Browsing by Author "Сафоник, Андрій Петрович"

Now showing 1 - 2 of 2

Моделювання нелінійних процесів фільтрування з урахуванням зворотних впливів та дифузійно-масообмінних збурень
(Національний університет "Львівська політехніка", 2010) Сафоник, Андрій Петрович
Дисертація присвячена розробці нових математичних моделей процесів фільтрування через пористі середовища, які враховують зворотний вплив характеристик процесу (концентрації забруднення рідини та осаду) на характеристики середовища (коефіцієнти пористості, фільтрації, дифузії, масообміну тощо) та дифузійно-масообмінні збурення, розвитку методів теорії збурень для розв’язання відповідних нелінійних збурених задач. Зокрема, побудовано та досліджено нові моделі процесів фільтрування у одно-, дво- та багатошарових сорбційних фільтрах, фільтрах-прояснювачах із шаром завислого осаду та магнітних фільтрах тощо. Одержано алгоритми числово-асимптотичних розв’язків відповідних нелінійних, одновимірних та просторових крайових задач, а також обернених задач, задач із запізненням, задач на оптимізацію параметрів систем тощо. Створено програмні комплекси для прогнозування, а також керування роботою фільтрувальних установок. Диссертация посвящена разработке новых математических моделей процессов фильтрования в пористых средах, которые учитывают обратное воздействие характеристик процесса (концентрации загрязнения жидкости и осадка) на характеристики среды (коэффициенты пористости, фильтрации, диффузии, массообмена и т.п.) и диффузно-массообменные возмущения, развитию методов теории возмущений решения соответствующих нелинейных регулярно и сингулярно возмущенных задач и созданию программных комплексов для прогнозирования, а также управления работой фильтровальных установок. В частности: построено и исследовано новые математические нелинейные модели процессов очистки воды на сорбционных фильтрах, которые учитывают влияние малой продольной диффузии, и получены асимптотические приближения решений соответствующих сингулярно возмущенных задач в случаях: жесткого задания коэффициента диффузии; зависимости коэффициента диффузии от концентрации с учетом запаздывания во времени; суммарного влияния концентрации на коэффициент диффузии (интегральной зависимостей коэффициента диффузии от искомой концентрации). Предложена модель процесса очистки воды на дво- и многослойных сорбционных фильтрах, которая учитывает потерю водой концентрации загрязнений, связь между количествами накопленных в фильтре отложений и зависших веществ (что изымаются из загрязненной жидкости). На основе решения соответствующей сингулярно возмущенной задачи, установлена связь между относительной длиной фильтра и времени его эффективной работы с целью инженерного прогнозирования зависимости между затратами на производство фильтра и степенью эффективности его работы. Построена математическая модель процесса магнитного осаждения примесей в пористой фильтрующей насадке, которая учитывает обратное влияние концентрации загрязнения жидкости и осадка на коэффициенты пористости, фильтрации, массообмена, и построен алгоритм решения соответствующей нелинейной возмущенной задачи типа «конвекция-массообмен», который используется как для исследования соответствующих явлений, так и для автоматизированного контроля процесса эффективного осаждения примесей в намагниченной фильтрующей насадке в зависимости от исходных данных среды. Разработанная методология перенесена на сорбционные фильтры, где кроме учета обратного влияния характеристик процесса на характеристики среды, учтено еще и явление диффузии. Созданы программные комплексы для прогнозирования, а также управления работой соответствующих фильтровальных систем, в частности, расчета оптимальных размеров фильтра, времени его защитного действия, предельной загрузки осадка, потерь напора и т.п. Предложена математическая модель прояснителя (очистителя) с шаром зависшего осадка и получены расчетные зависимости концентраций примесей, реагентов и их агрегатов в фильтрационном течении с целью инженерного прогнозирования зависимости между затратами на производство прояснителя и степенью эффективности его работы. Построена математическая модель процесса фильтрования при условии неполных данных о среде (с неизвестным зависимым от времени коэффициентом диффузии) и дополнительными данными о процессе (заданными величинами потоков концентраций на входе фильтра), найдено решение соответствующей обратной задачи с условиями переопределения. Комплексными исследованиями показано, что пространственная математическая модель, которая описывает основные закономерности фильтрования загрязненной воды и накопление осадка в фильтре и алгоритм решения соответствующей сингулярно возмущенной задачи являются эффективными для проведения нацеленных на «производительность» (в частности оптимизацию) параметров процесса фильтрования (а именно: времени защитного действия загрузки, размеров фильтра и т.п.) теоретических исследований в случаях преобладания массообмена и конвективних составных соответствующего процесса над диффузными, что имеет место в подавляющем большинстве фильтровальных установок. Предложенная модель процесса типа «загрязнение-очищение реки», что включает некоторые аспекты управления (с принятием соответствующих решений) при условиях оптимальных прибылей производителей (с учетом штрафов на очищение) и обеспечение допустимых концентраций на участках контроля. Dissertation is devoted to the development of new mathematical models of filtration processes through the porous environments, which take into account reverse influence of process characteristics (concentrations of fluid and sediment contamination) on environment descriptions (coefficients of porosity, filtration, diffusion, mass exchange etc) and diffusion-mass exchange perturbations, development of perturbations theory methods for solving the proper nonlinear perturbations tasks. In particular, the new models of filtration processes in one-, two- and multi-layered sorption filters, clearing-up filters with the layer of hanging up sediment and magnetic filters are built and investigated. The algorithms of numerical-asymptotic decisions for the proper nonlinear, unidimensional and spatial regional tasks are obtained, and also for the reverse tasks, tasks with delay, tasks on optimization of system parameters etc. Programme complexes are created to predict and also to control the work of filtration units.
Моделювання нелінійно-збурених керованих процесів очищення рідин від багатокомпонентних забруднень
(Національний університет водного господарства та природокористування, 2016) Сафоник, Андрій Петрович
Виходячи з проблем моделювання, дослідження та оптимізації параметрів процесів очищення рідин від багатокомпонентних забруднень розвинено теорію математичного моделювання нелінійних технологічних процесів очищення рідин від багатокомпонентних забруднень з урахуванням автоматизованого керування та ідентифікації параметрів при домінуванні одних складових процесу над іншими, а також розроблено методологію розв’язання відповідних нелінійно-збурених задач, що націлено на покращення якості та підвищення інтенсивності механізмів очистки води. Зокрема, побудовано та досліджено нові моделі процесів очищення рідин від багатокомпонентного забруднення у одно-, дво- та багатошарових сорбційних фільтрах, фільтрах-прояснювачах із шаром завислого осаду, магнітних та біологічних фільтрах тощо; запропоновано спосіб ідентифікації невідомих параметрів та автоматизації відповідних процесів. Одержано асимптотичні та числово-асимптотичні розклади відповідних нелінійно-збурених модельних задач, а також обернених задач, задач із запізненням, задач на оптимізацію параметрів систем тощо. На основі розроблених математичних моделей процесів магнітного біологічного та механічного очищення рідин від багатокомпонентних забруднень розроблено автоматизовану систему керування відповідними процесами. Исходя из проблем моделирования, исследования и оптимизации параметров процессов очистки жидкостей от многокомпонентных загрязнений развито теорию математического моделирования нелинейных технологических процессов очистки жидкостей от многокомпонентных загрязнений с учетом автоматизированного управления и идентификации параметров при доминировании одних составляющих процесса в соответствии с другими, а также разработана методология решения соответствующих нелинейно-возмущенных задач, нацеленных на улучшение качества и повышение интенсивности механизмов очистки воды. В частности, построены и исследованы новые модели процессов очистки жидкостей от многокомпонентного загрязнения в одно-, двух- и многослойных сорбционных фильтрах, фильтрах-осветлителях с шаром зависшего осадка, магнитных и биологических фильтрах и т.п.; предложен метод идентификации неизвестных параметров и автоматизации соответствующих процессов. Получены асимптотические и числено-асимптотические разложения соответствующих нелинейно-возмущенных модельных задач, а также обратных задач, задач с опаздыванием, задач на оптимизацию параметров систем и т.п. На основе разработанных математических моделей процессов магнитной, биологической и механической очистки жидкостей от многокомпонентных загрязнений разработана автоматизированная система управления соответствующими процессами. Based on the simulation problems, the study and optimization of parameters of liquid purification processes from multicomponent contaminants, the theory of mathematical modeling of nonlinear processes of cleaning fluid from the multicomponent contaminants was developed. It is based on automated control and parameter identification with the domination of one over the other components of the process, as well as a methodology for solving the corresponding nonlinear perturbed problems, which is aimed at improving the quality and intensity of water treatment mechanisms. In particular, new models of fluid purification processes from multicomponent contamination in single, yards and multilayer sorption filters, clarifiers, filters with the ball hung sediment, magnetic and biological filters, were built and explored; a method for the identification of unknown parameters and automation of the corresponding processes were proposed. An asymptotic and the number of asymptotic expansions of the corresponding nonlinear perturbed model problems and inverse problems, problems with being late, problems at optimization of system parameters and others were obtained. On the basis of the mathematical models of processes of magnetic biological and mechanical purification of liquids from multicomponent pollution, an automated system of process control was developed. A mathematical model of the process of aerobic purification of waste water was built, it takes into account the interaction of bacteria, organic and biologically non-oxidizing substances and generally to water purification process in the filter illuminators with the influence of the dose of the reagent and irreversible coagulation of the impurity particles. Spatial generalization of the corresponding mathematical models of biological purification was suggested. It allows the calculation of the parameters needed cleansing process and to assess the accuracy of the calculations according to the results of experimental studies. A mathematical model of the process of deposition of magnetic impurities in single, yards and the n-ball filter was built. It describes the laws of filtration and accumulation of impurities in the porous filling and generalizes the process of deposition of magnetic impurities in the granular filter material in view of the magnetic field strength. It also describes the reverse impact of the process characteristics (sludge concentration) on the process parameters, in particular: the porosity of the magnetic field strength, the coefficient of separation of particles of granules of the filter material impurities filtering coefficient, which provides acceptable accuracy for calculations actual purification processes. Asymptotic and numerical-asymptotic expansions of the nonlinear perturbed model based on problems of purification processes from multicomponent fluids contamination (for one-dimensional and three-dimensional cases) were obtained. It expands the class of tasks and takes into account the shape of the filter. A method for determining the unknown parameters of the multi-pollution mechanical, magnetic and biological filters fluid purification models was offered. It makes it possible to apply the methods of inverse problems and, thus, extend the class of tasks to practical.