Металлургические расчеты с использованием пакета прикладных программ HSC Chemistry - Страница 2

Системные требования при установке пакета на компьютер

От версии к версии перерабатывается также руководство по модулям пакета, при этом наличие файлов, содержащих примеры решения задач в каждом модуле, существенно упрощает освоение пакета. Контекстно-чувствительная помощь позволяет обращаться к соответствующим описаниям модулей.

Некоторым недостатком пакета является то, что все элементы интерфейса (команды, экраны помощи, описания) используют английский язык, что затрудняет освоение. К сожалению, не поддерживается русский алфавит, по этой причине даже комментарии, названия технологических потоков и прочее приходится писать на английском.

Пакет программ HSC Chemistry состоит из набора функциональных модулей, каждый из которых предназначен для выполнения определенных термодинамических или теплотехнических расчетов, определения рационального состава сырья и других вычислительных и моделирующих операций. Набор модулей зависит от версии пакета. К основным модулям (см. с. 6) добавлены такие:

SIM – Flowsheet Simulation – Моделирование технологических схем – графическое представление и моделирование материальных потоков в технологических схемах;

Geo – данные по минералогическому и элементному составу сырья различных месторождений.

Все модули представлены соответствующими кнопками в главном меню. В последней версии HSC Chemistry 8.0 пользователь может компоновать меню в соответствии со своими предпочтениями, в более ранних версиях главное меню содержит фиксированный набор кнопок.

При запуске любого модуля пользователь оказывается в системе многоуровневых контекстно-чувствительных меню, используя которые вводит исходные данные для решения задачи и получает результат ее решения. Все модули используют технологию электронных таблиц, и работа с ними мало отличается от работы в привычной многим среде Excel или иных электронных таблиц. Небольшие отличия имеются, но они осваиваются достаточно быстро.

Другая особенность пакета – использование оконного интерфейса – также не является препятствием для его освоения и последующего применения на практике.

Еще одной важнейшей особенностью пакета является то, что программные модули автоматически взаимодействуют с базами данных, заимствуя из них необходимые для расчета справочные данные (стандартные значения энтальпии, энтропии, эмпирические коэффициенты для расчета мольной теплоемкости, коэффициенты теплопроводности материалов, степени черноты материалов и др.) и расчетные формулы (в определенных случаях). Это требует от пользователя аккуратности при вводе формул веществ и записи исходной задачи, впрочем при наличии ошибок пользователя программы пакета выдают сообщения, с помощью которых поиск и устранение ошибок значительно облегчаются.

Не следует преувеличивать возможности пакета, поскольку он всего лишь реализует известные алгоритмы расчета, многократно сокращая необходимое для решения задачи время и избавляя пользователя от ошибок, возможных в процессе вычислений. Крайне важно, чтобы пользователь представлял себе основы методов расчета и использовал корректные исходные данные. Эти знания необходимы также для правильной интерпретации результатов расчетов, выполненных программами, входящими в пакет.

Предполагается, что пользователь имеет достаточную подготовку в области химической термодинамики, теплофизики и теплотехники, а также владеет приемами ручного расчета материальных и тепловых балансов металлургических процессов. Поскольку эти знания и навыки формируются на предыдущем этапе обучения, пакет может быть с успехом использован при подготовке бакалавров, специалистов и магистров, специализирующихся по направлениям металлургии и химической технологии.

В составе пакета HSC Chemistry в зависимости от версии содержатся несколько баз данных, основные из них следующие:

1) справочные данные по термодинамическим свойствам неорганических и органических веществ;

2) справочник по свойствам химических элементов;

3) справочник по единицам измерений физических величин и соотношениям между этими единицами в различных системах;

4) коэффициенты теплопроводности материалов;

5) коэффициенты теплоодачи при разных режимах конвекции;

6) коэффициенты излучения.

В наиболее продвинутых версиях имеются и другие базы данных, в частности, по составам минералов, составам руд различных месторождений, географическому расположению месторождений.

Одной из наиболее важных и обширных баз данных является база справочных данных по термодинамическим свойствам неорганических и органических веществ. В зависимости от версии пакета в этой базе приведены термодинамические справочные данные по 15–28 тысячам веществ. Для металлургических расчетов важно, что в базе данных представлены характеристики оксидов, сульфидов, силикатов, галогенидов и других соединений металлов, входящих в состав первичного и вторичного сырья. При составлении базы данных реферировано более 1500 литературных источников, в этой работе приняли участие несколько десятков авторитетных зарубежных организаций, включая университеты и исследовательские институты. В результате можно утверждать, что приведенные в базе данных сведения заимствованы из современных источников и являются достаточно надежными. Степень надежности данных, впрочем, индексирована, это позволяет оценить ее для любого из веществ.

Кроме того, данная база позволяет расширение. В единичных случаях, когда в базе данных отсутствуют необходимые сведения (для соединений редких металлов, например, или нечасто встречающихся соединений, таких как интерметаллиды) нужные сведения могут быть обнаружены в узкоспециализированной литературе или получены экспериментально. Структура базы данных позволяет стандартизировать эти сведения и ввести их в пользовательскую базу данных. В дальнейшем программные модули могут использовать данные из пользовательской базы в расчетах.

Обращение к базе данных по термодинамическим свойствам веществ может быть выполнено из главного меню пакета при использовании кнопки DATABASE (H – Entalpy, S – Entropy and C – Heat Capacity). При этом открывается следующее окно главного меню базы данных (рис. 2).

Для поиска термодинамических свойств вещества при этом возможно несколько путей, наиболее простой следующий. Воспользуемся кнопкой Search Species with Given Elements (Поиск веществ по заданным элементам). На экран выведется периодическая система Д. И. Менделеева (рис. 3).

Укажем элементы, из которых состоит вещество, например CuFeS_2. Для этого курсором укажем на кнопку Cu и щелкнем по левой кнопке мыши. В окне ввода Please Select Elements появится Cu. Также укажем и на другие элементы.

Установим переключатели Search Mode (Найти для следующих состояний) в нижней части окна в положение, соответствующее интересующим нас состояниям веществ: Gas – газообразные, Condensed – конденсированные (жидкие или твердые), Gas Ions – ионы в газовой фазе, Aqueous Ions – ионы в электролите, Liquids – жидкости, Aqueous neutral – недиссоциированные вещества в растворе.

Рис. 2. Главное меню для работы с базой данных по термодинамическим свойствам веществ

Нажмем на находящуюся в нижней части окна справа кнопку OK – откроется следующее окно List Species in HSC Database (Список веществ в базе данных) (рис. 4). Поле этого окна слева содержит панель Own Database (Пользовательская база данных), она пуста, если мы предварительно не поместили туда соответствующие данные. В центре этого окна на панели Main Database выведен список веществ, в состав которых входят выбранные нами ранее элементы. Найдем в списке интересующее нас вещество, для чего курсором укажем на CuFeS₂ и выделим его щелчком по левой кнопке мыши. Номер и формула CuFeS₂ появятся на панели над кнопкой Show Data (Показать данные). Щелкнем левой кнопкой мыши по Show Data (Показать данные).