Астра 4 Инструкция. Н. Э. Баумана Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах
 Скачать 0.66 Mb.
|
|
Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах < A C T P A . 4 > версия 1.06, январь 1991 г. Трусов Борис Георгиевич, кафедра "Программное обеспечение ЭВМ и информационная технология", тел. 263-60-94 Содержание
АННОТАЦИЯ Содержатся сведения о многоцелевом программном комплексе АСТРА.4, предназначенном для определения характеристик равновесия, фазового и химического состава произвольных систем. Приводится информация о возможных областях применения, об ограничениях, связанных с допущениями математической модели, о требованиях к аппаратным средствам. Подробно рассматривается и иллюстрируется примерами способ формирования входных данных. Дается описание выходных данных результатов моделирования химических и фазовых равновесий. 1. ВВЕДЕНИЕ В основу алгоритма многоцелевого программного комплекса АСТРА.4 положен универсальный термодинамический метод определения характеристик равновесия произвольных гетерогенных систем, основанный на фундаментальном принципе максимума энтропии. Этот метод предоставляет уникальную возможность обобщенного описания любого высокотемпературного состояния с помощью одних только фундаментальных законов термодинамики, независимо от условий и способов достижения равновесия. Метод требует минимальной информации о самой системе и о ее окружении [1,2]. Формулировка задачи термодинамического моделирования заключается в назначении двух условий равновесия изучаемой системы с окружающей средой. Ими могут быть либо численные значения термодинамических характеристик, либо функциональные соотношения между ними. Для описания самой системы, как материального объекта, необходимо знать лишь содержание образующих ее химических элементов. Внутренние и межфазные взаимодействия описываются модельными термодинамическими соотношениями, для замыкания которых используются свойства только индивидуальных веществ - компонентов равновесия. Благодаря простоте моделирования программный комплекс АСТРА.4 позволяет использовать термодинамический метод для изучения большого числа самых разнообразных высокотемпературных состояний и процессов. Среди них можно назвать: - определение области допустимых условий проведения техно логических процессов нанесения покрытий, получения ма териалов со специальными свойствами, синтеза сверхтвер дых и жаростойких соединений, ультрадисперсных порошков и др.; - расчетно-теоретическое изучение режимов металлургических процессов выделения редких и легирующих элементов и сплавов; - исследование процессов нагрева, изменения химического состава и термического разрушения изолирующих покрытий при взаимодействии с химически активными средами; - анализ энергетических возможностей и экологических про блем высокотемпературной комплексной переработки мине рального сырья и природных ресурсов; - определение состава и свойств плазмы в импульсных и не прерывных источниках излучения, плазмогенераторах, в аэрокосмической технике; - анализ рабочего процесса в тепловых машинах и энергети ческих установках различного назначения; - расчет характеристик и состава газообразных и гетеро генных сред за фронтом ударной волны. Этот перечень может быть продолжен, поскольку область применения программного комплекса АСТРА.4 ограничена лишь допущениями математической модели, положенной в основу вычислительного алгоритма. Эти допущения могут быть сформулированы следующим образом: - рассматриваются системы в состоянии внешнего и внутреннего термодинамического равновесия (полного или локального); - рассматриваются замкнутые системы, то есть не обменивающиеся веществом с окружающей средой; - присутствие газовой фазы обязательно; - газовая фаза описывается уравнением состояния идеального газа; - поверхностные эффекты на границе раздела фаз не учитываются, растворимость газов в жидких и твердых фазах отсутствует; - конденсированные вещества образуют однокомпонентные несмешивающиеся фазы либо включаются в состав идеальных конденсированных растворов. В программном комплексе АСТРА.4 предусмотрена возможность учета некоторых неидеальностей. К ним относятся: - исключение из числа учитываемых компонентов равновесия любых индивидуальных веществ; - возможность назначать (фиксировать) концентрации одного или нескольких веществ с последующим расчетом равновесия по оставшейся части системы; - рассмотрение неидеальных конденсированных растворов пу тем задания избыточной энергии Гиббса; - учет собственного объема, занимаемого конденсированными веществами. Расчеты состава фаз и характеристик равновесия проводятся с использованием справочной базы данных по свойствам индивидуальных веществ. База данных является составной частью программного комплекса АСТРА.4. Основу информации в базе данных составляют термодинамические, теплофизические и термохимические свойства индивидуальных веществ, систематизированные в Институте высоких температур АН СССР [3], Национальном бюро стандартов США [4], опубликованные в периодической печати, монографиях и справочниках [5,6,7,8,9], а также обработанные и рассчитанные в МГТУ им. Баумана по молекулярным, калориметрическим и спектроскопическим данным. База данных сделана открытой для пользователей и допускает расширение и корректировку информации. 2. УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ Программный комплекс АСТРА.4 предназначен для использования на ПЭВМ, совместимых с IBM PC-XT/AT, в среде операционнойсистемы MS DOS весии 3.10 и старше. Необходимый состав технических средств: процессор i80086,i80286 или i80386, монитор CGA (EGA,VGA) c цветным или монохромным экраном, накопитель на жестком диске и на гибких магнитных дисках 5,25". Желателен математический сопроцессори печатающее устройство. Диалог с пользователем программного комплекса АСТРА.4 организован на русском языке, поэтому знакогенератор (драйвер) дисплея используемой ПЭВМ должен поддерживать прописные и строчные буквы русского алфавита (поставляемый вариант программного комплекса ориентирован на использование альтернативного варианта переменной части кодовой таблицы). 3. НАЧАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА Поставка программого комплекса АСТРА.4 производится на дискетах, содержащих два архивных файла: A1(ARC).EXE A2(ARC).EXE Для приведения программного комплекса АСТРА.4 в рабочее состояние или восстановления утраченных файлов на жестком диске необходимо выполнить следующую последовательность действий: а) создать на жестком диске новый каталог и войти в него C:\ ...>MD C:\ASTRA C:\ ...>CD C:\ASTRA C:\ASTRA> б) вставить в накопитель A: на гибких магнитных дисках дискету с аpхивными файлами и выполнить разархивирование C:\ASTRA>A:A1(ARC) C:\ASTRA>A:A2(ARC) В результате этих действий в созданный каталог будут переписаны следующие файлы: ASTRA.EXE - программа расчета химических и фазовых равновесий ASTRA.BAS - свойства индивидуальных веществ (база данных) INFO.EXE - программа обслуживания базы данных INSTR.TXT - инструкция по эксплуатации программного комплекса АСТРА.4 DEMO1, DEMO2 - файлы, содержащие демонстрационные примеры DEMO3, DEMO4 DEMO5, DEMO6 DEMO7, DEMO8 4. ВХОДНЫЕ ДАННЫЕ 4.1. Вызов программного комплекса и его настройка перед проведением расчетов Для вызова программного комплекса АСТРА.4 необходимо перейти в каталог ASTRA и исполнить команду: C:\ASTRA>ASTRA На экране дисплея появится заставка с бегущей строкой (см.рис.1) и после нажатия любой клавиши начнется выполнение программы. А С Т Р А Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах АСТРА - многоцелевой программный комплекс для моделирования Нажмите любую клавишу АСТРА-4/pc v.1:06 Январь 1991 Б.Трусов, МГТУ им.Н.Э.Баумана Рис.1 Вначале проверяется присутствие в текущем каталоге файла ASTRA.BAS с базой данных. Если этот файл там отсутствует, то пользователю задается вопрос: - Где искать базу данных (путь\имя_файла) ? Необходимо указать имя того файла, который содержит базу данных (если нужно, то и путь доступа к нему). Вопрос не снимется до тех пор, пока названный файл не будет обнаружен. Затем в рамке в центре экрана появится вопрос: - Нужен вывод на печать ? Допустимыми утвердительными ответами на этот вопрос являются Д[а] и Y[es]. Нажатие любой другой клавиши, включая клавишу При желании получить документ с результатами проведенных расчетов, пользователь должен привести в готовность печатающее устройство. Если в момент запроса оно будет не готово, то последует предложение сделать это и нажать любую клавишу. При отсутствии бумаги или связи с печатающим устройством дальнейшие попытки организовать вывод на печать будут прекращены. Установка режима вывода результатов на печать производится только один раз при настройке программного комплекса и в дальнейшем не может быть изменена. Следующий этап подготовки программного комплекса АСТРА.4 к работе начинается с вопроса: - Источник ввода данных: Одновременно высвечивается стандартный ответ "дисплей", который предполагает, что ввод исходных данных будет производиться с клавиатуры и подготовленное задание на расчет после проведения вычислений не сохраняется. Если этот ответ удовлетворяет пользователя, то для подтверждения ему достаточно на жать клавишу В противном случае, должно быть набрано имя того файла, где находятся заранее подготовленные входные данные (если нужно, то и путь доступа к файлу). По окончании набора нажимается клавиша Затем пользователю задается вопрос: - Вы хотите сохранить результаты? Допустимыми утвердительными ответами на этот вопрос являются Д[а] и Y[es]. Нажатие любой другой клавиши, включая клавишу После получения утвердительного ответа следует сообщить имя файла, в который должны записываться результаты всех расчетов: - Куда записать результаты (путь\имя_файла): Вместе с этим вопросом на экране появляется имя Astra.res, которое предлагается использовать по умолчанию (см.рис.2). Нажатием клавиши Нужно помнить, что при этом потеряется информация, ранее записанная в файл Astra.res. Чтобы сохранить ее, следует адресовать результаты в другой файл. Для этого вместо Astra.res набирается любое имя файла и нажимается клавиша А С Т Р А Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах Пожалуйста, ответьте на вопросы - Вы хотите сохранить результаты ? Да - Куда записать результаты : Astra.res АСТРА-4/pc v.1:06 Январь 1991 Б.Трусов, МГТУ им.Н.Э.Баумана Рис.2 Формат данных для вывода в файл устанавливается при ответе на следующий вопрос: - Формат вывода (1 - числовой или 2 - символьный) : Если в качестве ответа нажать "1", то записываться в файл будут только числовые значения характеристик равновесия в той последовательности, как они выводятся на экран дисплея. Равновесный состав заноситься в файл не будет. При ответе "2" в дисковый файл будут выводиться входные данные и все те результаты, которые пользователь видит на экране дисплея. На этом настройка программного комплекса АСТРА.4 завершается и на экране дисплея раскрывается окно текстового редактора, в котором готовятся директивы к расчету и формулируется условие задачи. 4.2. Подготовка входных данных. Входные данные к расчету подготавливаются в окне встроенного текстового редактора (см.рис.3). Директивы к расчету и описание системы ˜ ˜ ˜ var = properties, ˜ ˜ p=0.1, ˜ ˜ T = 2000, 2200, 2400, 2600, ˜ ˜ (40 % C1H4 ), ˜ ˜ (55 % O2), ˜ ˜ ( 4.5 % N2), ( 0.5 % H2O) ; ˜ Сообщения ˜ - Для редактирования используйте стрелки, Del, BS, Ins, Enter ˜ ˜ - Нажмите АСТРА.4/pc v.1:06 Московский гос. технический университет Рис. 3 Если при настройке на расчет очередного варианта предусматривается ввод с клавиатуры дисплея, то это окно предварительно программно очищается. Входные данные создаются пользователем заново, после чего они используются для расчетов и затем уничтожаются. При вводе исходных данных из файла (см.раздел 4.1) в окно вызывается его содержимое. Переписанная информация в ходе подготовки входных данных может произвольным образом видоизменяться и после окончания редактирования вновь записывается на диск под тем же именем, тем самым замещая старое содержимое файла. Если в качестве входного файла названо несуществующее имя, то такой файл создается заново и подготовленная в окне текстового редактора информация сохраняется. После завершения подготовки входных данных следует нажать клавишу Окно текстового редактора содержит 12 строк по 78 позиций в каждой. Для отображения символов, внесенных из файла, используется светлосерый цвет на черном фоне. Литеры, введенные с клавиатуры, высвечиваются с повышенной яркостью. Нажатие любой из алфавитно-цифровых клавиш вызывает занесение соответствующего символа в позицию под курсором. Информация справа сдвигается, если только это не вызывает "выталкивания" за пределы окна какого-либо значащего символа. Клавиши-стрелки перемещают курсор. Нажатие клавиши переводит текстовый редактор из режима вставки в режим замены. Повторное нажатие восстанавливает режим вставки. Клавиши |