Металлургические расчеты с использованием пакета прикладных программ HSC Chemistry

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.

1.4. Базы данных в составе пакета

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).