Нефть ва газни қайта ишлаш жараёнлари ва ускуналари Ўзбекистон Республикаси Олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги олий ўқув юртлари бакалавриатининг «Нефть ва нефть-газни қайта ишлаш технологияси»

1.7. ЎХШАШЛИК НАЗАРИЯСИ ВА ЖАРАЁНЛАРИНИ

МОДЕЛЛАШТИРИШ

Технологик жараёнларни моделлаштириш ўхшашлик назариясига асосланади. Ўхшашлик шартларига кўра ўхшаш ходисалар 4 гуруҳга бўлинади: геометрик ўхшашлик, вақт бўйича ўхшашлик, физик катталикларнинг ўхшашлиги, бошланғич ва чегара шартларининг ўхшашлиги.

Агар системадаги жисмлар тинч ҳолатда турган бўлса, геометрик бир хилликка асосан икки ўхшаш жисмнинг геометрик ўлчов катталиклари ўзаро параллел бўлиб (1.4-расм), уларнинг нисбати ўзгармас бўлади:
, (1.16)
бунда К_е – геометрик ўлчов катталиклари доимийлиги;
- биринчи ва иккинчи идишларнинг геометрик ўлчамлари.

1.4–расм. Геометрик ўхшаш идишлар.

Геометрик ўхшашлик бўлганда вақт бўйича бирхиллик ҳосил бўлади. Бу бирхилликка асосан, иккита геометрик жисмдаги нуқталар ўхшаш траектория бўйлаб вақт бирлигида бир хил йўл босиб ўтади. Уларнинг ўзаро бир-бирига нисбати ўзгармас қийматга тенг:
, (1.17)
бу ерда - ҳаракатдаги биринчи ва иккинчи жисм вақт интервалининг ўзгаришлари; – вақт бирликлари доимийлиги.
Физик катталикларнинг бирхиллигига асосан, фазода жойлашган икки система хоссаларнинг ўзаро нисбати вақт бирлигида ўзгармас бўлади:
, (1.18)
бу ерда - биринчи ва иккинчи система хоссаларининг вақт бирлигида ўзгаришлари; α_μ – физик катталиклар доимийлиги.
Ўхшаш фазода жойлашган жисмларнинг физик ва вақт бўйича бирхилликка эга бўлиши учун уларнинг бошланғич ва чегара шартлари бир хил бўлиши керак.
Лойиҳачиларга ўхшашлик назарияси тажриба ускуналарида (моделларда) номаълум катталикларни текшириб кўришга ва олинган натижаларни саноат ускуналарига (оригиналга) кўчиришга ёрдам беради.
Ўхшашлик назарияси ҳақидаги фикрни биринчи бўлиб 1686 йили И. Ньютон таклиф этган. Кейинчалик бу назарияни В.Л. Кирпичев, В. Нуссельт, М.В. Кирпичев А.А. Гухман ва бошқалар ривожлантирган.
Ўхшашлик назарияси учта теоремага асосланади. Биринчи теоремани И. Ньютон кашф қилган. Бу теоремага мувофиқ ўхшаш ҳодисалар бир хил қийматга эга бўлган ўхшашлик мезонлари билан белгиланди. Масалан, иккита ўхшаш системадаги (оригинал ва моделдаги) заррачаларнинг механик ҳаракати Ньютон ўхшашлик мезони орқали қуйидагича ифодаланади:
, (1.19)
бу ерда f – куч, m – заррачанинг массаси, τ – вақт, – заррача тезлиги.
Иккинчи теорема Бэкингем, Федерман ва Афансьева - Эренфест томонидан исботланган. Бу теоремага асосан, бирор жараёнга таъсир қилувчи ўзгарувчан катталикларни боғловчи дифференциал тенгламаларнинг ечимини ўхшаш мезонларнинг ўзаро боғлиқликлари орқали ифодалаш мумкин.
Агар ўхшашлик мезонларини π₁, π₂, π₃, … , π_n билан белгиланса, у ҳолда дифференциал тенгламанинг ечими умумий тарзда қуйидагича бўлади:


, (1.20)
ёки
. (1.21)

Бундай ифодалар критериал тенгламалар деб юритилади.

Учинчи теорема М.В. Кирпичев ва А.А. Гухман томонидан аниқланган. Бу теорема тажриба асосида олинган ҳисоблаш усулларидан амалда фойдаланиш мумкинлигини кўрсатади. Бу теоремага асосан, сон жиҳатдан тенг аниқловчи мезонларга эга бўлган ҳодисалар ўхшаш ҳисобланади. Масалан, (1.21) тенгламадаги π₁ – аниқловчи мезондир.
Ўхшашлик назарияси ёрдамида катта ўлчамли саноат ускуналарида ташкил этиладиган мураккаб (юқори босим остида, захарли ва хавфли моддалар иштирокида борадиган) жараёнлар ўрнига кичик ўлчамли моделларда тажрибалар ўтказиш имкони туғилди. Бунда текширилаётган жараёнларни олиб бориш шароити бирмунча ўзгартирилади: ҳарорат ва босим пасайтирилади, иш муҳитлари алмаштирилади. Аммо жараённинг физик моҳияти ўзгартирилмайди. Шундай қилиб, ўхшашлик назариясининг услублари нефть-газни қайта ишлаш технологияси жараёнларини моделлаштириш ишларига асос бўлиб хизмат қилади.
Моделлаштириш – мавжуд ёки ташкил қилиниши лозим бўлган объект (оригинал) нинг шундай ўрганиш усули бўлиб, бунда асл объект ўрнига унинг ўрнини босиш мумкин бўлган бошқа объект – модел ўрганилади, олинган натижалар эса оригинални ҳисоблашда фойдаланилади. Моделлаштиришнинг асосий мақсади моделда ўлчаб олинган катталиклар асосида ишлаб чиқариш шароитидаги оригиналда юз бериши мумкин бўлган ҳолатни аниқлаб беришга қаратилган.
Фан ва техника тараққиётининг ҳозирги даврдаги босқичида ишлаб чиқаришга тадбиқ қилинаётган жараёнларнинг деярли кўпчилиги жуда мураккаб. Шу сабабли илмий тадқиқот ишларини олиб бориш анча қийинлашган, олинган натижалар эса жуда тез эскириб қолиш мумкин.
Бундай шароитда вақт омили ҳал қилувчи аҳамиятга эга. Моделлаштириш принципларидан фойдаланилганда янги жараёнларни ишлаб чиқаришга жорий қилиш вақти бирмунча қисқаради, белгиланган мақсадларни оддий усуллар ёрдамида ҳал қилинишга эришилади.
Ҳозирги кунда моделлаштириш назарияси асосан икки хил йўналишда ривожланмоқда: 1) физик моделлаштириш; 2) математик моделлаштириш.
Физик моделлаштиришнинг мазмуни шундан иборатки, модел оригинал билан бир хил табиатга эга бўлади ва унинг хусусиятларини қайтаради. Масалан, қувурсимон саноат печидаги нефтни қизитиш жараёни (оригинал) ўрнига лаборатория шаротида (яъни моделда) нефтни қизитиш жараёнини тадқиқот қилиш. Моделда ушбу нефтни қизитиш жараёнига физик катталикларнинг ҳамда модел ўлчамларининг таъсири ўрганилади. Сўнгра моделда олинган натижалардан оригиналда юз берадиган жараённи ҳисоблашда ва уни ташкил этишда фойдаланилади.
Математик моделлаштиришнинг асосий мақсади технологик жараённинг физик-кимёвий, гидродинамик ва конструктив катталикларини ўзаро боғлайдиган тенгламаларни тузишдан иборатдир. Математик моделлаштиришда электрон-ҳисоблаш машиналаридан кенг фойдаланилади.
Кичик ускуналарнинг (яъни моделларнинг) ўлчамларини ўзгартириб, катта қувватли саноат ускуналарига ўтишда моделлаштириш назарияси алоҳида аҳамиятга молик. Жараёнларни мақбул моделлаштириш янги корхоналарни лойиҳалаштириш ёки ишлаб турган корхоналарни мукаммаллаш даражасининг ошишини таъминлайди.
Умуман олганда моделлаштириш қуйидаги тартибда олиб борилади:

1. 
   ўрганилаётган жараён дифференциал тенгламалар ва бир хил маъноли шарт-шароит қоидалари билан ифода қилинади;
   
2. 
   ўхшашлик мезонлари келтириб чиқарилади, уларнинг ичидан аниқловчи мезон ажратиб олинади ҳамда шу аниқловчи мезоннинг бошқа мезонлар билан боғлайдиган функционал тенглама тузилади;
   
3. 
   модел ва оригиналдаги аниқловчи мезонларнинг ўзаро тенглигини ҳисобга олинган ҳолатда ҳар бир физик катталик учун ўхшашлик доимийликлари аниқланилади;
   
4. 
   олинган натижалар асосида шундай модел тайёрланадики, унинг ишчи ҳажми саноат ускунасининг ишчи ҳажмига геометрик ўхшаш бўлиши керак, моделнинг масштабини танлашда ускунанинг ўлчами ва иш унумдорлиги шундай ҳисобга олиниши керакки, бундай ҳолатда ишчи муҳитларнинг тегишли тезлиги, сарфи, ҳарорати ва бошқа катталиклари таъминланиши зарур;
   
5. 
   тажрибалар ўтказиш пайтида аниқловчи мезонларнинг ўзгариш чегаралари моделда ҳам, оригиналда ҳам бир меъёрда бўлиши керак.
   

Юқоридаги шартларни тўла бажариш нефть ва газни қайта ишлаш учун янги жараёнлар ва ускуналарни ишлаб чиқиш ва уларни қисқа вақт давомида саноатга жорий этиш имкониятини яратиб беради.