Программный комплекс "Тепловой взрыв" (стр. 6 )

Все базы данных идентичны по структуре своих записей и являются оригинальной разработкой. Система ведения баз предусматривает возможность выполнения необходимых операций по пополнению баз, удалению, копированию, перемещению записей.

Базы данных всех программ комплекса TSS содержат ряд демонстрационных примеров, оригинальных или взятых из публикаций в открытых источниках.

1.3. Компоненты

1.3.1. TDPro

Программа TDPro служит для обработки данных термоаналитических экспериментов (ДТА, ДСК, термогравиметрия, калориметрия тепловых потоков, комбинированные методы) с целью их подготовки для использования программами кинетического анализа при построении кинетических моделей реакций. TDPro также позволяет выполнять расчетное определение теплофизических свойств химических веществ по экспериментальным данным.

Входные данные для TDPro:

таблично заданные значения изменения скорости теплоотвода/теплоподвода к образцу (калориметрический опыт) – результат измерения прибором; таблично заданные значения изменения массы образца (термогравиметрический опыт) - результат измерения прибором; комбинированные данные – таблично заданные значения изменения скорости теплоотвода/теплоподвода и изменения массы образца (приборы ДСК-ТГА, ДТА-ТГА) - результаты измерения прибором; параметры опыта – масса образца, температура термостата или начальная температура и скорость нагрева, теплоемкость образца, постоянная времени измерительного блока.

Для ввода исходных экспериментальных данных, представленных в текстовом формате, используется вспомогательная программа TFC.

При обработке данных предполагается, что кинетический реактор соответствует модели реактора идеального перемешивания.

Выходные результаты при первичной обработке эксперимента - таблично заданные значения изменения скорости тепловыделения и/или скорости изменения массы, значения изменения тепловыделения и изменения массы, изменение температуры образца и его теплоемкость в зависимости от времени.

Выходные результаты при обработке данных при определении теплофизических свойств образца:

теплоемкость в зависимости от температуры в табличном виде и в виде аппроксимирующего полинома; теплота и температура фазового перехода; коэффициент теплопроводности жидкости при данной температуре.

Хранение исходных экспериментальных данных и результатов обработки осуществляется в базе данных TDPro; каждый набор данных хранится как индивидуальная запись в томе данных под уникальным именем. Обработанные данные могут быть экспортированы в базу данных программ ForK и DesK для кинетического анализа.

Первичная обработка данных включает:

возможность удаления неинформативных фрагментов данных и отдельных точек; фильтрацию шумов методом скользящего окна с применением полиномиальной или экспоненциальной интерполяции; вычитание экспериментальной базовой линии из данных измерительного опыта; реконструкцию базовых линий различных типов под пиком, соединение начальной и конечной точек пика отрезком прямой, экспоненты, полинома; интегрирование дифференциальных и дифференцирование интегральных откликов с использованием интерполирующих полиномов Лагранжа; прореживание данных – выборку экспериментальных точек с заданным постоянным шагом по времени и сигналу.

Подготовка данных для кинетического анализа включает:

расчет температуры образца; выполняется на основе уравнения теплового баланса и учитывает отклонение температуры образца от температуры термостата из-за частичной аккумуляции выделяющегося в образце тепла; деконволюцию данных - расчет истинного тепловыделения в образце по измеренному в ходе опыта теплоотводу; выполняется на основе математической модели измерения; статистическую обработку результатов параллельных опытов; применяется для анализа непротиворечивости (совместности) данных, расчета усредненных кривых и коридора погрешностей по массиву отобранных совместных данных; для анализа совместимости данных используется U-статистика.

Процедуры определения теплофизических свойств веществ:

расчет теплоемкости вещества в зависимости от температуры и построение аппроксимирующего полинома; применяется классический метод расчета теплоемкости по смещению базовой линии калориметра в режиме линейного нагрева при проведении опытов с пустым тиглем и тиглем с образцом; расчет температуры и теплового эффекта фазового перехода первого рода (плавление, полиморфные превращения); теплота перехода находится интегрированием пика на калориметрической кривой, температура определяется по началу пика; определение динамических характеристик калориметра по результатам данных по плавлению реперных веществ; расчет основан на физической однотельной модели измерения и выполняется по заднему фронту пика после завершения плавления образца; определение теплопроводности жидкостей (только для изотермических калориметров теплового потока с увеличенной ячейкой); метод определения основан на теории регулярного теплового режима Кондратьева, устанавливающего связь между величиной теплового потока, подводимого к образцу при его нагреве в регулярном режиме, и коэффициентом температуропроводности образца.

1.3.2. ADaExpert

Программа ADaExpert служит для первичной обработки экспериментальных данных адиабатических экспериментов, выполняемых с использованием адиабатических калориметров типа ARC, VSP, Phi-Tec, DEWAR, RSST и других, и подготовки их для использования для построения кинетических моделей реакций.

ADaExpert включает автономный модуль TFC - конвертор исходных данных, представленных в текстовом формате в формат TSS, а также модуль расчета систем сброса давления Vent Sizing.

Входные данные:

таблично заданные значения изменения температуры образца и давления в реакционном сосуде – результаты экспериментального измерения прибором; параметры опыта – масса образца, масса сосуда, свободный объем реактора, коэффициент тепловой инерции; теплоемкости реакционной массы и материала реактора, могут задаваться в виде полиномов, описывающих зависимость этих величин от температуры; коэффициенты термического расширения исследуемого вещества и материала реактора.

Для ввода исходных экспериментальных данных, представленных в текстовом формате, используется программа конвертирования TFC.

Выходные данные:

таблично заданные значения изменения температуры, тепловыделения, газовыделения и скоростей изменения указанных величин; оценки параметров уравнения Антуана для суммарного давления паров летучих компонентов смеси; масса и теплоемкость образца; значение коэффициента тепловой инерции; кинетические параметры (для одностадийной реакции n-го порядка); значения времени достижения максимальной скорости реакции (TMR) в зависимости от начальной температуры.

Хранение исходных экспериментальных данных и результатов обработки осуществляется в базе данных ADaExpert; каждый набор данных хранится как индивидуальная запись в томе данных под уникальным именем.

Обработанные данные могут быть экспортированы в базу данных программ ForK и DesK для кинетического анализа.

Первичная обработка данных включает:

удаление неинформативных фрагментов данных и отдельных точек; фильтрацию шумов методом скользящего окна с применением полиномиальной или экспоненциальной интерполяции; определение температуры начала адиабатического режима; выполняется пользователем по графику скорости изменения температуры, представленному в аррениусовских координатах Log(dT/dt) - 1/T; интегрирование дифференциальных и дифференцирование интегральных откликов; выполняется с использованием интерполирующих полиномов Лагранжа; прореживание данных– выборка экспериментальных точек с заданным постоянным шагом по времени и сигналу; коррекция давления на давление инертного газа; выполняется по заданным начальному давлению и температуре по уравнению состояния идеального газа; определение параметров уравнения Антуана зависимости давления паров от температуры и коррекция давления на давление паров; выполняется методом наименьших квадратов по линейному участку на кривой давления, представленной в Аррениусовских координатах, коррекция сводится к вычитанию аппроксимированной кривой давления пара из кривого изменения давления; расчет откликов по тепловыделению и газовыделению; при расчете газовыделения может учитываться изменение свободного объема из-за термического расширения вещества и сосуда (если заданы соответствующие коэффициенты); коррекция данных на термическую инерцию прибора с использованием модифицированного метода Фишера; оценка кинетических параметров для одностадийной реакции n-го порядка методом линеаризации; расчет размеров защитных устройств (разрывных мембран или клапанов) системы аварийного сброса давления с использованием методологии европейского стандарта ISO 4126-10; расчет параметра TMR в зависимости от начальной температуры по формуле Тодеса - Франк-Каменецкого.

1.3.3. RCPro

RCPro – компонент комплекса TSS, предназначенный для первичной обработки данных реакционной калориметрии с целью их использования для кинетического анализа. Программа поддерживает первичную обработку следующих данных:

термические данные – температура образца, интегральное и дифференциальное тепловыделение; манометрические данные; концентрационные данные.

Предполагается, что эксперимент выполняется в условиях проточного или полупроточного реактора идеального перемешивания.

Программа включает конвертор входных данных из формата ASCII в формат комплекса TSS. Программа может создавать и хранить специальные шаблоны для конвертации термических и концентрационных откликов.

Помимо выполнения своей главной задачи – подготовка данных для кинетического анализа программа RCPro может быть использована для оценки потенциальной реакционной опасности процесса в условиях сценария наиболее тяжелой аварии по результатам оценки теплонакопления в реакторе.

RCPro имеет проектно – ориентированный интерфейс, подобный интерфейсу программ TDPro и ADAExpert. Данные, подготовленные этой программой, далее используются программой DESK.