Постановка задачи.
Решение задачи метаногенеза с использованием параллельной реализации генетического алгоритма
Крупные животноводческие предприятия, например, птицефабрики, свинокомплексы и фермы крупного рогатого скота (КРС), производят большое количество отходов, загрязняющих окружающую среду. Данные отходы можно переработать путем метаногенеза в топливный газ (биогаз) и биоудобрения. Метаногенез осуществляется в специальных резервуарах — метантенках — при постоянном перемешивании, способствующем… Читать ещё >
Постановка задачи. Решение задачи метаногенеза с использованием параллельной реализации генетического алгоритма (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Крупные животноводческие предприятия, например, птицефабрики, свинокомплексы и фермы крупного рогатого скота (КРС), производят большое количество отходов, загрязняющих окружающую среду. Данные отходы можно переработать путем метаногенеза в топливный газ (биогаз) и биоудобрения. Метаногенез осуществляется в специальных резервуарах — метантенках — при постоянном перемешивании, способствующем созданию однородной среды.
Существует три температурных режима метаногенеза: психрофильный, мезофильный и термофильный. На практике широкое распространение получили мезофильный и термофильный режимы. Оптимальная температура для мезофильного (термофильного) режима составляет 37 °C (56°С), а период полной ферментации — 25 суток (12 суток).
Математическая модель метаногенеза имеет вид:
(1).
с дополнительными соотношениями.
(2).
и начальными условиями.
(3).
где X — концентрация бактерий, кг/м3; L — концентрация питательных веществ, усваиваемых бактериями, кг/м3; V — выход биогаза, м3; и — относительные скорости соответственно прироста и отмирания бактерий, сут.-1; и — максимально возможные относительные скорости соответственно прироста и отмирания бактерий, сут.-1; в — безразмерный коэффициент усвоения субстрата; p — относительная скорость поступления субстрата, сут.-1; г — коэффициент, характеризующий скорость преобразования питательных веществ субстрата в биогаз, м3/(сут.кг/м3); и — эмпирические коэффициенты, м3/кг.
Особенностью системы (1) является отсутствие переменной V в правой части. Поэтому третье уравнение можно рассматривать независимо от остальных. Удобно ввести величину скорости выхода биогаза:
. (4).
Биогазовая установка может работать в различных режимах поступления сырья. При периодическом режиме () происходит однократное наполнение метантенка и его полное опорожнение по завершении периода ферментации. При непрерывном режиме () осуществляется непрерывная подача новой порции субстрата и одновременно удаление переработанной порции субстрата.