Актуальность исследования
В наше время ежедневно и во всех областях деятельности приходиться иметь дело с вычислениями и переработкой огромных объемов информации. Как результат, за последние десятилетия произошла и до сих пор идет повсеместная компьютеризация. Вычислительная и микропроцессорная техника значительно упрощает решение сложных задач, что положительно влияет на конечный результат и рациональное использование ресурсов. Одним из таких сложных задач является технологический расчет отстойника и барабанного вакуум-фильтра.
Осаждение так же, как и фильтрование – это процессы разделения суспензий с содержанием твердых частиц. Осаждение осуществляется в специальном аппарате отстойнике, а фильтрование в вакуум-фильтре. Данные процессы широко распространены в деятельности человека, они используются как в промышленных масштабах, так и в индивидуальных хозяйствах. Технологический расчет аппаратов для этих процессов крайне важная задача и для инженеров-конструкторов, и для студентов. Целью этих расчетов является определение размеров (диаметра, высоты, ширины и т.д.), на основе которых осуществляется выбор определенной модели [1].
Стоит отметить, что технологический расчет отстойника и барабанного вакуум-фильтра является сложным, вследствие необходимости соблюдать и исходить из определенных условий, сложности используемых формул, и большого количества физико-химических свойств веществ нужных в расчете. Также в процессе расчета приходится вычислять большое количество переменных и работать с табличными данными. Все вышеперечисленное помимо увеличения трудоемкости расчета может привести к ошибкам из-за невнимательности.
Реализация программного пакета и дальнейшее ее применение в технологических расчетах позволит существенно ускорить весь процесс за счет использования машинного труда вместо ручного. Вследствие этого понизится вероятность ошибок, вызванных человеческим фактором. Упрощается вывод и хранение промежуточных переменных, а также конечных результатов.
Использование баз данных (БД) позволит упорядоченно хранить данные физико-химических свойств веществ, название моделей аппаратов и их свойств, предоставить возможность их автоматизированного сохранения и при необходимости – быстрый доступ к ним [2].
В настоящий момент уже разработано большое количество программных пакетов, позволяющих рассчитывать сложные технологические аппараты. Однако практически все они предназначены не для учебных целей, а для применения на предприятиях и проектных институтах, поэтому сложны в использовании и обладают широким функционалом, излишним и не нужным для студентов. Также немаловажным фактором является стоимость лицензий на профессиональные пакеты, по некоторым данным их цена колеблется от 1000$ до 10000$ в зависимости от полноты пакета. Покупка таких программ вузами совершенно нерентабельна и невозможна.
Исходя из вышеперечисленных причин разработка простого и удобного в использовании программного пакета для технологического расчета отстойника и барабанного вакуум-фильтра является актуальной задачей.
Требования к программному продукту
Назначение разрабатываемого программного пакета – технологический расчет отстойников и барабанных вакуум-фильтров. Область применения программ – выполнение и проверка расчетно-графических, лабораторных, курсовых и других работ.
Входные данные программы:
- физико-химические свойства разделяемых веществ (диаметр частицы, плотность чистой жидкости, плотность суспензии (твердых частиц), вязкость жидкости, плотность осветленной жидкости, плотность твердой фазы, плотность жидкой фазы, влажность осадка после фильтрования, концентрация твердой фазы в суспензии, вязкость фильтрата, массовое удельное сопротивление осадка, сопротивление фильтровальной перегородки, перепад давления на фильтре, вязкость промывной жидкости, перепад давления на фильтре при промывке осадка) – вводятся пользователем в соответствии со справочными данными или берутся из базы данных программы, могут быть добавлены в базу данных;
- описание технологического режима аппарата (содержание твердых частиц в исходной смеси, осадке и осветленной жидкости, массовый расход, высота слоя осадка в фильтрате, удельный расход промывной жидкости, заданная производительность по фильтрату) – вводятся пользователем в соответствии с его заданием на проектирование аппарата.
Программный продукт должен рассчитывать следующие параметры:
- критерий Архимеда, число Рейнольдса при осаждении частиц, скорость свободного осаждения, плотность суспензии, объемная доля жидкости в суспензии, скорость осаждения частиц суспензии (скорость стесненного осаждения), поверхность осаждения при технологическом расчете отстойника;
- плотность влажного осадка, отношение объема осадка на фильтре к объему полученного фильтрата, масса твердой фазы, отлагающейся при прохождении единицы объема фильтрата, продолжительность фильтрования, продолжительность промывки, продолжительность полного цикла работы фильтра, удельный объем фильтра, общая поверхность фильтрования при технологическом расчете барабанного вакуум-фильтра;
- выбор из каталога оптимальной модели аппарата соответствующей рассчитанным параметрам.
Все вышеописанные значения выводятся на экран в удобном упорядоченном виде.
В процессе работы программа использует базу данных для хранения информации о перечисленных выше свойствах веществ и характеристиках аппаратов.
Описание и структура программы
Для разработки программного обеспечения в настоящее время имеется широкий выбор языков программирования, которые отличаются друг от друга по сложности освоения, функциональным возможностям, направлениям их применения и т.п. [3]. Для реализации задуманного проекта нами был выбран – Visual Basic. Этот язык довольно распространен и претерпел множество обновлений с тех пор, как был выпущен в 1998 году. На сегодняшний день он представляет собой несложное в освоении и удобное средство для реализации простых некоммерческих проектов. Главными его достоинствами являются высокая скорость создания приложений с графическим интерфейсом пользователя и простой синтаксис, обеспечивающий низкий порог вхождения [4].
Основными структурными составляющими программы являются модули, в которых находится программный код, и связанные с ними экранные формы. Модуль осуществляет обработку команд пользователя, поступающих с соответствующей формы. Программный код модуля состоит из взаимосвязанных подпрограмм (процедур), каждая из которых выполняет какую-либо конкретную задачу [5, 6].
Программа состоит из следующих форм:
1. Форма MainWindow (Окно приветствия). В данном окне представлена некоторая демонстрационная информация, а также выбор необходимого технологического расчета.
2. Форма Sump (Окно «Технологический расчета отстойника») (рисунок 1). Это основное окно, с которым будет работать пользователь. Здесь происходит ввод исходных данных, их проверка и преобразование, расчет всех параметров и вывод конечных результатов на экран.
3. Форма Filter (Окно «Технологический расчета барабанного вакуум-фильтра») (рисунок 2). По своему функциональному назначению полностью идентичен предыдущей форме.
4. Форма Option (Окно «Настройки»). Позволяет настроить визуальное оформление программы, а также задать некоторые константы.
5. Форма BD (Окно «База данных»). С помощью этой формы осуществляется представление базы данных и их изменение.
6. Форма Help (Окно «Справка»). Содержит руководство пользователя.
7. Форма AboutBox (Окно «О программе»). Содержит информацию о программе.
Система управления базой данных – это комплекс программных средств, который предназначен для создания структуры новой базы, редактирования содержимого и визуализации информации, т.е. отбор отображаемых данных в соответствии с заданным критерием, их упорядочение, оформление и последующая выдача на устройство вывода или передача по каналам связи [2]. В данном пакете была создана база данных на основе MSAccess, для хранения некоторых постоянных входных величин и моделей аппаратов, а также при необходимости сохранения решенных расчетов в виде таблиц.
Интерфейс программы (рис.1) представляет собой несколько областей, а его реализация является достаточно простой и интуитивно ясной для пользователей.
Рис.1. Окно технологического расчета отстойника
Строка меню содержит следующие пункты:
- База данных – содержит таблицы с данными физико-химических свойств веществ, моделями и характеристиками аппаратов.
- Настройки – в данной вкладке имеется возможность изменения визуального оформления программы.
- Справка – содержит руководство пользователя.
- О программе – содержит информацию о программе (версия, авторы и т.п.).
Основная часть программы разделена на две области – «Исходные данные» и «Результат расчета».
Рис.2. Окно технологического расчета барабанного вакуум-фильтра
На рисунке 3 изображено графическое представление алгоритма программы, в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий [4].
Математическая основа для вычислений взята из источников [7-9].
Рис. 3. Блок-схема работы программы
Заключение
Разработанный программный пакет позволяет быстро и точно произвести технологический расчет отстойников и барабанных вакуум-фильтров. За счет этого, при выполнении расчетно-графических, лабораторных, курсовых и других работ у студентов появляется больше времени для изучения и анализа всевозможных вариантов конструкции аппарата. Кроме того, у обучающихся имеется возможность самостоятельно найти и исправить ошибки, допущенные в процессе ручного расчета, сравнив ответы.