Программная реализация регрессионной модели реологического поведения разбавленных растворов нитратов целлюлозы

УПРАВЛЕНИЕ, ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

УДК 541.64:547.315.2:546.657

З. Т. Валишина, А. В. Лисюкова, О. Т. Шипина,

А. В. Косточко

ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕГРЕССИОННОЙ МОДЕЛИ РЕОЛОГИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ РАЗБАВЛЕННЫХ РАСТВОРОВ НИТРАТОВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Ключевые слова: реология растворов, нитрат целлюлозы, программный комплекс.

На основе ранее полученной математической модели реологического поведения разбавленных растворов нитратов целлюлозы был разработан программный комплекс,

выполняющий расчет процесса течения растворов в статическом режиме деформирования.

Keywords: rheology solutions, cellulose nitrate, a program complex.

On a basis before the received mathematical model, rheological behaviour of the diluted solutions of nitrates of cellulose the program complex which is carrying out calculation of process of a current of solutions in a static mode of deformation has been developed.

В настоящее время актуальными являются вопросы получения нитратов целлюлозы (НЦ) со стабильными и регулируемыми реологическими свойствами. Процесс получения таких видов НЦ осложнен их структурно-химической неоднородностью, что обусловлено гетерогенностью структуры исходного сырья, а также особенностями самой реакции этерификации. В связи с этим важным является установление закономерностей реологического поведения растворов низкоазотных НЦ для оптимизации технологического процесса их изготовления [1].

На основе ранее разработанной нами математической модели реологического поведения разбавленных растворов нитратов целлюлозы, был создан программный комплекс, выполняющий расчет процесса течения разбавленных растворов в статическом режиме деформирования. Существующие математические модели процесса течения концентрированных растворов не позволяют адекватно рассчитать реологические характеристики разбавленных растворов нитратов целлюлозы [2]. Необходимость разработки данной модели связана с отсутствием аналогичных моделей для низко концентрированных растворов.

Для анализа экспериментальных данных использовалась программа «STATISTICA». При решении задачи регрессионного анализа методом наименьших квадратов были получены зависимости вязкости от скорости сдвига и концентрации для разбавленных растворов нитратов целлюлозы [3]. Полученные уравнения позволяют, зная значение наибольшей ньютоновской вязкости, определить кривую течения образца НЦ в широком диапазоне температуры, скорости сдвига, концентрации раствора. Также методом множественной регрессии получено уравнение, отражающее взаимосвязь надмолекулярной структуры с реологическими характеристиками раствора. Показано, что наибольшее влияние на реологические параметры в растворах НЦ оказывают размеры надмолекулярных частиц.

Необходимость разработки программного комплекса связана с использованием в научном и учебном процессе метода ротационной вискозиметрии, позволяющего изучать реологическое поведение растворов полимеров. Разработано руководство пользователя, которое подробно поэтапно описывает работу программы. Созданное программное обеспечение вызовет большой интерес преподавателей полимерной химии при подготовке

студентов по специальности 240500 - «Химическая технология высокомолекулярных соединений и полимерных материалов».

Для запуска программного комплекса необходимо зайти в каталог с программой и двойным щелчком мыши открыть файл «diplom.exe». На экране появится главное окно программы (рис. 1) с тремя вкладками: «Графики», «Расчеты» и «Помощь».

Рис. 1 - Главное окно программы

Во вкладке «Графики» задаются исходные данные для расчета: концентрация раствора, интервал значений скорости сдвига, количество точек, соответствующих количеству экспериментов. После ввода необходимых данных необходимо нажать кнопку «Расчет» и в левой части окна программы будет отображен соответствующий график (рис. 1). Для примера в правой части окна программы приведены экспериментальные данные, которые разделены по типу нитратов целлюлозы и концентрации. Выбираем данные и в этом случае соответствующие графики отображаются справа на экране (рис. 1).

Во вкладке «Расчеты» вводятся экспериментальные данные IgCYHo), С и, нажав кнопку «Рассчитать», получаем значения для величины приведенной вязкости Ig(n/Ho) (рис. 2). Также в данной вкладке существует кнопка «Добавить», предназначенная для ручного ввода данных. Можно также загрузить значения из соответствующего файла. Для этого необходимо нажать кнопку «Загрузить» и на экране появится стандартное диалоговое окно с возможностью выбора нужного файла.

Для экспорта расчетов в файл существует кнопка «Экспорт в Excel». Нажав ее, открывается окно сохранения файла с выбором имени, после указания имени файла он сохраняется в формате .xls (рис. 2).

Во вкладке «Помощь» указаны инструкции по работе с программой, что позволяет эффективно использовать ее в процессе обучения.

Применение в учебном процессе созданного программного комплекса позволит повысить качество обучения студентов, в частности, эффективно происходит изучение влияния различных параметров на реологическое поведение разбавленных растворов нитратов целлюлозы. Также программа позволяет определять характеристики растворов, не проводя экспериментальные исследования и, в дальнейшем, прогнозировать составы нитрокомпозиций при создании наукоемких материалов и изделий.

Рис. 2 - Экспорт данных Литература

1. Валишина, З. Т. Исследование реологических свойств разбавленных растворов нитратов целлюлозы и композиций на их основе / З.Т. Валишина, О.Т. Шипина, А.В. Косточко // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - №2. - С. 293-300.

2. Марченко, Г.Н. Производство нитратов целлюлозы. Физико-химические основы производства и переработки нитратов целлюлозы / Г.Н. Марченко, Л.В. Забелин. - М.: ЦНИИНТИ, 1984. - 164 с.

3. Валишина, З.Т. Математическая модель реологического поведения разбавленных растворов нитратов целлюлозы / З.Т. Валишина, А.В. Лисюкова., О.Т. Шипина, А.В. Косточко // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - №9. - С. 257-261.

© З. Т. Валишина - канд. хим. наук, доц. каф. химии и технологии высокомолекулярных соединений КГТУ, zimval1@yandex.ru; А. В. Лисюкова - магистрант КГТУ, anlis88@mail.ru; О. Т. Шипина - д-р техн. наук, проф. каф. химии и технологии высокомолекулярных соединений КГТУ, htvms@kstu.ru; А. В. Косточко - д-р техн. наук, проф., зав. каф. химии и технологии высокомолекулярных соединений КГТУ.