УДК 621.311
ОСВОЕНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ РАСЧЕТОВ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ЭФФЕКТИВНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ–
ОСНОВА ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ–ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙС.В. Голдаев
Томский политехнический университет
svgoldaev@tpu. ru
Описан опыт обучения автоматизации расчетов показателей надежности и эффективности систем теплоэнергоснабжения при подготовке инженеров по специальности «Промышленная теплоэнергетика» в рамках лабораторных работ, выполняющихся на персональном компьютере.
При проектировании и реконструкции различных систем водоснабжения, газо-и теплоснабжения, возникает необходимость выполнения сложных расчетов по определению показателей надежности и эффективности [1–4].
Так, в ходе расчета показателей надежности методом структурных схем для объектов, подчиняющихся распределениям Вейбулла или Гаусса, используется гамма-функция, интеграл Лапласа [1]. Тексты ряда пособий по надежности различных объектов, даже изданных в последнее время [5–7], описывающих свойства упомянутых распределений, ограничиваются табличным представлением значений таких функций. Рассмотрены иллюстративные примеры, в которых их аргументы имеют целые значения, что не требует применения интерполяции.
Количественный анализ надежности объектов в нестационарных режимах базируется на марковской модели случайных процессов и сводится к интегрированию системы линейных обыкновенных дифференциальных уравнений, предложенных Колмогоровым и Чепменом [1,2]. Решение рассмотренных в [1,2] задач получено аналитическим методом. Однако в случаях высокого порядка системы Колмогорова–Чепмена нахождение искомых зависимостей представляет собой трудоемкую процедуру.
Расчет методом статистических испытаний с достаточной точностью показателей надежности реальных объектов, содержащих десятки элементов, требует проведения тысяч испытаний, что вручную практически нереально [1].
Нахождение оптимальных решений для теплоэнергетических систем в рамках задач нелинейного программирования связано с проведение большого объема вычислений [3].
Следовательно, комплексный анализ эффективности и надежности систем теплоэнергоснабжения возможен только на персональных компьютерах. Поэтому целесообразно при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Теплоэнергетика» практические разделы специальных курсов проводить с применением программных средств.
Лабораторный практикум [8] содержит описания нескольких работ по расчету в среде Turbo Pascal показателей надежности и эффективности теплоэнергетических устройств и систем. Известный недостаток этой среды, обусловленный малым математическим обеспечением, реализующим распространенные алгоритмы (вычисление специальных функций и определенных интегралов, решение систем нелинейных и дифференциальных уравнений), в значительной степени преодолен в пособиях по решению теплотехнических задач с помощью Turbo Pascal [9–11].
В последнее время появились практикумы по теории надежности [12] и оптимизации [13], в которых анализ абстрактных задач осуществлен на основе Microsoft Excel. Как известно, трудоемкость физико-математической постановки задачи по прогнозированию эффективности и надежности систем теплоэнргоснабжения, сравнима с ее количественным анализом [1–3]. Последовательность решения задач теории вероятностей и математической статистики на базе пакета Mathcad описана в учебном пособии [14]. Поскольку эти разделы математики широко применяются в теории надежности, то следует использовать соответствующие программы из этого пособия.
Для дальнейшего совершенствования технологии учебного процесса в рамках направления «Теплоэнергетика» целесообразно проводить практические занятия по общеобразовательным курсам (высшая математика, сопротивление материалов и др.) на базе пакетов Mathcad, Excel, благо имеются соответствующие разработки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Надежность теплоэнергетического оборудования ТЭС и АЭС: учеб. пособие для вузов /Г.П. Гладышев, Р.З. Аминов, В.З. Гуревич и др. – Под ред. А.И. Андрющенко.– М.: Высш. шк.,1991. – 303 с.
2. Ильин Ю.А. Надежность водопроводных сооружений и оборудования М.: Стройиздат, 1985. – 240 с.
3. Кафаров В.В., Мешалкин В.П., Гурьева Л.В. Оптимизация теплообменных процессов и систем М.: Энергоатомиздат, 1988. – 192 с.
4. Голдаев С. В. Надежность и оптимизация систем теплоэнергоснабжения промышленных предприятий: учеб. пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – 168 с.
5. Кузнецов Н.Л. Сборник задач по надежности электрических машин – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. – 408 с.
6. Шубин В.С., Рюмин Ю.А. Надежность оборудования химических и нефтеперерабатывающих производств – М.: Химия, КолосС, 2006 – 359.
7. Никитин О.Ф. Надежность, диагностика и эксплуатация гидропривода мобильных объектов. – М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 312 с.
8. Голдаев С.В. Практикум по надежности и оптимизации систем теплоэнергоснабжения. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 100 с.
9. Голдаев С. В. Практикум по математическому моделированию и расчетам теплотехнических систем на ЭВМ. – Томск. Изд.-во ТПУ, 2004. – 74 с.
10. Голдаев С. В., Загромов Ю. А., Ковалев М. В. Решение задач по теплотехнике в среде Турбо Паскаль: учеб. пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2006. – 184 с.
11. Кузнецов Г.В., Шеремет М.А. Разностные методы решения задач теплопроводности: учеб. пособие. – Томск. Изд.-во ТПУ, 2007. – 172 с.
12. Половко А.М., Гуров С.В. Основы теории надежности. Практикум. – СПб: БХВ–Петербург, 2006. –560 с.
13. Соболь Б.В., Месхи Б.Ч., Каныгин Г.И. Методы оптимизации: практикум. – Ростов н/Д: Феникс, 2009. – 380 с.
14. Ивановский Р.И. Теория вероятностей и математическая статистика. Основы, прикладные аспекты с примерами и задачами в среде Mathcad. –СПб:БХВ-Петербург, 2008. – 528 с.
Поступила 18.12.2009 г.
Сведения об авторе: д.ф.-м.н., ст. н.с., доцент кафедры ТПТ ТЭФ