Програма навчальної дисципліни. Зв’язок курсу з іншими дисциплінами
Тема 1. Вступ (2 години)
Зв’язок курсу з іншими дисциплінами. Основні задачі, предмет та ціль курсу. Роль і значення моделювання, математичного моделювання та оптимізації теплотехнолгічних процесів в розвитку промисловості і науково-технічному прогресі країни.
Тема 2. Сучасні тенденції розвитку інформаційних технологій, що використовуються в промисловості, а зокрема в металургії і теплотехніці(6 годин)
Типи задач, які вирішуються з використанням детермінованих і комбінованих мат. моделей стосовно виробничих умов (при проектуванні, виготовленні, експлуатації та модернізації теплотехнічного обладнання).
Тема 3. Поняття системного підходу та системного аналізу(2 години)
Системи і підсистеми. Системно-технологічний комплекс. Властивості системи (цілісність та членистість, зв’язність, як наявність вагомих стійких зв’язків між елементами, емерджентність – наявність інтегративної якості).
Тема 4. Поняття та види зв’язків у системі(2 години)
Їх фізичне наповнення, направленість, потужність (сила) та роль у системі, що розглядається. Поняття про зв’язки першого, другого та третього порядку (по Оптнеру). Структура системи. Структуризація системи. Ієрархія системи. Поняття графу. Приклад графу. Граф структури металургійного міні-заводу.
Тема 5. Класифікація систем(2 години)
Розподіл систем по: по походженню, по виду об’єкта, що відображається, по відношенню до руху, по складності, по розвертанні у часі послідовності реакцій на зовнішній вплив, по наявності внутрішніх цілей. Технічні системи. Технологічні системи. Основні риси металургійного підприємства, як великої системи: визначена цілісність (єдність); великі розміри системи; складність поведінки системи; стохастична природа можливих впливів зовнішнього середовища.
Тема 6. Основні принципи розробки математичних моделей складних теплотехнічних об’єктів і систем (4 години)
Блочне математичне моделювання. Види та призначення блоків. Управляючі блоки.
Тема 7. Рішення задачі з нестаціонарного нагріву футерівки металургійного ковша на газопальниковому стенді(4 години)
Аналіз постановки задачі. Попередній висновок о можливостях рішення та точності розрахунку.
Тема 8. Розробка фізичної моделі процесів нагріву футерівки металургійного ковша на газопальниковому стенді(4 години)
Прийняття та обґрунтування допущень при розробці фізичної моделі процесів променистого та конвективного теплообміну, а також теплопроведенні
Тема 9. Розробка математичної моделі підсистеми «газопаливний факел»(6 годин)
Розробка моделі (з використанням фізичної моделі „розмитого факелу”) для визначення температури газової фази у порожнині ковша при заданих значеннях температури внутрішньої поверхні його футерівки.
Тема 10. Розробка алгоритму розрахунку, розробка та відладка прикладної програми для ПК(2 години)
Проведення чисельного експерименту за допомогою прикладної програми. Аналіз отриманих результатів розрахунків.
Тема 11. Розробка математичної моделі підсистеми «двох/трьох-шарова футерівка»(8 годин)
Визначення нестаціонарного температурного поля футерівки металургійного ковша при заданих значеннях температури газової фази (факелу) у порожнині ковша (з використанням кінцево-різничного методу рішення диференційних рівнянь математичної фізики, що заданий).
Тема 12. Розробка алгоритму розрахунку(2 години)
Розробка та відладка прикладної програми для ПК. Проведення чисельного експерименту. Аналіз отриманих результатів.
Тема 13. Синтезування блочної комплексної математичної моделі тепло-масообмінних процесів(6 годин)
Розробка моделі, що ураховує нестаціонарний нагрів футерівки металургійного ковша на газопальниковому стенді, та призначена для визначення нестаціонарних температурних полів газової фази (факелу) і футерівки металургійного ковша при різних значеннях витрати палива. Розробка узагальненого алгоритму рішення задачі з використанням додаткових ітераційних циклів. Розробка та відладка складової прикладної програми для ПК. Проведення чисельного експерименту. Аналіз отриманих результатів.
Тема 14. Рішення задачі нестаціонарного нагріву металевої заготівки в металургійної нагрівальної (термічної) печі(6 годин)
Урахування змінних граничних умовах теплообміну по періодам нагріву (характерним зонам печі). Використанням метода кінцевих різностей з урахуванням залежності теплофізичних властивостей матеріалу від температури і променистого чи складного теплообміну на межі (аналіз постановки задачі; розробка фізичної моделі процесів, що протікають у системі; прийняття та обґрунтування допущень.
Тема 15. Розробка математичної моделі(4 години)
Вибір методу розв’язання системи рівнянь; розробка алгоритму рішення задачі; розробка та відладка прикладної програми для ПК; вибір та обґрунтування параметрів розрахункової сітки та точності розрахунку; проведення чисельного експерименту; аналіз отриманих результатів).
Тема 16. Використання детермінованих і комбінованих математичних моделей теплотехнологічних процесів, агрегатів і систем(4 години)
Вирішення різних типів виробничих задач, у т.ч. для розробки технічних пропозицій для удосконалювання конструкцій і режимних параметрів теплотехнічного обладнання.
Тема 17. Адаптація математичних моделей до реальних умов виробництва(6 годин)
Коефіцієнти адаптації. Основні принципи застосування математичних моделей для управління тепло-технологічними і металургійними процесами та агрегатами.
Тема 18. Принципи побудови алгоритмів розв’язання задачі(8 годин)
Оптимізація температурного режиму печі в I-ому періоді нагріву: Тпечі~f(τ)). Використання значення різниці температури між поверхнею та центром заготівки у якості критерію оптимізації, що характеризує одночасно якість нагрівання, продуктивність агрегату та питому витрату палива в печі.
Тема 19. Вирішення комплексної задачі розрахунку динаміки температурного поля металевої заготівки в процесі її нагріву в печі з одночасною оптимізацією температурного режиму нагріву(10 годин)
Розробка фізичної моделі процесів у різних зонах (періодах нагріву); розробка математичної моделі; вибір методу розв’язання системи рівнянь; розробка алгоритму рішення задачі; розробка та відладка прикладної програми для ПК; вибір та обґрунтування параметрів розрахункової сітки та точності розрахунку; проведення розрахунків; аналіз отриманих результатів.
Тема 20. Рішення задачі визначення оптимальної витрати палива при нагріванні футерівки металургійного ковша газопальниковому стенді перед прийняттям розплавленого металу(12 годин)
Особливості моделювання з використанням розроблених комплексної динамічної детермінованої математичної моделі та прикладної програми для ПК по розрахунку нестаціонарних температурних полів газової фази (факелу) і футерівки ковша. Вибір та обґрунтування критеріїв оптимізації, розробка алгоритму рішення, математичної моделі та програми. Особливості рішення задачі при використовуванні двохкомпонентних газопаливних сумішей та наявності різних видів палива.
Тема 21. Рішення задачі по удосконаленню теплотехнології нагрівання футерівки металургійного ковша на газопальниковому стенді(8 годин)
Рішення на основі математичного моделювання (з використанням розробленої комплексної детермінованої математичної моделі) з розробкою та обґрунтуванням технічних пропозицій (використовування теплоізоляційних матеріалів, спеціальних кришок, заміна матеріалів шарів футерівки, модернізація системи опалення, режимів експлуатації ковшів тощо). Математичне моделювання на ПК.
Всього 108 годин.