Методология, теория, практика Под редакцией

ФИЗИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
n
Линейная зависимость размеров тел от температуры.
n
Потери напора жидкостей и газов в трубах (закон Дарси-
Вейсбаха).
n
Турбулентное течение жидкости или газа.
n
Вязкость (внутреннее трение жидкостей и газов).
n
Повышение температуры тел при поглощении теплоты
(теплоемкость).
n
Конвекция жидкости и газа.
n
Теплопроводность твердых тел, жидкостей и газов.
n
Адсорбция примесей на аппарате.
n
Явление смачивания.
n
3-й закон Ньютона.
Связи между физическими эффектами и функциями ТС
представлены в табл. 14.
Предлагаемая креативная педагогическая технология...
281

---

282
Глава 4
Таблица 14
Связи между физическими эфффектами и функциями ТС
Физические эффекты
линейная
зависимость
размеров
тел
о
т
т
емпературы
потери
напора
жидкостей,
газов
в
т
рубах
(закон
Дарси-Вейсбаха)
турбулентное
течение
жидкости
или
газа
повышение
температуры
тел
п
р
ип
о
г
л
о
щ
е
н
и
ит
е
п
л
о
т
ы
(теплоемкость)
к
о
н
в
е
к
ц
и
яж
и
д
к
о
с
т
ииг
а
з
а
теплопроводность
твердых
тел,
жидкостей
и
газов
адсорбция
примесей
на
аппарате
явление
смачивания
3-й
закон
Ньютона
Функции
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Основные
функции
создавать прово-
дящее простран-
ство (потоков)
X
создавать поверх-
ность (теплообмена)
X
X
проводить тепло
X
X
Вспомогательные
функции
изолировать пото-
ки (друг от друга и
от внешней среды)
X
изменять направ-
ление (потоков)
V
X
выравнивать тем-
пературу (по по-
перечному сече-
нию потока)
X
X
компенсировать
напряжение (теп-
ловое)
X

---

Предлагаемая креативная педагогическая технология...
283
Окончание табл. 14
Функции
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Нейтральные
функции
изменять вяз-
кость (потоков)
X
V
изменять плот-
ность (потоков)
X
V
изменять удельную
электропровод-
ность (потоков)
X
V
изменять ско-
рость (потоков)
V
X
изменять фазовое
состояние (потоков)
X
изменять хими-
ческий состав
(потоков)
X
X
Вредные
функции
загрязнять поверх-
ность (тепло-
обмена)
V
X
X
корродировать
конструкцию
V
X
X
эродировать
конструкцию
X
изменять темпе-
ратуру (окружаю-
щей среды)
X
X
X
уменьшать напор
X
X
X
V
Условные обозначения:
«X» – непосредственно за счет данного физического эффекта реализуется
данная функция;
«V» – данный физический эффект имеет опосредованное влияние при реа-
лизации данной функции.

---

СЛЕДСТВИЯ ИЗ ЗАКОНА СТАДИЙНОГО РАЗВИТИЯ
Техническая система находится на втором уровне развития.
Технологическая и энергетическая функции выполняются
системой, человек выполняет функции управления и пла-
нирования. Переходить на третий уровень развития, т. е. пе-
редавать системе функцию управления (саморегулирование
параметров «площадь поверхности теплообмена», «время
пребывания потоков в зоне контакта» и т. д.), следует в зави-
симости от внешних факторов: расхода и разности темпера-
тур потоков на входе и требований, предъявляемых к
системе (разности температур на выходе).
СЛЕДСТВИЯ ИЗ ЗАКОНА
ПРОГРЕССИВНОГО РАЗВИТИЯ
1. Направление совершенствования на параметричес-
ком уровне:
n
увеличить площадь поверхности теплообмена, умень-
шить толщину стенки трубы.
2. Направление совершенствования на конструктор-
ско-технологическом уровне
:
n
применить более теплопроводные материалы, изме-
нить форму поверхности теплообмена.
284
Глава 4

---

3. Направление совершенствования на уровне принципов
действия:
n
применить другие методы передачи тепла (лучистый
теплообмен).
4. Направление совершенствования на уровне функцио-
нальной структуры:
n
исключить структурные единицы, лимитирующие про-
цесс (поверхность теплообмена);
n
применить другую систему теплопередачи (тепловая
труба).
5. Направление совершенствования на уровне потреби-
тельских свойств:
n
использовать аппарат для попутного изменения хи-
мического состава сырья (реакции полимеризации,
разложения и т. д.).
6. Направление совершенствования на уровне функций:
n
использовать разность температур теплоносителей в
качестве движущей силы для получения дополни-
тельного количества полезной энергии.
Частные закономерности развития технической сис-
темы представлены в табл. 15.
Предлагаемая креативная педагогическая технология...
285

---

286
Глава 4
Частные закономерности
Уровни
КПР
Параметрический
Конструкторско-
технологический
Увеличить КПД
аппарата
Увеличить поверх-
ность теплообмена,
увеличить время пре-
бывания потоков в
зоне контакта за счет
увеличения длины
труб, уменьшить тол-
щину стенки трубы
Предусмотреть теп-
лоизоляцию кожуха,
увеличить время пре-
бывания потоков
в зоне контакта
за счет количества
ходов по трубам
Уменьшить потери
напора в аппарате
Уменьшить скорость
потока
Увеличить проходное
сечение для каждого
из потоков, умень-
шить число местных
сопротивлений (изме-
нения направлений
потоков, переходы на
другие диаметры),
уменьшить шерохо-
ватость труб (полиро-
ванием, применени-
ем спец. покрытий
или использовать
другие материалы)
Уменьшить разность
температур потоков
(на выходе)
Увеличить поверх-
ность теплообмена,
увеличить время пре-
бывания потоков в
зоне контакта за счет
увеличения длины
труб, уменьшить тол-
щину стенки трубы
Увеличить время
пребывания потоков
в зоне контакта за
счет количества хо-
дов по трубам, приме-
нить оребрение на
трубах

---

Предлагаемая креативная педагогическая технология...
287
Таблица 15
развития ТС
Изменения ТС
Уровень прин-
ципов дей-
ствия
Уровень функ-
циональной
структуры
Уровень потре-
бительских
свойств
Уровень
функций
Использовать
альтернатив-
ные способы
передачи тепла
(не через стен-
ку, а, напри-
мер, с по-
мощью тепло-
вой трубы)
Использовать
другие способы
теплообмена
(теплообмен за
счет смешения
потоков)
Использовать
аппарат для по-
путного изме-
нения химичес-
кого состава
сырья (реакции
полимериза-
ции, разложе-
ния)
Использовать
разность темпе-
ратур теплоно-
сителей в ка-
честве движу-
щей силы для
получения до-
полнительного
количества по-
лезной энергии
Заменить тре-
ние потока о
стенку трением
потока о поток
Применить
технологии,
снижающие
вязкость пото-
ков (добавле-
ние раствори-
телей)
Использовать
уменьшение
напора в качес-
тве инструмен-
тария для опре-
деления степе-
ни загрязнения
аппарата
Использовать
альтернатив-
ные способы
передачи тепла
(не через стен-
ку, а, напри-
мер, с по-
мощью тепло-
вой трубы или
теплообмен за
счет смешения
потоков)
Использовать
аппарат для по-
путного изме-
нения химичес-
кого состава
сырья (реакции
полимериза-
ции, разложе-
ния)

---

288
Глава 4
Уровни
КПР
Параметрический
Конструкторско-
технологический
Увеличить площадь
поверхности теплооб-
мена
Увеличить длину
труб, уменьшить диа-
метр и увеличить
число труб
Применить оребре-
ние на трубах (как
внутреннее, так и на-
ружное), изменить
геометрическую фор-
му проводящего про-
странства
Уменьшить толщину
стенки трубы
Уменьшить толщину
стенки
Применить другие,
более теплопровод-
ные материалы (на-
пример, алюминий)
Увеличить коэффи-
циент теплопередачи
Уменьшить толщину
стенки трубы
Применить другие,
более теплопровод-
ные материалы (на-
пример, алюминий),
применить покрытия
для поверхности теп-
лообмена, отталкива-
ющие или разрушаю-
щие слой загрязне-
ний
Увеличить число
Рейнольдса
Увеличить расход
каждого из потоков
Уменьшить проход-
ное сечение для каж-
дого из потоков, уве-
личить число зон тур-
булентности
Увеличить время
пребывания потоков
(в зоне контакта)
Уменьшить расход
потоков
Увеличить число хо-
дов по трубному про-
странству и увели-
чить число перегоро-
док в межтрубном
пространстве

---

Предлагаемая креативная педагогическая технология...
289
Продолжение табл. 15
Изменения ТС
Уровень прин-
ципов дей-
ствия
Уровень функ-
циональной
структуры
Уровень потре-
бительских
свойств
Уровень
функций
Применить
теплообмен
смешением
(площадь по-
верхности теп-
лообмена стре-
мится к беско-
нечности)
Использовать
другие способы
передачи тепла
(лучистый теп-
лообмен)
Использовать
альтернатив-
ные способы
передачи тепла
(не через стен-
ку, а, напри-
мер, с по-
мощью тепло-
вой трубы)
Использовать
другие способы
передачи тепла
(лучистый теп-
лообмен). Тур-
булизировать
потоки
Применить тех-
нологии для
чистки аппара-
та от загрязне-
ний во время
работы (гидроп-
невматическая
чистка). При-
менить теплооб-
мен смешением

---

290
Глава 4
Уровни
КПР
Параметрический