов показателей степени температурных зависимостей ЭКД использовались данные начального распределения концентраций компонентов (см., например, таблицу 3). Таким образом, вычисленные ЭКД и показатели степени температурных зависимостей газов трех- и четырехкомпонентных систем, содержащих аммиак, могут служить в качестве справочной информации в практических приложениях. На примере проведенных исследований следует отметить, что в сложных газовых системах необходимо иметь сведения о поведении всех газов при смешении для корректной оценки их диффузионных способностей.
ЛИТЕРАТУРА [1] Айткожаев А.З., Жаврин Ю.И., Косов Н.Д., Курмакаев Ф.З. (Водород + азот) – аммиак. Водород – азот
– метан
– аммиак.
Эффективные коэффициенты диффузии в диапазоне давлений 0,2 … 1,0 М при температуре 298 К // Таблицы РСД зарегистрированы во Всесоюзном научно- исследовательском центре по материалам и веществам Госстандарта 5 марта 1992 г. под № ГСССД Р 421-92. [2] Тирский Г.А. Вычисление эффективных коэффициентов диффузии в ламинарном диссоциированном многокомпонентном пограничном слое // ПММ. - 1969, Вып. 1. - С. 180-182. [3] Жаврин Ю.И., Косов Н.Д., Новосад З.И. Описание нестационарной диффузии в многокомпонентных газовых смесях методом эффективных коэффициентов // ЖФХ. - 1975. - Т. 49, № 3. - С. 706-709. [4] Лайтфут Э. Явления переноса в живых системах. Биомедицинские аспекты переноса количества движения и массы: Пер. с англ. -М.: Мир, 1977. - 520 с. [5] Косов Н.Д., Жаврин Ю.И., Новосад З.И. Диффузия в многокомпонентных газовых смесях // Теплофизические свойства веществ и материалов. - М.: Изд-во стандартов. - 1982, вып. 17. - С. 86-112. [6] Жаврин Ю.И., Косов Н.Д., Новосад З.И. Расчет эквимолярной диффузии в многокомпонентных газовых смесях методом эффективных коэффициентов // Диффузия в газах и жидкостях. - Алма-Ата: МВ и ССО КазССР, 1974. - С. 12-19. [7] Жаврин Ю.И., Косов Н.Д. и др. Расчет диффузионного процесса в двухколбовом аппарате для случая многокомпонентной газовой смеси / Каз. ун-т, НИИ ЭТФ. - Алматы, 1995. - 26 с. Деп. В КазгосИНТИ 05.07.95. № 6239. Ка-95. [8] Жаврин Ю.И., Жаврин В.Ю., Косов В.Н., Поярков И.В. Расчет многокомпонентного массопереноса в двухколбовом аппарате с применением языка программирования DELPHI // Вестник КазНУ, сер. физическая. - Алматы. - 2006, № 2 (22). - С. 73-79. [9] Новосад З.И., Косов Н.Д. Эффективные коэффициенты диффузии трехкомпонентных газовых смесей гелия, аргона и углекислого газа // ЖТФ. - 1970. - Т. 40, № 11. - С. 2368-2375. [10] Новосад З.И., Косов Н.Д. Эффективные коэффициенты диффузии трехкомпонентных газовых смесей гелия, аргона и углекислого газа // ЖТФ. - 1970. - Т. 40, № 11. - С. 2368-2375. [11] Andrew S.P.S. A simple Method of Measuring Gaseous Diffusion Coefficient // Chem. Eng. Sci. - 1955. - V. 4. - P. 269-272. [12] Жаврин Ю.И., Косов Н.Д., Белов С..М., Семидоцкая Н.И. О применении метода эффективных коэффициентов диффузии к диффузии в многокомпонентных газовых смесях при повышенных давлениях // Тепломассоперенос в жидкостях и газах. - Алма-Ата, 1982. - С. 3-12.
● Физика–математика ғылымдары
467 №1 2017 Вестник КазНИТУ
[13] Калинин Б.А., Лойко А.Э., Суетин П.Е. Эффективная длина капилляра в измерениях коэффициентов взаимной диффузии газов методом двух объемов // Диффузия в газах и жидкостях. – Алма-Ата, 1972. – С. 79-85. [14] Косов В.Н., Жаврин Ю.И., Поярков И.В. О методике проведения экспериментов по диффузии в многокомпонентных газовых смесях // Вестник КазНУ, сер. физическая. – Алматы, 2002. - № 2(13). – С. 122-126. [15] Селезнев В.Д., Смирнов В.Г. Диффузия трехкомпонентной смеси газов в системе двух колб // ЖТФ. – 1981. – Т.51, № 4. – С. 795-800. [16] Косов Н.Д., Солоницын Б.П. Температурная зависимость коэффициентов самодиффузии и взаимной диффузии газов // Теплофизические свойства веществ и материалов. – М.: Изд-во Стандартов, 1982. – Вып. 17. – С. 4-24. [17] Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей (инженерные методы расчета): Пер. с польского. – М.- Л.: Химия, 1966. – 536 с. [18] 18 Айткожаев А.З., Жаврин Ю.И. Исследование диффузии аммиака в некоторые газы при различных давлениях // Вестник КазГУ, сер. физическая. – 1998, вып. 3. – С. 15-18. [19] Жаврин Ю.И., Косов В.Н., Кульжанов Д.У., Каратаева К.К., Айткожаев А.З. Исследование диффузии в газовых смесях, содержащих компоненты синтеза аммиака // ИФЖ. – 2001. – Т. 74, № 2. – С. 133- 136. [20] Жаврин Ю.И., Косов В.Н., Асембаева М.К., Поярков И.В., Федоренко О.В. Влияние концентрации на температурные зависимости эффективных коэффициентов диффузии // Известия НАН РК, сер. физ.-мат. – 2011. - № 3 (277). – С. 41-47. [21] Берд Р., Стьюарт В., Лайтфут Е. Явления переноса: Пер. с англ.- М.: Химия, 1974.- 688 с. [22] Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1982. – 592 с. [23] Бычков А.Г., Жаврин Ю.И. Температурная зависимость эффективных коэффициентов диффузии некоторых смесей в изотермических и неизотермических условиях // НИИ ЭТФ Каз.ун-т. – Алма-Ата, 1993. – 10 с. Деп. В КазНИИКИ. 15.01.93. № 3985. Ка-93. [24] Duncan J.B., Toor H.L. An Experimental study of three component gas diffusion // A.I.Ch.E. Journal. – 1962. – V. 8, № 1. – P. 38-41.
Жаврин Ю.И., Асембаева М.К., Ерікова Г.Е., Нурмуханова А.З. Құрамында аммиак қосылыстары бар үш және төрткомпонентті газ жүйесінің эффективтік диффузия коэффициенттерінің температуралық тәуелділігі Түйіндеме. Аммиак қосылыстары пайдаланылатын кездегі үш және төрткомпонентті газ жүйесінің эффективтік диффузия коэффициенттерінің температуралық тәуелділігі есептелді. Температура интервалы үштік қоспалар үшін 298 – 800 К, ал төрткомпоненттік жүйе үшін 298 – 1000 К. Алынған нәтижелер анықтамалық мәліметтер ретінде қолданылуы мүмкін. Кілттік сөздер: аммиак, диффузялық процесс, матрицалық коэффициент, температура, водород, бинарлы қосылыс, диффузиялық ағынның тығыздығы.
Zhavrin Y.I. Asembaeva M.K. Erikowa G.E.Nurmukhanova A. Z. Temperature dependence of the effective diffusion coefficients of three - and four-component gas system containing components for the synthesis of ammonia Summary: The calculated temperature dependence of the effective diffusion coefficients for three - and four- component gas systems, whose components are used in the synthesis of ammonia. The temperature range for the triple mixture was 298 – 800 K, and for four-part – 298 – 1000 K. The obtained results can be used as reference data.
density.
● Физика–математика ғылымдары
468 №1 2017 Вестник КазНИТУ
(Қазақ Мемлекеттік 0ыздар педагогикалық университеті, Алматы, Қазақстан Республикасы,)
асырылған бағдарламалық құралдарды қолданудағы педагогикалық мақсаттар, функционалды және әдістемелік тағайындаулар, бағдарламалық құралдардың оқу-тәрбиелік талаптары қарастырылған. Қазіргі заманғы ақпараттық технология құралдарымен мұғалімдерге білім алушыларға тиімді әдістермен бағыт-бағдар көрсетуге мүмкіндік беру. Қазіргі қоғамда ақпараттандыру қоғамдық өмірдің барлық саласына, соның ішінде білім саласына да өз ықпалын тигізуде. Негізгі сөздер: бағдарламалық құрал, компьютерлік оқыту, құрал-жабдықтар, педагогикалық модельдеу, оқыту құралдары, үдеріс, бақылау, басқару. И.В. Роберт (1994)оқу мақсатындағы бағдарламалық құрал ретінде компьютерде іске асырылған, кейбір пән саласы бейнеленетін бағдарламалық құралдарды анықтады. И.В. Роберттің (1994), Г.Н. Александрованың (1993), Ю.С. Броновскийдің (2001) ойынша, оқытуда бағдарламалық құралдарды құру және қолдануда мына жағдайларды ескеру қажет: бағдарламалық құралдарды қолданудағы педагогикалық мақсаттылық; бағдарламалық құралдардың жеке түрлеріне функционалды тағайындау; бағдарламалық құралдардың әдістемелік тағайындауы бойынша типологиясы; бағдарламалық құралдарына оқу-тәрбиелікталаптар; Аталған авторлардың пікірінше, педагогикалық мақсаттылық оқыту құралдарының бағытын оқу-тәрбиелік үдеріске дайындықты, кадрларды қайта дайындауды,біліктілігін көтеруді; білім алушының жеке дамуын, оқыту процесінің қарқындылығын арттыруды анықтайды.Осыған байланысты оқыту құралдарының үш негізгі сатысы анықталады: 1) белгілі бір оқыту мәселесін шешуге бағытталған – мәселеге бағытталған бағдарламалық құралдары; 2) белгілі бір объектіге бағытталған операцияны орындауға арналған (мәтіндік редакторлар, деректер базасын басқару жүйелері және т.б.) – объектіге бағытталған бағдарламалық құралдар; 3) белгілі бір пәндік ортада білім алушының іс-әрекетіне бағытталған – пәндік бағытталған бағдарламалық құралдар; Барлық бағдарламалық құралдарды функционалды тағайындалуы бойынша диагностикалық, аспаптық бағдарламалық, пәндік бағытталған оқыту құралдары, эксперимент нәтижесін өңдеуді автоматтандыру үдерісі, нақты объектілердің іс-әрекетін басқару, бағдарламалаудың бастапқы дағдыларын оқыту, оқытушының кейбір функцияларын (мысалы, бақылау жұмыстары) қамтамасыз ету, сервистік бағдарламалық құрал-жабдықтар, ойын оқыту құралдыры деп бөлу қабылданды. Әрбір бағдарламалық құралдардың әдістемелік тағайындалуы оның оқу үдерісінде қолданылатын мақсатын және оқу үдерісінің қарқындылығын арттыру мүмкіндіктерін, сонымен қатар оқу үдерісінің сапасын жоғары деңгейге түрлендіретінін көрсетеді. Әдістемелік тағайындалуына байланысты бағдарламалық құралдар келесі көрсетілген топтарға бөлінеді: оқыту құралдары, бағдарламалық тренажер-құралдар, бақылаушы құралдар, ақпараттық-іздеу бағдарламалық жүйелері, моделдеуші және имитациялық, демонстрациялық құралдар. Әдістемелік тағайындалуына байланысты оқыту мақсатындағы бағдарламалық құралдарды И.В. Роберт алты түрлі аспаптық бағдарламалық құралдарды көрсетті (1 кесте).
|