Досліджено принцип Функціонування бомбового калориметра та методи визначення теплоти згорання паливо. Проведені експериментальні дослідження по визначених теплоти згорання дерев'яних пелетів. На Основі проведення ДОСЛІДЖЕНЬ показані потенціальні зони СКОРОЧЕННЯ годині встановлення показів результатів вимірювання бомбового калориметра. Предложено метод СКОРОЧЕННЯ годині вимірювання теплоти згорання паливо та проаналізовані его імовірнісні характеристики

Анотація наукової статті з математики, автор наукової роботи - Бабак В.П., Запорожець А.О., Назаренко О.О., Редько О.О.


Approximation analysis of measurement of heat flow bomb calorimeter in non-stationary mode

The principle of functioning of a bomb calorimeter and methods of determining the heat of fuel combustion are studied. Experimental studies are conducted to determine the heat of combustion of wooden pellets. Based on the conducted studies, potential zones for reducing the time of establishing the results of measuring the bomb calorimeter are shown. The method of reducing the measuring time of heat of fuel combustion is proposed and its probabilistic characteristics are analyzed


Область наук:
  • Математика
  • Рік видавництва діє до: 2017
    Журнал: ScienceRise

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз АПРОКСІМАЦії РЕЗУЛЬТАТіВ ВІМіРЮВАННЬ тепловий потік бомбових калориметр В НЕСТАЦіОНАРНОМУ РЕЖІМі»

    ?2. Gray, J. The Transaction Concept: Virtues and Limitations [Text] / J. Gray // Proceedings of the 7th International Conference on Very Large Databases. - 1981. - P. 144-154.

    3. Brewer, E. CAP twelve years later: How the "rules" have changed [Text] / Computer. - 2012. - Vol. 45, Issue 2. - P. 2329. doi: 10.1109 / mc.2012.37

    4. Gilbert, S. Brewer's conjecture and the feasibility of consistent, available, partition-tolerant web services [Text] / S. Gilbert, N. Lynch // ACM SIGACT News. - 2002. - Vol. 33, Issue 2. - P. 51-59. doi: 10.1145 / 564585.564601

    5. Birman, K. Overcoming CAP with Consistent Soft-State Replication [Text] / K. Birman, D. Freedman, Q. Huang, P. Dowell // Computer. - 2012. - Vol. 45, Issue 2. - P. 50-58. doi: 10.1109 / mc.2011.387

    6. Gilbert, S. Perspectives on the CAP Theorem [Text] / S. Gilbert, N. Lynch // Computer. - 2012. - Vol. 45, Issue 2. -P. 30-36. doi: 10.1109 / mc.2011.389

    7. Pritchett, D. BASE: an ACID alternative [Text] / D. Pritchett // Queue. - 2008. - Vol. 6, Issue 3. - P. 48-55. doi: 10.1145 / 1394127.1394128

    8. Bailis, P. Eventual consistency today [Text] / P. Bailis, A. Ghodsi // Communications of the ACM. - 2013. - Vol. 56, Issue 5. - P. 55-63. doi: 10.1145 / 2447976.2447992

    9. Gupta, M. K. In-Memory Database Systems - A Paradigm Shift [Text] / M. K. Gupta, V. Verma, M. S. Verma // International Journal of Engineering Trends and Technology. - 2013. - P. 333-336.

    10. Шапоренко, Д. А. Ефективні методи індексування даних і виконання запитів в системах управління базами даних в основній пам'яті [Текст]: дис. канд. фіз.-мат. наук / Д. А. Шапоренко. - СПб., 2006. - 126 с.

    Рекомендовано до публгкацІ д-р техн. наук Бузовській О. В.

    Дата надходженнярукопісу 20.06.2017

    Добровольський Олександр Юршовіч, кафедра обчислювальних! техшкі, Нацюнальній техшчній

    ушверсітет Укра! ні «Кі! вській полггехтчній шстітут iм. 1горя Окорського », пр. Перемоги, 37,

    м. Ки! в, Укра! на, 03056

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    УДК 536.62

    Б01: 10.15587 / 2313-8416.2017.108935

    АНАЛ1З АПРОКСІМАЦП РЕЗУЛЬТАТ1В ВІМ1РЮВАННЬ тепловий потік бомбових калориметр В НЕСТАЦ1ОНАРНОМУ РЕЖІМ1

    © В. П. Бабак, А. О. Запорожець, О. О. Назаренко, О. О. Редько

    Дослiджено принцип функцюнування бомбового калориметра та методи визначення теплоти згорання поливу. Проведе експеріментальш до ^ дження по визначених теплоти згорання дерев 'яних пелетiв. На основi проведених до ^ джень показам потенцiальнi зони СКОРОЧЕННЯ годині встановлення показiв ре-зультатiв вімiрювання бомбового калориметра. Предложено метод СКОРОЧЕННЯ годині вімiрювання теплоти згорання паливо та проаналгзоваш его iмовiрнiснi характеристики

    Ключовi слова: бомбовий калориметр, теплота згорання паливо, iнтерполяцiйнi функції, коефщент детермiнацii

    1. Вступ

    Забезпечення енергоефектівносп та енергозбе-реження е одним 1з прюрітетніх напрям1в розвитку сучасного шовацшно-технолопчного суспшьства. На щдпріемствах р1зніх сфер промісловосп для контролю енергетично! ефектівносп багатьох техшчніх за-собiв та оцшкі теплотворної! здатносп палів в обов'язковому порядку Використовують калорімет-річш установки. Тому віршення проблем метролоп-чного забезпечення вішрювань, что характеризують теплотворну здатшсть енергетичних ресурав, е одним iз стратепчніх завдання розвитку промісловосп, зок-рема паливно-енергетичного сектору. Перехвд на но-вий техшко-економ1чній р1вень облшу транспорту-вання та постачання енергоресурав за енергетична Показники Вимагаю віршення комплексу важлівіх науково-техшчніх проблем, орiентованіх на вдоско-налення взаємопов'язаних еталон1в, оснащення п1дп-ріемств нов1тн1мі приладами та методами облшу ене-

    ргетічніх параметр1в та Досягнення сучасного р1вня метролопчного забезпечення таких пріладiв.

    2. Лггературній огляд

    До теперiшнього часу на бшьшосп п1дпріемств для визначення теплотворної! здатносп р1зніх від1в енергетичних палив в основному вікорістовуеться бомбовий ащабатічній калориметр спалювання В2-08 [1, 2]. Віпускаються такоже 1нш1 марки калоріметр1в, например, АБК-1, что е аналогами В2-08. Смороду базу-ються на вішрюванш зм1ні температури калорімет-річно! р1діні при спалюванн1 Речовини в сосудi ( «бомбi»), что розм1щуеться в ЦШ р1дін1 [3]. Процес вім1рювання е достаточно Довгий (Складанний около 3040 хвилин) 1 в его основ1 лежати емп1річн1 формули алгоритму превращение зм1ні температури в кшьшсть теплоти. Процес вім1рювання на ціх калориметрах проходити в нашвавтоматічному режім1 1 Вимагаю для роботи квалiфiкованого оператора.

    Серед заруб1жніх калоріметрiв, что викорис-товуються для визначення енергетичних властівос-тей палів, широко вiдомi засоби фiрм: Anter Corporation (США), Gearing Scientific Ltd (Великоб-рітанiя), Instrument Specialists Inc. (США), Leco Corporation (США), Linseis Messgeraete GmbH (Шме-ччіна), Mettler-Toledo International Inc. (США), MicroCal Incorporated (США), NETZSCH Group (Hi-меччіна), Parr Instrument Company (США), PerkinElmer Inc (США), Rigaku Corporation (Японiя), Setaram Instrumentation (Франщя), Shimadzu Corporation (Японiя), TA Instruments (США), Xentaur Corporation (США), БМЦ (Бшорусь) та iншi [4, 5].

    Бшьшють марок калоріметрiв вiд віробнішв, наведення вищє, Використовують аналогiчній вічі-знянім метод вімiрювання, но віграють у Швидко-дп та степеш автоматизаци, при цьом ix варпсть значний вища.

    Точнiсть вімiрювання як впчізняніх, так i за-рубiжніx калоріметрiв, покладах вiд швідкостi змь ні температури навколишнього середовища та ВВД РОбочий тiла калориметр [6]. Тому часто на них Працюють в спещальніх прімiщенняx зi стабшьною температурою та вологiстю повiтря [7].

    Ддаметрічт калориметр вімiрюють тепловий поткамі, что идет вiд бомби з Речовини, что спалюеться, через чутлівій елемент до масивною блоку. При Штег-руваннi сигналу, что пропорщйній тепловому та травні iм-пульсної характер, безпосередно визначаеться кшь-юсть теплоти, что відiлілася при спалюванш паливо [8].

    У роботах [9, 10] наведе оріпнальт ршен-ня, направленi на СКОРОЧЕННЯ годині вімiрювань в дiа-метричних калориметрах. Альо через порiвняно висо-кий тепловий отр термобатареi при роботi в максимально можливий дiапазонаx та при частих експери-ментів вщбувався перегрiв вімiрювальноi комiркі, что виробляти до зростання похібкі.

    В робот [11] наведенi балiстічнi методи, что е допомiжнімі у приладнати типу КТС. Смороду дозволя-ють скоротіті трівалють РОбочий режиму, но при цьом значний зменшуеться точнiсть визначення енергетичних характеристик паливо. Попереднш результат вімiрювання может буті Доступний Вже через 2-3 хвилини шсля пiдпалу паливо, при цьом експеріме-нтатор может або Зупинити вімiрювання, або пов-Вжити его до Настанов стацiонарного режиму. Про-те данi про точнiсть вімiрювань НЕ навідні.

    3. Мета та задачi дослiдження

    Мета дослiдження - СКОРОЧЕННЯ годині визначення теплотворноi здатносп палів (твердих, рiдкіx, газоподiбніx) Шляхом iнтерполяцii Даних вімiрю-вань iз ЗАБЕЗПЕЧЕННЯМ мiжнародніx стандартiв.

    Для Досягнення мети були поставлено наступи

    задачi:

    - дослiдіті принцип функцюнування та ре-жімі роботи Розроблення квазщіференщального бомбового калориметра КТС-4;

    - провести експеріментальш дослiдження визначення теплотворної! ' здатносп паливо;

    - Розробити метод СКОРОЧЕННЯ годині вімiрю-вання Шляхом апроксімацii отриманий Даних;

    - оцшіті ймовiрнiснi характеристики розроблення методу та описати рекомендацп относительно его Впровадження.

    4. Методи та засоби дослщження теплотво-рніх властівостей палів на баз1 бомбового калориметра

    Калоріметрічній експеримент Звичайно роз-дiляють на 3 перiод:

    1) початковий - передуе спалюванню Проби та служити для врахування теплообміну ^ калоріметріч-ного судині з навколішшм середовища в условиях початково! Температура експеримент;

    2) головний - вщбуваеться спалювання проби, вiдведення калоріметрічною рщіною теплоти, что відiлілася, та вірiвнювання температури в калоріях-метричних сосудц

    3) шнцевій - служити для врахування тепловіддача-бмiну в условиях кшцево! температура експеримент.

    Вімiрювання теплоти Q, что виднітися пiд час спалювання Проби паливо, можливо декшькома способами. 1нтегральній спосiб е основним, ВШ за-безпечуе найменша похібку вімiрювання та Найтро-валiшій годину проведення експеримент. Трівалють вімiрювання визначаеться часом встановлення ста-цiонарного режиму в тепловому блоцг Протяг РОбочий режиму ціктчно проводитися вімiрювання сигналу вiд Теплово! оболонки та его подалі ш-тегрування. У дослщжуваному калоріметрi один цикл ОБРОБКИ iнформацii Складанний Atc = 1 с. Юлькють ціклiв ненормована, та Залежить ВВД багатьох пара-метрiв. Визначення Величини Q iнтегральнім способом вщбуваеться за формулою:

    Q = 'jw (t) • dt = A • (1 + X E ") -X (K - K 0) -Ate,

    0 <= 1

    де W (t) - поточний показник теплової! потужностi; A - коефщент превращение; (1+? En) - множнік, что враховуе мультіплшатівш поправки; K - вімiряне значення сигналу вiд теплометрічно! оболонки, K0 - усереднене значення сигналу вщ теплометрічно! оболонки за останш 3 хвилини перед шдпалом паливо.

    Мультіплiкатівнi поправки En враховують як методічнi, так i iнструментальнi похібкі. Значення множніка A (1 + ^ En) визначаеться експериментально при градуюваннi калориметра та заноситися в пам'ять мжроконтролера. При проведенi повiрок калориметр значення цього множніка может буті вщ-коректованім. Кшцеве значення величини Q при ви-мiрюваннi штегральнім способом вiдображаеться на дисплеї! тсля Завершення РОбочий режиму.

    Для вімiрювання значення Q вікорістовуеть-ся кож балiстічній спосiб, что дозволяе значний скоротіті годину РОбочий режиму, проти точнють вімiрювання за ЦІМ методом значний зніжуеться в по-рiвняннi з iнтегральнім способом. Трівалють РОбочий режиму при балютічному способi визначаеться часом tmaz, при якому сигнал вiд теплометрічно! оболонки досяжними максимального значення Kmaz тсля т-

    дпалювання Проби паливо. Далi вімiрювання Q проводити с помощью апроксімуючо 'полiномiальноi функціонально:

    Q = Т Pj | (Кmax - Kо) J ,

    J

    де коефiцieнті полiнома Pj визначаються експеріме-нтально при градуюванш калориметра та заноситися до пам'яп мiкроконтролера. Трівалiсть пвдготовкі при балютічному способi iдентічна iнтегральному, но результат может буті отриманий Вже через 2-3 хвилини шсля пiдпалу паливо.

    Теплотворна здатнiсть палів в експеріменл Було дослiджено с помощью калориметр типу КТС-4, что розроблення у вщдш теплометрії, дiагно-стики та опташзацп в енергетіцi 1ТТФ НАН Укра'-ні. Прилад КТС-4 е бомбовим анеро'д ним iзоперi-болiчнім калориметром теплового потоку. Принцип роботи калориметра базуеться на вімiрюваннi теплового потоку, что формуеться при спалюванш Проби паливо, та его штегруванш, внаслiдок чого визнача-ють теплоту, что відшяеться при спалюванш паливо.

    У порiвняннi з шшімі моделями калоріметрiв КТС [12, 13], в конструкцш пристрою КТС-4 додано ряд удосконалення, спрямованих на шдвіщення тих-нологiчностi виготовлення, Зменшення годині шдгото-вки та пiдвищення точності вімiрювання. Діапазон вімiрювань калориметр - ВВД 10 до 40 кДж, похібка вімiрювань Складанний ± 0,1%, трівалють процесса шд-готування - НЕ бшьше 90 хвилин, трівалють процесса вімiрювання - 30 хвилин. Техшчш характеристики бомбового калориметра КТС-4 призведе в табл. 1.

    Представлених в робот дослвдження травні на МЕП ско-ротіті годину вімiрювання теплотворної характеристики палив.

    Таблиця 1

    Основнi технiчнi характеристики калориметра КТС-4

    Параметри Значення

    Дiапазон вімiрюваноi кшькоста теплоти, кДж 10-40

    Між основно 'вдаосно' похібкі,% ± 0,1

    Загальний час пiдготовки до вімiрювань, хв <90

    Час проведення вімiрювань, хв 30

    Потужшст' (вiд мережi 220 В, 50 Гц), ВА <850

    1ндікащя результатв вімiрюваіь цифрова

    Маса, кг - теплового блоку - електронного блоку - калоріметрічно 'бомби 50,0 15,0 2,5

    Зовшшнш вигляд бомбового калориметра КТС-4 представлено на рис. 1.

    До его складу входять:

    1) тепловий блок, призначення для розмщен-ня в ньом Проби паливо, забезпечення необразливо температурного режиму роботу та вімiрювання теп-ловідшення iз бомби при спалюваннi Проби паливо;

    2) двi калоріметрічнi бомби БКУ-2, призна-ченi для спалювання Проби паливо в кіснi;

    3) електронний блок, призначення для регу-лювання теплового режиму, вімiрювання та обробка сігналiв ПЕРВИННА перетворювачiв, формирование електричного iмпульсу пiдпалу Проби паливо, пере-дачi вімiрювальноi iнформацii в персональний комп'ютер.

    F ^ f | »|

    Мал. 1. Зовнiшнi вигляд бомбового калориметра КТС-4

    Вімiрювання шлькосп теплоти, что відшяеть-ся при спалюванш Проби паливо вщбуваеться насту-пнімі чином [14]. Проба паливо, пвдготовлена ​​вщпо-вiдно до стандарту, спалюеться в калоріметрічнiй бомбi, что Встановлюється в тепловому блоцi калориметра та Заповнена кисня, при тиску 2,5 ... 3 МПа.

    Температура поверхнi теплового блоку стабшзуеться с помощью електронного регулятора. Теплота, что відiляеться при спалюваннi Проби паливо, визнача-ється iнтегруванням теплового потоку, что вімiрю-ється термоелектрічнім перетворювач теплового потоку. Вімiрювання й обробка iнформацii прово-

    дяться на базi мiкропроцесорного пристрою, а результат вщображасться на цифровий дисплей! елект-ронного блоку у виглядi одиниць кiлькостi теплоти, что відiлілася при спалюваннi паливо (Дж / ккал). Отриманий результат передаеться до комп'ютера для подалі! ОБРОБКИ, а самє розрахунку віщо! i ниж-чо1 теплоти згорянія, внесення поправок, друкування протоколу. Для викл-чення впліву температури i конвекцп повiтря тепловий блок калориметр ро-змiщують в клiматічнiй камерi, а для стабшзацп напруги живлення в мережi Використовують стабiлiзатор мережевий! напруги.

    При шдготовщ проба проводиться вімiрювання масі Проби паливного матерiалами М-іе1, мiдного запального дроту М *}, полiетіленовоi упаковки Мр та наповнювача М-ц ?. При проведенш кало-ріметрічного дослiду визначаеться теплота Qfue ?, что відiляеться при спалю-ваннi проб. Пiсля дослщу вімiрюеться залішкова маса запального дроту М * 2. Питома теплота згорання паливо в бомбi розраховуеться за формулою:

    'Ь = \ _Qfuel - 9 * | (М * 1 "М * 2)"'р | Мр - - | ММ ~ \ 1М / "е, >

    де'ь - Питома теплота згорання паливо в бомбi калориметра; QfUel - вімiряна теплота згорання Проби паливо, Дж; ь * - Питома теплота згорання дроту пвдпа-лу (2510 Дж / г); 'р - Питома теплота згорання упаковки iз полiетілену (46382 Дж / г); - - Питома теплота згорання наповнювача (16700 Дж / г).

    5. Результату експериментального досл джень вімпркшаміі теплоти згоряння паливо в бомбового калоріметрi

    Процес вімiрювання в бомбового калоріметрi вiдбувався при переходi з одного стацiонарного режиму в шшій. Моменти качана i кiнця вімiрювання визначаються ступенями Досягнення стацiонарного режиму.

    Калоріметрічна бомба, Попередньо Заповнена Речовини, теплота згоряння яко! вімiрюеться в екс-періментi, та кисня пщ ^ валася до температури, что Дещо перевищуе робоча температура калориметра (Звичайно, на 2-3 ° С). Далi калоріметрічна бомба розмiщувалася у вімiрювальнiй комiрцi калориметр, пiсля чого розпочінався процес вімiрювання. Ш-сля спадання значень теплового потоку вщ калорій-симетрично! бомби до заданого (стацiонарного) рiвня вiдбувалося загоряни Речовини вщ спiралi пiдпалу, что находится в контакт з Речовини. Одночасно з ЦІМ починалося iнтегрування сигналу, что Надходить вiд сенсорiв теплового потоку, ВВД згоряння Речовини. Спочатку рiвень сигналу зростан до максимального значення, пiсля чого ввдбувалося его спадання до встановлення стацiонарного режиму. Пiсля цього штегрування закiнчувалося i на монiторi вщобража-лося чисельного значення теплоти згоряння Речовини, характеристика яко! дослiджувалася в експеріменп.

    У наведеному дослiдженнi проводити ви-значення теплоти згоряння дерев'яних пелепв. На рис. 2 показанi Графiк змiни рiвня теплового потоку Q течение годині вімiрювання t при переходi мiж стацiонарнімі рiвнямі.

    В ходi експериментального дослiдження проводили два окремий вімiрювання значень теплоти згоряння однаково зразшв дерев'яних пелепв. Встановлен, что теплота згоряння (тсля штегруван-ня сигналу вiд сенсорiв теплового потоку) 1-го бланках становила Qw = 11243 Дж, 2-го - QM = 13273 Дж (на рис. 2 графкі Ej та E2 вiдповiдно).

    Перюд встановлення стацiонарного режиму калоріметрічно! бомби до пвдпалювання дерев'яних пелетiв у 1-му експеріменп Склаві 2786 с, у 2-му -3410 з.

    Часовий промiжок ВВД моменту тдпалу до встановлення максимального значення теплового потоку у 1-му експеріменп Склаві 23 с, у 2-му - 25 с при максимальному значенні рiвня теплового потоку склалось 64,851 Дж та 78,278 Дж вщповвдно.

    Час встановлення стацiонарного режиму тсля Досягнення тково значення теплового режиму у 1-му експеріменп тисячі сімсот сімдесят-чотири с, у 2-му - один тисячі сімсот сімдесят три з.

    6. Обговорення результат втпркшаіія теплоти згоряння паливо в бомбового калоріметрi

    Зпдно ДСТУ 3581-97 (ГОСТ 30517-97) вімiрю-вання віщо! i нижчих! теплоти згоряння твердого паливо слвд Проводити згiдно ДСТУ ISO 1928: 2006. У нацюна-льоном стандарт! ДСТУ ISO 1928: 2006 зазначаеться, что результатом випробування е середньоарифметичного значення (Eave) результатів двох паралельних вімiрювань, зб! Жшсть якіх НЕ бiльше ШЖ 120 кДж / кг.

    У данi РОБОП пропонуеться метод СКОРОЧЕННЯ годині встановлення Пітом! теплоти згоряння паливо, Який полягае у прогнозуванш значення вщл! ку годині за значенням Eave в режімi реального часу. Завдання прогнозування вірiшуеться Використання визначили-но! функцiонально! залежностi, ОТРИМАНО! Шляхом апроксімацi! результатiв вімiрювання теплоти згоряння паливо через Деяк годину тсля Досягнення т-кового значення теплового потоку. Цей годин про-м! Жок е одним з найбшьш шформатівніх параметрiв у процеа визначення теплоти згоряння паливо.

    Мал. 2. Змша теплового потоку в хід! Експериментальна досл джень на бомбового калориметр!

    Осшлькі головного результатом в даного дос-лiдженнi е найбiльш Наближення Шукало! Функція-нально! залежностi до експериментального Даних, то було Прийнято рiшенням застосуваті iнтерполяцiйній метод, оскшькі вiн забезпечуе спiвпадiння значень апроксімуючо! Функція 'ф (х) з вихiдних вімiрянімі значення функцii y (x). При вах значеннях аргументу розумiють, что y (x) ~ ^ (x), та! Х блізькiсть отри-мують введенням в апроксімуючу функцп вiльніх параметрiв c = (cj, c2, ... cn} i вiдповiдно ix Вибори. Пiдбiр вдалого увазі функцiональноi 'залежностi ф (х; с) проводівся в програмному пакетi MathCAD. Пошук найкращих рiвномiрніx Наближення для функцп задано! на промiжку [a, b], визначаеться умів:

    А (y, q>) = Min, де А (y, q>) - a ™™ b \ y (х) -q>(Х) |.

    Якiсть обраних виду та розрахованіх параме-трiв рiвнянь штерполянпв визначавши Шляхом троянд-рахунку та порiвняння коефiцiентiв детермiнацii R2, область значень которого ВВД 0 до 1 (чим Ближче значен-ня R2 до 1, тим бшьша вiдповiднiсть моделi вxiднім данім):

    R2 = Е (y (Xt) -ф (х))) J [y (x,) - Е y (xi) jnj .

    Загальний аналiтічній вид тішв функцiй та візначенi! Х параметрами, что вікорістовуваліся для iнтерполяцii Даних на часовому пром1жку вiд тково-го значення Q до его загасання з штервалом 1 с, наведено в табл. 2.

    На рис. 3-7 наведе штерполянті для вибраних тішв функцiй, что апроксімують результати Вімере-вання теплоти згорання паливо пiсля Досягнення тко-вого значення теплового потоку. Для Спрощення розра-хункiв годин вщлш по осi абсцис встановлювався на рiвнi 0 с для шкового значення теплового потоку.

    Як видно з рис. 3-7, найбшьшій коефщент детермiнацii на всьому часовому промiжку експери-менту забезпечуеться iнтерполяцieю експоненщаль-ною функцieю - Л2ехр = 0,994, найменша -Л2ро14 = 0,075 (iнтерполяцiя полiномом 4-го порядку).

    Для дослвдження можлівостi раннього встану-влення Пітом! теплоти згоряння в процеа вім1рю-вання, були розрахованi коефiцieнті детермiнацii для визначених штерполюючіх функцiй на к = [* (QкlІ) _ * (QпoЧ)] / 30 годин iнтервалах вiд шко-

    вого значення Q до встановлення стабiльнoгo низько-го значення з кроком в 1 с. Довжина кожного часового штервалу збшьшуеться на 30 з: * Ит = у -30, де

    У = 1, к. На рис. 8, 9 вщображена змша коефщенпв детермiнацii для вс1х тіп1в застосовання штерполян-т1в в залежносл в1д к-го часового штервалу. Деяш рoзрахoванi значення кoефiцieнтiв детермшацп на рь зних годин штервалах наведено в табл. 3.

    Таблиця 2

    1нтерполяцшт функції 'для ОБРОБКИ експериментальний Даних

    Тип функції Загальний вигляд Експериментальний вигляд

    Логаріфмiчна Q (t) = a-ln (t + b) + з Qiog (t) = 11,85 -ln (t) + 83,322

    Степеневих Q (t) = a-tb + з Qpow (t) = 200,094-1-0,514

    Експоненцiальна Q (t) = a • ebt + з Qexp (t) = 70,424 • e-7,359 * 10 " '+1,017

    Сігмоiдна Q (t) = 1 a -1 1 + b -e = 5,284 x 1014 Qsig (t) = 1 + 7,544 x1012-e6-872 * 10-3 "

    Полiномiальна:

    2-го порядку Q (t) = a • t2 + b-t + з Qp0l2 (t) = 2,867 x 10-5 -t2 --0,068 -t + 36,146

    3-го порядку Q (t) = a-t3 + b-t2 + + з • t + d Qp ", 3 (t) = -4,532 x10-8 -t3 + + 1,512x 10 4-t2 --0,156 - t + 49,428

    4-го порядку Q (t) = a-t4 + b-t3 + + з • t2 + dt + e QPo, 4 (t) = -7,611x10-11 -t4 + +2,858 x 10-7 -t3 - 3,419 x 10-4-t2 + + 0,129-t + 8,618 x 10-4

    8DT

    Q, №

    60

    40-

    20-

    ^, "= 0,868

    600

    t, c

    1200

    Phc. 3. IfflepnoM ^ a pe3ymTaTiB eKcnepnMerny ^ yHKqiero BHgy Qlo,

    801

    R1 = 0,662

    pow

    1200

    PHC. 4. iHTepnon ^ i »pe3ymTaTiB eKcnepnMerny ^ yHKqiero BHgy Qp,

    1800

    1800

    80-

    Q

    _ JT4P.

    60 '

    40--

    20 -

    R- = 0,994

    0 600 1200

    t, c

    Phc. 5. IfflepnoM ^ a pe3ymTaTiB eKcnepnMerny ^ yHKqiero BHgy Qexp 80-

    R2. = 0,989

    1200

    PHC. 6. IfflepnoM ^ »pe3ymTaTiB eKcnepnMerny ^ yHKqiero BHgy Qsi

    1800

    "Tsoo

    Мал. 7.! Нтерполящя результатв експеримент функщею увазі Qpol2, Qpol3, Qpol4

    Мал. 8. Графжі змiни значень коефщенпв детермiнацii Bcix тішв штерполяцшніх функцш

    Мал. 9. Графiк змші значень коефщенпв детермiнацii Деяк тіп1в штерполяцшніх функцiй (R2pol2, R2pol3, R2pol4, R2

    R sig)

    Таблиця 3

    Коефщенті детермiнацii штерполяцшніх функцiй на рiзних годин пром1жках встановлення стацюнарного _режіму_

    tшт c Rpol2 R2pol3 R2pol4 R2 ^ exp R2log R2 Л pow R2 л Sig

    90 0,9974 0,9988 0,9997 0,9971 0,8252 0,6257 0,9963

    180 0,9987 0,9991 0,9994 0,9987 0,891 0,6645 0,9974

    270 0,9945 0,9994 0,9994 0,9992 0,9255 0,6862 0,9951

    360 0,9859 0,9991 0,9995 0,9993 0,9448 0,7132 0,9931

    450 0,9741 0,9976 0,9996 0,9991 0,955 0,7345 0,9919

    540 0,9601 0,9951 0,9994 0,9987 0,9593 0,7519 0,9915

    630 0,9446 0,9915 0,9989 0,9982 0,9598 0,7119 0,9915

    720 0,928 0,9868 0,9981 0,9978 0,9574 0,7213 0,9918

    810 0,9109 0,9813 0,9968 0,9973 0,9532 0,72 0,9921

    900 0,8935 0,975 0,9951 0,9968 0,9476 0,7276 0,9924

    990 0,876 0,968 0,9931 0,9964 0,9411 0,7241 0,9927

    1080 0,8587 0,9605 0,9906 0,996 0,9338 0,7297 0,9928

    1170 0,8416 0,9525 0,9877 0,9956 0,9261 0,7246 0,9929

    1260 0,8248 0,9442 0,9845 0,9952 0,9181 0,7301 0,993

    1350 0,8083 0,9356 0,9809 0,9949 0,9098 0,7338 0,993

    1440 0,7923 0,9267 0,9771 0,9946 0,9015 0,7273 0,993

    1530 0,7767 0,9176 0,973 0,9944 0,893 0,7313 0,9929

    1620 0,7616 0,9085 0,1431 0,9941 0,8845 0,7337 0,9929

    1710 0,7468 0,8992 0,1339 0,9939 0,8761 0,7371 0,9928

    1800 0,7324 0,8901 0,1257 0,9937 0,8679 0,7401 0,9928

    Як видно з рис. 8, 9 та табл. 3, найбшьше значення коефщента детермшацп на] -їх промiжках годині до t шт-750 з забезпечуеться для полiномiальноi функцii 4-го порядку, но на всьому промiжку експе-ріменту найбiльш коефiцieнт детермiнацii забезпечуеться експоненшальною iнтерполюючою функ-цiею Я2ехр = 0,994.

    Слiд звернути Рамус, что на] -їх промiжках годині вiд шкового значення Q до t шт-660 с для всiх обраних моделей штерполяіпв, окр1м степеневоi та на Деяк штервалах логаріфмiчноi, коефщен-ти детермшацп Я2 пріймають значення 61льш1 н1ж 0,995, что св1дчіть про скроню адекватшсть розра-Хованов параметр! в запропонованіх математичних моделей.

    Таким чином, шдтверджуеться можлів1сть за-Стосування методу СКОРОЧЕННЯ годині вімiрюваіня пі-томо1 'теплоти згоряння паливо Шляхом штерполяці отриманий Даних зм1ні теплового потоку в Чаа, Вже через Деяк годину п1сля Досягнення его шкового значення (-90 с). Для использование даного методу необ-х1дно волод1ті емпiрічною iнформацiя про характер нестацюнарного режиму спалюваіія окремий увазі паливо в бомбового калориметра Прогнозуван-ня значення теплоти згоряння можливо двома способами, за визначеними емтрічно iнтерполюючімі функціями: на всьому пром ^ ку годині в1д п1кового значення до качана стацюнарного режиму або на] -ому пром! ку годині.

    Реал! Зашя запропонованого методу можлива Шляхом введення в електронний блок схеми запропонованого розрахункового алгоритму та модулю ре-естрування функцюнальніх перелогових зм1ні теплового потоку в годину для р1зніх тітв паливо. При цьом, данi про вим! Рювання пітомоi теплоти згоряння паливо будут вiдображеннi на штерфейс оператора програмного забезпечення калориметр через

    встановлюваній короткий промiжок часу (/ -120 с) пiсля запалювання експериментального бланках.

    В Наступний роботах плануеться представіті розрахунок значення розшірено! невізначеносп результату вімiрювання Пітом! теплоти згоряння паливо, для рiзних номшальніх значеннявеличини q рь зних видiв палив та для обох способiв запропонова-ного методу прогнозування.

    7. Висновки

    1. Розглянуто принцип функцiонування та ос-новнi технiчнi характеристики розроблення в 1нсті-тутi технiчноi теплофiзікі НАН Укра! Ні квазвдіфе-ренцiального бомбового калориметра КТС-4. Наві-денi методика визначення теплоти згоряння паливо та методи СКОРОЧЕННЯ годині експериментального дос-лвджень.

    2. Проведенi експеріментальнi дослiдження по визначених теплоти згорання дерев'яних пелепв. Середнє значення теплоти згоряння в експерімеіп склалось Qb = 12258 Дж. Загальний час проведення двох експериментiв Склаві -165 хв. Показано, что найбшь-ший потенцiал до СКОРОЧЕННЯ годині вімiрювань ле-жить в межах встановлення стацюнарніх режімiв (1 - до пвдпалювання експериментального зразки, 2 -тсля Досягнення пiкового значення теплового потоку). СКОРОЧЕННЯ годині встановлення первого стацій-Нарнії режиму можливе Шляхом Вдосконалення апаратно! части бомбового калориметра. Скоро-чення годині встановлення значення теплоти спалю-вання паливо можливе Шляхом использование резуль-тапв математичних методiв ОБРОБКИ вімiрювальніх експериментiв.

    3. предложено метод СКОРОЧЕННЯ годині встановлення значення Пітом! теплоти згоряння паливо Шляхом апроксімацп результатiв вімiрювального експеримент с помощью iнтерполяцiйніх функ-

    ЦШ рiзних тіпiв (логаріфмiчно !, степеневих !, експоне-нщально !, сігмоiдноi, полiномiальноi рiзних поряд-кiв).

    4. Показано, что! Застосування експоненщаль-но! функцii для штерполяцп експериментальний так-них забезпечуе найбiльш коефiцiент детермiнацii среди Розглянуто функцiональніх залежних (К2ехр = 0,994), что сввдчіть про адекватнiсть запропо-Нова! математично! моделi. При цьом результат вімiрювання можна отріматі Вже через декшька секунд пiсля Досягнення шкового значення теплового потоку. Коефiцiенті детермшацп для iнших тіпiв Розглянуто функцюнальніх перелогових на всьому

    часовому пром! ку встановлення стащонарного режиму в порядку! х спадання становляться: R2slg = 0,989 (сігмовдна); R2poi3 = 0,890 (Полшу! Альна 3-го порядку); R2iog = 0,868 (логарифм! Чна); R2pol2 = 0,732 (Полшу-м! Альна 2-го порядку); R2pow = 0,662 (степеневих); R2pol4 = 0,075 (Полшу! Альна 4-го порядку).

    Для пвдвіщення точності та Зменшення годині визначення теплоти спалювання паливо доцшьно за-стосовуваті б! Блютеку Даних, создание яко! можли-ве Шляхом збертання та опрацювання Даних вим! рю-вань вщповщно до шкірного увазі та стану паливних матер! ал! в. Реал! Зац! Я даного методу буде Розглянуто в Наступний роботах.

    лiтература

    1. Машкін, Л. Б. Швидкодіючий діатермічний бомбовий калориметр спалювання БКС-2Х [Текст] / Л. Б. Машкін, П. К. Васильєв, В. В. Батилін // Заводська лабораторія. Діагностика матеріалів. - 2008. - Т. 74, № 4. - С. 42-44.

    2. Корчагіна, Е. Н. Калориметрія згоряння палива [Текст] / Є. М. Корчагіна, Е. В. Єрмакова, В. П. Варганов // Світ вимірювань. - 2012. - № 2. - С. 32-39.

    3. Yang, X. Construction of a rotating-bomb combustion calorimeter and measurement of thermal effects [Text] / X. Yang, S. Chen, S. Gao, H. Li, Q. Shi // Instrumentation Science & Technology. - 2002. - Vol. 30, Issue 3. - P. 311-321. doi: 10.1081 / ci-120013509

    4. Peralta, D. Coal blend performance during pulverised-fuel combustion: estimation of relative reactivities by a bomb-calorimeter test [Text] / D. Peralta, N. P. Paterson, D. R. Dugwell, R. Kandiyoti // Fuel. - 2001. - Vol. 80, Issue 11. - P. 1623-1634. doi: 10.1016 / S0016-2361 (01) 00031-X

    5. Yu, X. Study on thermodynamic properties of glyphosate by oxygen-bomb calorimeter and DSC [Text] / X. Yu, C.-R. Zhou, X.-W. Han, G.-P. Li // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. - 2012. - Vol. 111, Issue 1. - P. 943-949. doi: 10.1007 / s10973-012-2384-5

    6. Zhao, M.-R. Thermodynamic properties of diosgenin determined by oxygen-bomb calorimetry and DSC [Text] / M.-R. Zhao, H.-J. Wang, S.-Y. Wang, X.-X. Yue // Russian Journal of Physical Chemistry A. - 2014. - Vol. 88, Issue 12. - P. 2280-2282. doi: 10.1134 / S003602441412022X

    7. Lyon, R. E. Thermal dynamics of bomb calorimeters [Text] / R. E. Lyon // Review of Scientific Instruments. - 2015. -Vol. 86, Issue 12. - P. 125103. doi: 10.1063 / 1.4936568

    8. Overdeep, K. R. Design and functionality of a high-sensitivity bomb calorimeter specialized for reactive metallic foils [Text] / K. R. Overdeep, T. P. Weihs // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. - 2015. - Vol. 122, Issue 2. - P. 787-794. doi: 10.1007 / s10973-015-4805-8

    9. Іноземцев, Я. О. Калориметр для контролю ефективності енергоємних системи і калорійності енергоресурсів [Текст] / Я. О. Іноземцев, А. Б. Воробйов, Ю. М. Матюшин // Вісник Казанського технологічного університету. - 2010. -№ 1. - С. 71-74.

    10. Максимук, Ю. В. Метрологічне забезпечення вимірювань теплоти згорання твердих і рідких палив [Текст] / Ю. В. Максимук, В. В. Фесько, І. В. Васаренко, В. Г. Дубовик // Методи вимірювань, контролю , діагностики. - 2014. - № 2 (9). - С. 67-74.

    11. Воробйов, Л. І. Кондуктивний бомбовий калориметр для вимірювання теплоти згорання палива [Текст]: дис. канд. техн. наук / Л. І. Воробйов. - К., 2000. - 185 с.

    12. Воробйов, Л. І. Визначення теплотворної здатності біопаливних сумішей [Текст] / Л. І. Воробйов, Л. Н. Грабів, Л. В. Декуша, О. А. Назаренко, А. І. Шматок // Промислова теплотехніка . - 2011. - Т. 33, № 4. - С. 87-93.

    13. Бабак, В. П. апаратно-програмне забезпечення моніторингу об'екпв генерування, транспортування та споживай-ня Теплово! енергп [Текст]: Монографія! я / В. П. Бабак, В. С. Берегун та ш .; ред. В. П. Бабак. - К .: 1нстітут техшчно! теплофь зікі НАН Укра! ні, 2016. - 298 с.

    14. Burova, Z. A. Biofuels: the combustion heat analysis [Text] / Z. A. Burova, L. I. Vorobyov, O. O. Nazarenko // SWorld Journal. - 2016. - Vol. 10, Issue 11. - P. 152-155.

    Дата надходженнярукопісу 29.06.2017

    Бабак Вггалш Павлович, доктор техтчніх наук, професор, член-кореспондент НАН Укра! Ні, Ввддш теплометрп, д! Агностики та ошташзаці в енергетіщ, 1нстітут техшчно! теплоф! зики НАН Укра! ні, вул. Желябова, 2а, м. Ки! В, Укра! На, 03057 E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Запорожець Артур Олександрович, кандидат техтчніх наук, старший науковий сшвробгтнік, Ввддш теплометрп, д! Агностики та ошташзаці в енергетіщ. 1нстітут техшчно! теплоф! зики НАН Укра! ні, вул. Желябова, 2а, м. Ки! В, Укра! На, 03057 E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Назаренко Олег Олексшовіч, астрант, вщдш теплометрії !!, д! Агностики та ошгашзацп в енергетіщ, 1 н-ститут техшчно! теплоф! зики НАН Укра! ні, вул. Желябова, 2а, м. Ки! В, Укра! На, 03057 E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Редько Олександр Олександрович, провщній! Нженер, cлужбa головного метролога, Нацюнальній аиацшній ушверсітет, пр. Космонавта Комарова, 1, м. Ки! В, Укра! На, 03058, E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.


    Ключові слова: бомбових калориметр / BOMB CALORIMETER / ТЕПЛОТА Згорани паливо / HEAT OF FUEL COMBUSTION / іНТЕРПОЛЯЦіЙНі Функції / КОЕФіЦієНТ ДЕТЕРМіНАЦії / INTERPOLATIONFUNCTIONS / DETERMINATION COEFFICIENT

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити