Оптимизация параметров механических перемешивающих устройств вертикальных емкостных аппаратов

Ключевые слова: алгоритмы оптимизации, вычислительная гидродинамика, механические перемешивающие устройства, интенсивность перемешивания

Аннотация

В статье представлены результаты решения задачи оптимизации режимных и конструктивных параметров механических перемешивающих устройств вертикальных емкостных аппаратов с применением алгоритма, который гарантирует получение оптимального решения задачи при минимальных затратах времени. Алгоритм разработан на основе метода перебора, реализованного с применением языка программирования Python и библиотеки SciPy, которая предназначена для выполнения научных и инженерных расчётов. Представлена структурная схема и поэтапная реализация разработанного алгоритма. Оценка быстродействия произведена на примере решения задачи определения конструктивных и режимных параметров открытой турбинной мешалки, установленной в вертикальном емкостном аппарате с эллиптическим днищем, которые обеспечивают максимальную интенсивность перемешивания.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Евгений Игоревич Мартьянов, Тамбовский государственный технический университет

аспирант кафедры «Компьютерно-интегрированные системы в машиностроении» (КИСМ) Тамбовского государственного технического университета (ТГТУ)

Сергей Викторович Карпушкин, Тамбовский государственный технический университет

д-р техн. наук, проф., профессор кафедры КИСМ ТГТУ

Владимир Витальевич Алексеев, Тамбовский государственный технический университет

д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой «Информационные системы и защита информации» ТГТУ

Литература

1. Braginski L. N. (1984) Peremeshivanie v zhidkikh sredakh. Fizicheskie osnovy i inzhenernye metody rascheta [Stirring in fluid media. Physical basis and engineering methods of calculation.]. L. : Chemistry. P. 336 (in Russian).
2. Voitovich R. (2015) Matematicheskoe mod elirovanie gidrodinamiki smesitelia s ekstsentricheski raspolozhennoi meshalkoi [Mathematical modeling of hydrodynamics of a mixer with an eccentrically located mixer]. In: Proceedings of higher educational institutions. Series: Chemistry and Chemical Technology. Vol. 11. P. 83–86 (in Russian).
3. Garbaruk A. V. (2010) Lektsii po techeniiu viazkoi zhidkosti i modeliam turbulentnosti: metody rascheta turbulentnykh techenii [Lectures on viscous fluid flow and turbulence models: methods of calculation of turbulent flows]. Saint-Petersburg : St. Petersburg State Polytechnical University Publisher, P. 127 (in Russian).
4. Donskikh I. N. (2019) Analiz programmnykh sredstv modelirovaniia slozhnykh sistem [Analysis of program means for modeling complex systems] In: Informatics: problems, methodology, technology: collection of materials of XIX international scientific-methodical conference, Voronezh, 14–15 February 2019, Voronezh: Publishing house “Scientific-Research Publications”. P. 1098–1102 (in Russian).
5. Karpushkin S. V. (2009) Raschety i vybor mekhanicheskikh peremeshivaiushchikh ustroistv vertikal’nykh emkostnykh apparatov [Calculations and selection of mechanical mixing devices of vertical reservoirs] Ministry of Education and Science of the Russian Federation, GOU VPO “Tambov State Technical University. Tambov: Publishing house of TSTU. P. 168 (in Russian).
6. Lashchinskii A. A. (2011) Osnovy konstruirovaniia i i rascheta khimicheskoi apparatury [Fundamentals of construction and calculation of chemical equipment]. Moscow : Alliance. P. 752 (in Russian).
7. Malygin E. N. (2010) Matematicheskie metody v tekhnicheskikh raschetakh: uchebnoe posobie [Mathematical Methods in Technical Calculations: Tutorial]. Tambov : GOU VPO TSTU. P. 80 (in Russian).
8. Martyanov E. I. (2020) Matematicheskoe opisanie polei skorostei v apparate s meshalkoi [Mathematical description of velocity fields in a stirrer apparatus] In: Proceedings of St. Petersburg State Technological Institute (Technical University). P. 107–111. DOI
9. Martyanov E. I. (2021) Povyshenie effektivnosti mekhanicheskogo peremeshiva-niia v vertikal’nykh emkostnykh apparatakh [Increase of efficacy of mechanical mixing in vertical reservoirs] In: Virtual modeling, prototyping and industrial design: Proceedings of VII International Scientific-Practical Conference, Tambov, October 12–14, 2021, Tambov: Publishing Center of Tambov State Technical University. P. 44–48 (in Russian).
10. Martyanov E. I. (2021) Problemno-orientirovannaya sistema upravleniya i optimizacii osnovnyh parametrov tekhni-cheski slozhnyh sistem [Problem-oriented system of control and optimization of the main parameters of technically complex systems] In: Vestnik of Tambov State Technical University. P. 336–344. DOI
11. Minibaeva L. R. (2008) Chislennoe modelirovanie gidrodinamicheskoi struktury potoka v apparatakh s peremeshivaiushchimi ustroistvami [Numerical modeling of hydrodynamic flow structure in apparatuses with stirring devices] In: Bulletin of Kazan Technological University. P. 191–198 (in Russian).
12. Mordanov S. V. (2011) Metodika opredeleniia poleznoi moshchnosti privoda mehanicheskogo peremeshivaiushchego ustroistva [Methods of determination of useful power of mechanical mixing device drive] In: Information school of young scientist: collection of scientific works. Yekaterinburg: Urals Center for Academic Service Printing House. P. 254–264 (in Russian).
13. Adeyemi N., Mohiuddin A.K.M., Husaini M. and Jameel A. T. (2012). Mixed-Flow Impeller Characteristics in Baffled Mixing Tank. AMR. DOI
14. Edward L. Paul, Victor A. Atiemo-Obeng and Suzanne M. Kresta (2004) Handbook of industrial mixing. Science and practice. Hoboken, New Jersey, John Wiley & Sons, Inc.
15. Martyanov E. I. and Malygin E. N. (2020) Development of software systems for the design of technically complex products. Journal of Physics: Conference Series : Current Problems, Voronezh, 07–09 December 2020. Voronezh, 2021. P. 012122. DOI URL
16. Maximilian F. Eggl et al. (2022) Mixing by stirring: optimizing shapes and strategies, Physical Assessment Liquids DOI
17. Mikito Konishi, Masanobu Inubushi and Susumu Goto. (2022) Fluid mixing optimization with reinforcement learning. Scientific Reports; 12 (1) DOI
18. Ochieng A. and Onyango M. (2010). CFD simulation of the hydrodynamics and mixing time in a stirred tank. Chemical Industry and Chemical Engineering Quarterly. 16(4). P. 379–386. DOI
19. Shi L., Zhou S. J., Yang F. L. and Hu F. J. (2011). Numerical Simulation of Turbulent Mixing for Dislocated Blades in a Stirred Tank. AMR. DOI URL
20. Sumer B. M. (2007) Lecture notes on turbulence. Technical University of Denmark.
21. Yakhot V., Orszag S. A., Thangam S., Gatski T. B. and SpezialeYakhot C. G. (1992) Development of Turbulence Models for Shear Flows by a Double Expansion Technique. Phys. Fluids. Vol. 7. Р. 1510–1520.
Опубликован
2022-11-09
Как цитировать
Мартьянов, Е. И., Карпушкин, С. В., & Алексеев, В. В. (2022). Оптимизация параметров механических перемешивающих устройств вертикальных емкостных аппаратов. Вестник ВГУ. Серия: Системный анализ и информационные технологии, (3), 33-44. https://doi.org/10.17308/sait/1995-5499/2022/3/33-44
Раздел
Математические методы системного анализа, управления и моделирования