TRIANGLE» ПРОГРАММА ПОСТРОЕНИЯ ТРОЙНЫХ ФАЗОВЫХ ДИАГРАММ В ПРИБЛИЖЕНИИ ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ НЕСМЕШИВАЮЩИХСЯ ФАЗ
Реализованный в программе «TERRA» метод и алгоритм расчета состава фаз в сложных многоэлементных системах дает возможность выполнять серии вычислений с вариацией содержания исходных веществ. Многократные расчеты для всех возможных соотношений позволяют очертить области, с одинаковыми наборами однокомпонентных конденсированных фаз. Хотя в этом приближении не рассматривается возможность образования растворов, подобные расчеты дают информацию, способную ограничить диапазон параметров для дальнейших более детальных исследований или назначения технологических условий проведения процессов.
Основная сложность такого подхода к моделированию заключается в трудоемкости создания наглядных графических образов. Программа «TRIANGLE» дает возможность упростить процесс проведения серийных расчетов и построения тройных фазовых диаграмм. В качестве трех исходных веществ могут выступать как отдельные химические элементы, так и произвольные соединения. Предполагается что расчеты равновесного фазового состава могут выполняться в двух режимах:
o для изотермических условий, когда равновесие системы задается значениями температуры (T, К) и давления (p, МПа);
o для условий адиабатического равновесного превращения (горения), задаваемого в каждой точке расчета значениями давления (p, МПа) и энтальпии (энтальпии образования исходных веществ) (I, кДж/кг).
|
|
|
Запуск программы на исполнение
После установки на компьютере всего программного комплекса моделирования фазовых и химических равновесий, в главном меню операционной системы «WINDOWS»«Пуск/Все» Программы может быть найдена новая группа «Terra». В этой группе находится в том числе ярлык (пиктограмма), связанный с программой «TRIANGLE». Для запуска программы «TRIANGLE» достаточно подвести указатель мыши к ее ярлыку и нажать левую клавишу.
Кроме того, запустить программу «TRIANGLE» на исполнение можно непосредственно из того каталога, куда она была помещена при инсталляции программного комплекса. Упростить доступ к программе можно путем размещения ее ярлыка непосредственно на Рабочем столе или в любой удобной для пользователя папке.
В результате вызова программы на экране компьютера появится Основное Окно программы следующего вида:
Рисунок 4.1 - Основное окно программы «TRIANGLE»
В первый момент времени, как показано на рисунке 4.1 Основное Окно перекрыто изображением заставки с информационной строкой, содержащей надпись «Полная версия» или «Демонстрационная версия».
Рисунок 4.2 - Выбор данных в программе «TRIANGLE»
Перемещение курсора мыши в пределах окна приводит его в рабочее состояние, позволяющее начать ввод исходных данных.
|
|
|
Задание исходных данных
Окно ввода исходных данных содержит три панели:
o панель для ввода химических формул соединений, образующих тройную систему, и диапазоны их процентного содержания;
o панель для задания условий равновесия – температуры и давления (способ задания энтальпии соединений, образующих тройную систему, будет описан позже в разделе …)
o панель для задания числа расчетных точек вдоль каждой стороны тройной диаграммы и для указания способа представления количественной мера исходных веществ
Химические формулы исходных соединений, образующих тройную систему, задаются с помощью общепринятых символов таблицы Менделеева без указания любых признаков фазового или ионного состояния. Стехиометрические коэффициенты в этих формулах могут быть как целочисленными, так и дробными, записанными с использованием десятичной точки (например, NbC0.945).
Первоначально, по умолчанию, для всех трех исходных соединений предлагается рассматривать весь интервал возможных соотношений от нуля до 100% (см. панель <Reactants> на рисунке 4.2) Однако диапазоны процентного содержания каждого исходного соединения могут быть уменьшены. Для этого через дефис необходимо в соответствующей строке записать два целых числа, соответствующих границам выбранного диапазона (например, 0-40). При этом следует убедиться, что все выбранные диапазоны строго соответствуют «треугольнику» с вершиной, направленной вверх, как показано схематически на рисунке 4.3а.
|
|
|
Рисунок 4.3а - Задание соответствующего диапазона
Ограниченная на этом рисунке красным цветом треугольная область может быть задана следующим образом:
Рисунок 4.3б - Задание треугольной области
Уменьшение диапазона при построении тройной диаграммы полезно для получения более детальной картины фазового состава.
Условия равновесия, принимаемые при моделировании, задаются значениями давления (р, МПа ) и температуры( Т, К ) в панели <Conditions of equilibrium>. Строго говоря, на значения этих величин не накладывается никаких ограничений, кроме физических, поскольку определение границ существования конденсированных фаз производится по тому же алгоритму, что и в программе «TERRA».
В третьей (нижней) панели пользователь задает размерность задачи – число расчетных точек, в которых определяется фазовый состав, для каждой стороны треугольника. На это значение накладывается ограничение. N не должно быть больше 100 и меньше 20. Максимальное значение выбрано из условий ограниченности области для построения графика и желания сократить время вычислений (при N=100 потребуется выполнить 5151 расчет по определению равновесного состава системы). Выбор N=20 позволит максимально сократить время моделирования (231 расчетная точка), но за счет существенно более грубого определения областей существования фаз.
|
|
|
Кнопка с надписью <mol.%> предназначена для идентификации процентного содержания исходных веществ. В положении с надписью <mol.%> диапазоны изменения веществ будут соответственно восприниматься как мольные проценты. Нажатие на эту кнопку изменит надпись на <mas.%>, что позволит рассматривать численные значения диапазонов в размерности массовых процентов.
Построение тройной диаграммы
После завершения ввода исходной информации следует нажать кнопку <Run>. В результате, вид Основного окна программы изменится и в нем начнет создаваться искомая тройная диаграмма. По мере проведения расчета треугольная диаграмма заполняется цветными точками (рисунок 4.4)
Цвет каждой точки определяется фазовым составом области. После завершения расчета предусмотрена процедура идентификации каждой из областей на диаграмме.
С этой целью пользователь может подвести указатель мыши к любой точке внутри интересующей области нажать левую клавишу мыши.
Рисунок 4.4 - Искомая тройная диаграмма
В результате создается сноска с порядковым номером и в пространстве окна добавляется строка в легенду. В этой строке указывается, какие индивидуальные вещества входят в выбранную фазовую область.
Рисунок 4.5 - Основные точки
Сноска создается для каждой области только один раз, чтобы не загромождать рисунок. Однако при каждом нажатии левой клавиши мыши внутри области тройной диаграммы на панели внутри окна отображается равновесный мольный состав системы (мольные концентрации отдельных несмешивающихся конденсированных фаз, содержание газовой фазы не отображается). Эта панель в некоторых случая может загромождать интересующие объекты в окне программы.
Предусмотрена возможность перемещать эту панель к правой или левой границе окна. Для этого необходимо нажать соответствующую кнопку на панели с изображением стилизованной стрелки: < или >. Эти же кнопки со стрелками позволяют вернуть панель для отображения концентраций на свое место.
Поскольку при построении тройной диаграммы расчет зачастую ведется для малогазовых систем, то решение в отдельных точках может быть не получено. Это ситуация на диаграмме отображается в виде отдельных красных точек. Одну такую точку можно увидеть на рисунке 4.5
Рисунок 4.6 - Выделение газовых фаз белым цветом
Представленные на рисунке 4.5 результаты получены для состояния системы T=1600 K и p=0.1 МПа. При этих условиях в каждой точке диаграммы расчет показывает присутствие конденсированных фаз.
При более высоких температурах в области фазовой диаграммы могут существовать области концентраций исходных веществ, где наблюдается только газовая фаза. В программе предусмотрено, что эти области выделяются белым цветом. Пример описанной ситуации приведен на рисунке 4.6.
Для завершения работы программы достаточно нажать управляющую кнопку с надписью <Exit>. Кнопка <Return> дает возможность вернуться на шаг назад и выполнить корректировку исходных данных.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 827; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!