Воронежский государственный университет инженерных технологий
Воронеж, Воронежская область, Россия
Воронеж, Воронежская область, Россия
УДК 519.688 Программы и алгоритмы для решения отдельных задач на вычислительных машинах
Рассмотрены задачи практической реологии, связанные со структурно-параметрической идентификацией реологических моделей неньютоновских сред. Показаны проблемы, возникающие при обработке данных реологического эксперимента, в ротационной и капиллярной вискозиметрии. Подчёркивается необходимость формализации математических зависимостей вязкости от скорости сдвига и температуры. Указывается сложность многоуровневой организации вискозиметрического эксперимента, включая многофакторность воздействия и откликов системы, большую размерность данных, сложность алгоритмов планирования и проведения эксперимента, а также наличие неконтролируемых возмущений. Для автоматизированной обработки результатов реологических экспериментов предлагается программный комплекс, позволяющий проводить параметрическую идентификации температурно-скоростных зависимостей вязкости псевдопластичных сред. В качестве реологической модели принята модель Оствальда-де-Виля, отражающая зависимость вязкости от скорости сдвига. Для учета влияния температуры на вязкость, модель дополнена уравнением Аррениуса-Френкеля-Эйринга (2). Параметрическая идентификация проводится по критерию минимума суммы квадратов отклонений между экспериментальными и рассчитанными по модели значениям вязкости. Программный продукт разработан на языке программирования Free Pascal с использованием среды разработки Lazarus 2.0.10 FPC 3.2.0. Операционная система Windows x64 7/8/10/11. Программа имеет открытый программный код, что позволяет заинтересованным лицам самостоятельно ее модифицировать и разрабатывать дополнительный функционал. Верификация и валидация программного продукта подтвердили его работоспособность, соответствие заданным требованиям и достоверность получаемых результатов. Практическое использование программы позволяет повысить качество и снизить трудоемкость научно-практической деятельности, сократить сроки экспериментальных исследований и повысить научный уровень выводов, вытекающих из опытных исследований.
реология, вязкость, неньютоновская жидкость, виско-зиметр, идентификация, программное обеспечение, интерфейс, подпрограмма, верификация, валидация.
1. Kailasham R, Chakrabarti R, Prakash JR. Shear viscosity for finitely extensible chains with fluctuating internal friction and hydrodynamic interactions. Journal of Rheology. 2023;67(1):105–123.
2. Deou J., Bessaies-Bey H., Declercq F., et al. 2022. Decrease of the amount of fat in chocolate at constant viscosity by optimizing the particle size distribution of chocolate. Food Structure 31: 100253.
3. Bredikhin SA, Martekha AN, Andreev VN, Kaverina YuE, Korotkiy IA. Rheological Properties of Mayonnaise with Non-Traditional Ingredients. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(4):739–749.
4. Hussein AMS, Abd El-Aal HA, Morsy NM, Hassona MM. Chemical, rheological, and sensory properties of wheat biscuits fortified with local buckwheat. Foods and Raw Materials. 2024;12(1):156–167.
5. Borker NS, Koch DL. Shear rheology of a dilute suspension of thin rings. Journal of Rheology. 2023;67(3):723.
6. Hasan W., Khan M.N. Rheological characterization of vegetable oil blends: Effect of shear rate, temperature, and short-term heating // Journal of Food Process Engineering. 2020. Vol. 43, e13396.
7. B.B. Damdinov, V.A. Danilova, A.V. Minakov, M.I. Pryazhnikov, Rheological Properties of PVDF Solutions, J. Sib. Fed. Univ. Math. Phys., 2021, 14(3), 265–272.
8. Khvostov А. Estimationof the Error in calculating the integral characteristics of the flow structured liquid-like media in a cylindrical channel / A. Khvostov, A. Zhuravlev, E. Shipilova, A. Nikitchenko and D. Vnukov // Proceedings – 2021 3nd International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency, (SUMMA) 10 – 12 Nov. 2021, 2021, pp. 73 – 77.
9. Дуркин В.В. Анализ реологических моделей течения жидкостей для горно-буровой практики и нефтегазового дела / В.В. Дуркин, В.М. Уляшева // Инженер-нефтяник. 2022. №2. С. 48-52.
10. Иванов А.В. Неопределенность в задачах формализации эмпирических реологических моделей неньютоновских сред / А.В. Иванов, А.А. Хвостов, А.А. Журавлев // Моделирование энергоинформационных процессов : / Сборник статей XI национальной научно-практической конференции с международным участием (26 – 28.12.2022). – Воронеж. гос. ун-т инж. технол. – Воронеж: ВГУИТ, 2022. – С. 166 – 172.
11. Цыпин А.П., Сорокин А.С. Статистические пакеты программ в социально-экономических исследованиях // Азимут научных исследований: экономика и управление. – 2016. – Т. 5, № 4 (17). – С. 379–384.
12. Михайлов Д.Ю. Краткий обзор математического программного обеспечения / Д.Ю. Михайлов // Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 4. С. 325 – 333.
13. Осипов А.А. Применение компьютерных математических пакетов для статистической обработки данных / А.А. Осипов, Е.Н. Рябухо // Общество, образование, наука в современных парадигмах развития: материалы IV Национальной научно-практической конференции. Керчь, 09-10 ноября 2023 г. – Керчь: ФГБОУ ВО "Керченский государственный морской технологический университет", 2023. – С. 83 – 94.
14. Полонский А.М. Импортозамещение программного обеспечения и организация обучения студентов с использованием отечественного или свободного программного обеспечения / А.М. Полонский // Актуальные проблемы экономики и управления. – 2022. – № 2(34). – С. 65 – 82.
15. ГОСТ ИСО / МЭК 9126-2001. Информационная технология. Оценка программной продукции. Характеристики качества и руководства по их применению.
16. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008612695. Виртуальная модель кривых течения / И. А. Литвинова, А. Н. Пирогов; заявитель и правообладатель ГОУ ВПО Кемер. технол. ин-т пищ. пром-ти. – № 2008611621; заявл. 14.04.08; зарегистр. 29.05.08.
17. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012617783. Программа для обработки экспериментальных данных по определению параметров реологической модели жидкости смешанного типа с пределом применимости ньютоновской модели / В.Н. Колодежнов, A.B. Колтаков, A.C. Веретенников; заявитель и правообладатель Колодежнов В.Н. – № 2012616131; заявл. 05.07.2012; зарегистр. 28.08.2012.
18. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014611633. Программа определения на основе расходно-перепадной характеристики канала параметров реологической модели жидкости, демонстрирующей проявление эффекта "отвердевания" / В.Н. Колодежнов, A.B. Колтаков, A.C. Веретенников; заявитель и правообладатель Колодежнов В.Н. – № 2013661338; заявл. 09.12.2013; зарегистр. 06.02.2014.
19. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010617542. Программа для обработки экспериментальных данных по определению параметров реологической модели вязкости жидкости смешенного типа и дилатантным поведением на неньютоновском участке / В. Н. Колодежнов, А. В. Колтаков, С. С. Капранчиков; заявитель и правообладатель Колодежнов В. Н. – №2010615779; заявл. 21.09.2010; опубл. 15.11.2010.
20. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021668340. Программа по определению параметров реологической модели вязко-пластической жидкости с эффектом "отвердевания / В.Н. Колодежнов, А.В. Колтаков, С.С. Капранчиков, А.С. Веретенников; заявитель и правообладатель Колодежнов В. Н. – № 2021665427; заявл. 04.10.2021; опубл. 15.11.2021.
21. Инденко О.Н. Информационные технологии и алгоритмы в задачах математического моделирования реологических исследований / О.Н. Инденко, Д.В. Доня, Д.Д. Скоробогатов // Информационные технологии в моделировании и управлении: подходы, методы, решения : III Всероссийская научная конференция с международным участием : сборник докладов / отв. за вып. Е.В. Панюкова. – Тольятти : Изд-во ТГУ, 2021. – С. 335 – 340.
22. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017661812. Программа Brookfield_to_MATLAB экспорта и обработки результатов измерений реологических характеристик на ротационном вискозиметре / Е.И. Куркин, В.О. Садыкова; заявитель и правообладатель ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева» (Самарский университет). – 2017618614; заявл. 28.08.2017; опубл. 20.10.2017.
23. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015614721. Программа для снятия и обработки показаний с вискозиметра / Р.С. Поляков; заявитель и правообладатель Поляков Р.С. – № 2015611661; заявл. 11.03.2015; опубл. 20.05.2015.
24. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019610334. Программа Viscosity Approximation обработки результатов измерения вязкости неньютоновских сред и определения параметров реологических моделей / Е.И. Куркин, В.О. Чертыковцева, Я.В. Захваткин; заявитель и правообладатель ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева» (Самарский университет). – 2018664713; заявл. 18.12.2018; опубл. 10.01.2019.
25. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018662419. Программа для ротационного вискозиметра для определения вязкостно-температурных свойств судовых горюче-смазочных материалов / И.П. Корнева, Н.С. Попцов; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО «Калининградский государственный технический университет». – 2018615566; заявл. 30.05.2018; опубл. 08.10.2018.
26. Matveenko V.N. Structural Rationale of a Non-Newtonian Flow / V.N. Matveenko, E.A. Kirsanov // Moscow University Chemistry Bulletin. – 2017. – Vol. 72, № 2. – P. 69 – 91.
27. Rehman T.U., Shah L.A. 2019. Rheological Investigation of GO Doped p(APTMACl) Composite Hydrogel. Zeitschrift für Physikalische Chemie 235 (3): 329–343.
28. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2024618573. Программа параметрической идентификации температурно-скоростных зависимостей вязкости псевдопластичных сред / С.В. Рябов, А.А. Журавлев, А.А. Хвостов, Е.А. Шипилова, М.Г. Магомедов, И.В. Плотникова; заявитель и правообладатель . Рябов С.В., Журавлев А.А., Хвостов А.А., Шипилова Е.А., Магомедов М.Г., Плотникова И.В. – № 2024617422; заявл. 01.04.2024; опубл. 15.04.2024. Бюл. № 4.
29. Попов А. П., Андрусенко А. С., Кисель Д. С. Информационная система многопараметрической идентификации моделей технологических процессов // Инженерные технологии. 2024. № 2 (6). С. 71-81.
30. Мерзлякова Е.Ю. Обзор методов верификации и оценки качества программного обеспечения / Е.Ю. Мерзлякова, Е.В. Янченко // Вестник СибГУТИ. 2023. Т. 17, № 1. С. 92–106.
31. Гусарова С.Н. Проблемы верификации и валидации методик измерений и других объектов в испытательной лаборатории / С.Н. Гусарова // Контроль качества продукции. 2024. № 4. С. 32-39.
32. Хвостов А.А. Параметрическая идентификация температурно-инвариантной характеристики вязкости неньютоновских сред / А.А. Хвостов, А.А. Журавлев, А.В. Ряжских, А.В. Бараков // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2024. Т. 20. № 3. С. 71-76.
