МИНИСТЕРСТВО АГРАРНОЙ ПОЛИТИКИ УКРАИНЫ
СУМСКОЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ОСНОВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА
Методические указания
К практическим занятиям на тему:
Проведение эксперимента
СУМЫ
2010
МИНИСТЕРСТВО АГРАРНОЙ ПОЛИТИКИ УКРАИНЫ
СУМСКОЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра технологического оборудования пищевых производств
ОСНОВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА
Методические указания
К практическим занятиям на тему:
Проведение эксперимента
Для студентов 4 курса,
Обучающихся по направлению
6.051701 Пищевые технологии и инженерия
Дневной и заочной формы Обучение
СУМЫ
2010
 |
УДК 001.891 (075.8) ББК 72я73
Составители: Радчук В., к. т.н., доцент кафедры технологического оборудования пищевых производств; Максимов Ф. Е., к. т.н., доцент кафедры технологического оборудования пищевых производств; Казаков Д. Д. ассистент кафедры технологического оборудования пищевых производств.
Основы научных исследований и технического творчества: методические указания к выполнению практических занятий на тему Проведение эксперимента для студентов 4 курса по направлению 6.051701 Пищевые технологии и инженерия дневной и заочной формы обучения / Сумы: Сумский национальный аграрный университет. 2010 — 27 с.
В методических указаниях изложены задачи и общие рекомендации по их выполнению, а Также приведены тестовые вопросы для самопроверки знаний по данной теме.
Рецензенты: Шандыба О. Б. к. т.н., доцент кафедры охраны труда; Бондарчук В. М., к. с.-х. н., доцент кафедры технологии питания
Ответственный за выпуск: кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой технологического оборудования пищевых производств А. В. Радчук.
Рекомендовано к изданию ученым советом учебно-научного инженерно-технологического института СНАУ
Протокол № 3 от 22 ноября 2010 года.
© Сумской национальный аграрный университет 2010
|
Введение
Изучение дисциплины «Основы научных исследований и технического творчества» студентами образовательно-квалификационного уровня «бакалавр» по направлению подготовки «Пищевые технологии и инженерия» позволяет студенту ознакомиться с организацией научно-исследовательской работы в Украине, научиться методологическим основам научного познания, используя современные теоретические и экспериментальные методы моделирования, принимать новые технические решения и оценить результат научно-исследовательской работы.
Практические занятия являются важной составляющей учебного процесса при изучении вышеуказанной дисциплины. Они сочетают теоретические и практические занятия, повышают уровень индивидуальной профессиональной подготовки каждого студента.
Количество заданий определяется рабочей учебной программой, отдельные задания выполняются в процессе самостоятельной работы студентов в внеурочные часы.
В конце проведения занятия проводится опрос студентов устно, письменно, с использованием контрольных вопросов, которые приводятся в конце каждой темы.
Выполнение практических работ оформляется в тетрадь по установленной форме и подается преподавателю для проверки и получения зачета с начислением количества баллов по каждой работе согласно рабочей учебной программы дисциплины.
Цель проведения практических занятий
В результате изучения дисциплины «Основы научных исследований и технического творчества» студенты должны знать закономерности развития технических систем и творческого мышления, методы и основные стадии научных исследований, принципы преодоления технических противоречий и методы поиска новых технических решений, а также уметь обрабатывать научно-техническую и патентную информацию, применять на практике современные приемы и методы научно-технического творчества, вести поиск новых технических решений.
Практические занятия способствуют повышению заинтересованности студентов к данной дисциплины, углубляют профессиональные знания и умения по специальности.
Организация проведения практических занятий
Практические занятия проводятся с группой студентов в учебной аудитории. При этом каждый студент должен иметь отдельную тетрадь для оформления практических работ, ручку, линейку, карандаш и калькулятор для инженерных расчетов. Зачет и начисления баллов, согласно рабочей учебной программы дисциплины, по практическому занятию проставляется при предъявлении студентом отчета о выполнении работы, предоставлении ответов на вопросы по теме работы и выполнения требований «Положения об организации учебного процесса в Сумском НАУ».
Практическое занятие №7 (6 Часов)
Тема: «Проведение эксперимента»
Цель: «Освоить один из методов проведения лабораторных исследований с помощью активно спланированного эксперимента и одним из способов анализа полученных результатов»
План
1. Ознакомления с экспериментальным стендом.
2. Выбор исходных параметров для проведения эксперимента. Проведение эксперимента.
3. Обработка результатов опытов.
4. Графическая интерпретация результатов опытов.
Порядок проведения работы
Практическое занятие по теме «Проведение эксперимента» проводится в течение 3-х занятий (6 часов).
На первом занятии студенты знакомятся с лабораторным стендом для проведения опытов и получение экспериментальных результатов в «межфакультетскую проблемной научно-исследовательской лаборатории новейших технологий и оборудования перерабатывающих отраслей». При Ознакомление студенты изучают конструкцию, принцип работы, систему управления и основные показатели, которые могут быть получены при работе на экспериментальном стенде. По результатам занятия студенты в тетради должны иметь схему работы экспериментального стенда с описанием всех его элементов и описание принципа работы стенда.
На втором занятии студенты проводят лабораторные исследования (или получают результаты об уже проведенных исследованиях). Знакомятся с методом наименьших квадратов, который используется для обработки результатов многофакторного эксперимента. Разрабатывают математическую модель процесса измельчения в зависимости от варианта задания. По результатам занятия студент в тетради должен иметь данные о входные параметры и интервалы их варьирования, таблицу значений выходного параметра, математическая модель процесса измельчения в общем виде и таблицу расчетов, распечатанная с MS Exel и составить уравнение, которое соответствует варианту задания с выбраковкой не значимы членов математической модели.
На третьем занятии студенты проводят графическую интерпретацию результатов исследования. Составляется таблица значений y = f (x1), y = f (x2) и строятся соответствующие графики зависимости. По результатам проведенных исследований делают выводы. Выполненная работа представляется для проверки преподавателю.
Описание экспериментального стенда
Для реализации плановых исследований необходимо разработать стенд, который позволит провести исследования и получить математическую модель процесса помола. На рис 1. показан исследовательский стенд, на котором проводились необходимые экспериментальные работы. Для того, чтобы реализовать эксперимент на стенде предусмотрена возможность изменять все необходимые нам входные параметры в заданных значениях. К входных параметров стенда относят: частота вращения ротора измельчителя, ω, расходы дисковой материала, Q, ширина рабочей камеры измельчителя, В, количество проходов, которые использованы для измельчения, N.
Частота вращения ротора ω ударно-отражательного измельчителя регулируется с помощью тиристорного преобразователя 12 и двигателя постоянного тока 5. Регулирования расхода Q дисковой материала, который подают на измельчение ведется с помощью секторного питателя 3, частота вращения которого изменяется с помощью устройства ЛАТР 23. Ширина рабочей камеры В измельчителя изменяется путем замены ротора и элементов статора. Количество проходов Nвизначаеться исследователем.
Таким образом мы можем реализовать все запланированные опыты.
Оценка размеров фракции ведется с помощью ситового анализа. Оценка энергозатрат на проведение процесса помола определяется по показателям амперметра и вольтметра. Частота вращения ротора определяется частотомером.
Эксперимент проводится следующим образом:
Отключаются все приборы. Затем с помощью тиристорного регулятора 12 устанавливается необходимая частота вращения ротора, контролируется фото датчиком 19 и частотомером 18. Затем регулятором ЛАТР 23 устанавливает необходимую частоту вращения питателя 3 и засыпают порцию материала, который необходимо размолоть в бункер 2.
Рис.1. Экспериментальный стенд:
1 — ударно-отражательный измельчитель, 2 — бункер, 3 — воротниковой питатель 4 — мотор-редуктор, 5 — эл. двигатель постоянного тока, 6 — патрубок выгрузки, 7 — циклон, 8 — фильтр рукавный, 9, 10 — приемные емкости, 11 — клиноременной передачи, 12 — тиристорный регулятор, 13, 14, 15, 16, 17 — универсальные цифровые приборы, 18 — частотомер, 19 — фото датчик, 20 — диск фото датчика, 21 — коллектор воздушный, 22 — манометр водяной, 23 — регулятор ЛАТР, 24 — заслонка.
Дробильная материал под действием вращающего ротора и недвижимого статора в результате многих ударов измельчается и через патрубок выгрузки 6 выгружается из барабана измельчителя. Приборы 13, 14, 15, 16, 17 фиксируют энергозатраты процесса. Измельченный материал накапливается в емкостях 9, 10. Все результаты опытов записываются в таблицу опытов.
Входные параметры для проведения эксперимента
Согласно априорной информации и раньше проведенных исследований было выяснено, что основными факторами, влияющими на процесс помола являются:
— ω — частота вращения ротора;
— Q — расход материала;
— В — ширина рабочей камеры;
— N — количество проходов через измельчитель.
Для получения математической модели процесса использован метод наименьших квадратов. Он позволяет получить математическую модель второй степени с минимальным значением погрешности.
Учитывая потребности производства в данном продукте были приняты следующие интервалы варьирования входных параметров, табл. 1.
Таблица 1. Интервалы варьирования входных параметров.
|
№ п / п |
Уровни факторов |
Частота вращения Ротора, ω, с-1 |
Расходы, Q, кг / ч |
Ширина рабочей Камеры, В, 10-3м |
Количество проходов, N |
Значения параметров в кодированном виде |
|
1 2 3 |
Верхний уровень Основной уровень Нижний уровень |
804 575 345 |
360 210 60 |
15 30 45 |
3 2 1 |
+1 0 -1 |
|
4 |
Кодовое значение Параметра |
Х1 |
Х2 |
Х3 |
Х4 |
Выходные параметры для проведения эксперимента
Выходной параметр для проведения эксперимента определяется вариантом, который определяют по двумя последними цифрами номера зачетной книжки. Например, если № 0014 — вариант 14, если № 0016, то 16-14 = 2 вариант, если № 0040, то 40-14-14 = 12 вариант, если № 0052, то 52 -14 -14 -14 = 10 вариант. Варианты исходных параметров приведены в табл. 1 и табл. 2. В таблице 1 по вариантам приведены какая тема исследования и которая поставлена цель при проведении эксперимента. В таблице 2 приведены результаты проведенных экспериментов по вариантам. По каждому варианту эксперимента проводится 24 опыты. Количество опытов рассчитывается в зависимости от количества входных параметров. В нашем случае их четыре (ω, Q, В, N). Количество опытов n = 4! = 1.2.3.4 = 24.
Таблица 1. Выбор темы и цели проведения эксперимента согласно варианту
|
№ темы |
Название темы |
№ варианта |
Цель работы |
|
И |
Исследование процесса измельчения ведерные D3 в ударно-отражательной дробилки |
1 |
Определение зависимости удельных энергозатрат процесса измельчения от режимно-конструктивных параметров WУД = WP / X · 1000 / Q. |
|
2 |
Определение зависимости затрат мощности от режимно-конструктивных параметров измельчения. |
||
|
3 |
Определение зависимости среднего размера частиц после измельчения от режимно-конструктивных параметров процесса. |
||
|
ИИ |
Исследование процесса измельчения поваренной соли в ударно-отражательной дробилки. |
4 |
Определение зависимости удельных энергозатрат процесса измельчения от режимно-конструктивных параметров WУД = WP / X · 1000 / Q. |