Автореферат (1025867)
Текст из файла
На правах рукописиВолков Василий ЮрьевичРАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА СЛОЖНЫХ РАЗВЕТВЛЕННЫХПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМСпециальность 05.04.06 – Вакуумная, компрессорная техника ипневмосистемыАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква ─ 2015Работа выполнена в Московском государственном техническомуниверситете им. Н.Э. Баумана (МГТУ им. Н.Э.
Баумана).Научный руководитель:кандидат технических наук, доцентФГБОУ ВПО МГТУ им. Н.Э. БауманаБелова Ольга ВладимировнаОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессорФГБОУ ВПО «СПбНИУ ИТМО»Прилуцкий Игорь Кировичдоктор технических наук, профессорФГБОУ ВПО «ОмГТУ»Юша Владимир ЛеонидовичВедущее предприятие:ФГБОУ ВПО «Казанскийнациональный исследовательскийтехнологический университет»Защита состоится «7» октября 2015г. в 14 часов 30 минут на заседаниидиссертационного совета Д 212.141.16 при МГТУ им.
Н.Э. Баумана поадресу: 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5, стр.1.СдиссертациейможноознакомитьсявбиблиотекеМГТУим. Н.Э. Баумана и на сайте www.bmstu.ru.Автореферат разослан «» _____________ 2015г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.141.16к.т.н., доцентМ.А. КолосовОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность исследованияЗадача адекватного определения распределения давления, температурыи потоков в разветвленных пневматических системах (ПС) на этапепроектирования является ключевой для надежности и эффективности работысистем.Важнейшее значение имеет экономичность ПС, в связи с чемпроводится множество анализов чувствительности с точки зрения влиянияотдельных элементов на всю систему в целом.
Основным методом решениязадач потокораспределения является численное моделирование. Поэтомунеотъемлемой проблемой является параллельное развитие математическогоаппарата и методов решения проблем создания как отдельных устройств, таки больших распределенных сетей.Объектом исследования являются разветвленные пневматическиесистемы.Предметом исследования являются рабочие процессы, протекающие вразветвленных пневматических системах.Цель работы – создание метода расчета и анализа разветвленныхпневматических систем с учетом теплообмена с внешней средой.Задачи исследованияСоздание метода расчета разветвленных пневматических систем.Разработка алгоритма расчета разветвленных ПС и его реализация.Верификация метода расчета.Проведение численных исследований для определения влиянияразмерности задачи на сходимость и точность метода расчета.Проведение экспериментально-расчетных исследований рабочихпроцессов в разветвленной пневматической системе для подтверждениярезультатов работы.Применение метода расчета для различных устройств.Научная новизна:Разработана математическая модель для определения распределениярасходов, давлений и температур в сложных разветвленных пневматическихсистемах.Модельстроитсянадифференциальныхуравнениях,представляющих собой фундаментальные законы сохранения в стационарнойпостановке в естественных переменных.Разработан одномерный метод контрольного объема для определенияраспределения расходов, давления и температур для пневмосистем.
Методрасчета позволяет упростить процесс проектирования надежных систем иснять многие допущения, которые применяются в настоящее время припроведении расчетов пневматических систем (изменение расхода среды,вызванное сжимаемостью; теплообмен; изменение диаметра трубопровода).Методпозволяетполучитьустойчивоерешениезадачипотокораспределения для пневмосистем с любым количеством разветвленийи контуров в большом диапазоне значений перепадов давлений и расходов.1Проведеныэкспериментальныеисследованиясложноймногоконтурной пневматической системы. По результатам испытанийполучены гидравлические характеристики расхода от перепада давления дляотдельных элементов и различных режимов работы экспериментальногостенда.Практическая ценность:Разработанные алгоритм и программное обеспечение «CVM-1D»позволяют повысить скорость расчетов при проектировании и анализеэффективности пневматических систем и устройств различного назначения.Разработанный метод расчета позволяет уменьшать количествопроводимых экспериментальных исследований при проектировании новыхпневматических устройств и систем и разрабатывать надежные конструкциисистем, испытания которых сопряжены с опасностью для жизни и здоровьялюдей и опасностью заражения окружающей среды (например, системгазопроводов высокого давления).С помощью разработанного экспериментального стенда, являющегосяпрототипом адаптивной системы регулирования потока рабочей среды, ирасчетных исследований, проведенных с помощью разработанного метода,было создано новое эффективное устройство.Метод расчета внедрен в практику проектирования в ООО«ВОРМХОЛС», г.
Москва и в МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва.Достоверность полученных результатов обеспечивалась кроссверификационными исследованиями и сравнением результатов расчета спомощью разработанного метода расчета и используемого алгоритма слицензионным и сертифицированным программным обеспечением,отвечающим современным требованиям науки и техники, совпадениемрезультатов расчетных исследований с результатами экспериментальныхисследований и опубликованными в открытой литературе данными.Положения, выносимые на защиту.
Метод расчета рабочих процессов впневматических системах сложной разветвленной конфигурации. Результатытеоретических, расчетных и экспериментальных исследований рабочихпроцессов в пневматических системах.Апробация работыОсновные результаты работы докладывались и обсуждались наследующих конференциях и семинарах: всероссийской конференциимолодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России», МГТУим. Н.Э. Баумана (Москва, 2013, 2014 гг.); computing and control in waterindustry 2013, Перуджинский университет (Италия, 2013 г.); water distributionsystem analysis 2014, политехнический университет г.
Бари (Италия, 2014 г.);XХ международная научно-техническая конференция МЭИ (Москва,2014 г.); XLIV конференция-конкурс научной молодежи «Системныеисследования в энергетике» ИСЭМ СО РАН (Иркутск, 2014 г.);международная конференция «Ломоносов», МГУ им. М.В.Ломоносова(Москва, 2014 г.); IХ международная научно-практическая конференция«Компьютерные технологии решения прикладных задач тепломассообмена и2прочности STAR-Russia-2014» (Нижний Новгород, 2014 г.); научныесеминары кафедры «Вакуумная и компрессорная техника», МГТУ им.Баумана (Москва, 2013, 2014 гг.).Личный вклад автора заключается в собственной разработке методарасчета; разработке алгоритма расчета и его соответствующей программнойреализации;тестированииразработанногометода;разработкеэкспериментального стенда и методики проведения экспериментальныхисследований;проведениитеоретическихиэкспериментальныхисследований; обработке и анализе результатов исследований; разработке иприменении практических рекомендаций.Публикации.
Основные результаты работы опубликованы в 15 научныхработах, в том числе 8 статей в реферируемых журналах ВАК.Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав,выводов и списка литературы. Работа изложена на 144 страницах, включая 38иллюстраций, 21 таблицу. Библиография насчитывает 141 наименование.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении дана общая характеристика работы, обоснованаактуальность темы диссертации, определены объект и предмет исследования,сформулированы цель и задачи исследования, выделены научная новизна ипрактическая ценность работы.В первой главе приведен анализ проблем, возникающих прииспользовании различных известных методов расчета разветвленныхпневматических систем для проектирования новых и совершенствованияразработанных конструкций.Вопросам проектирования, создания алгоритмов и реализациипрограммных комплексов, основанных на использовании фундаментальныхзаконов сохранения и предназначенных для расчета разветвленных систем сцелью повышения их вычислительной устойчивости посвящены работыГ.
Кирхгофа, М.М. Андрияшева, В.Г. Лобачева, Х. Кросса, В.Я. Хасилева,А.П. Меренкова, И.А. Чарного, Б.М. Кагановича, Н.М. Зингера, Э. Тодини,Н.Н. Новицкого, О. Густолизи, Л. Россмана, Д. Савича, З. Копелана и других.На основании анализа известных методов расчета выявленыпреимущества и недостатки современных методов, сформулированаактуальность создания нового метода расчета.Проведенный литературный обзор позволил поставить цель исформулировать задачи исследования.Вторая глава посвящена разработке математической модели длярасчетаразветвленныхпневматическихсистем.Предлагаемаяматематическая модель построена на базе строгого соблюденияфундаментальных законов сохранения массы, количества движения иэнергии в стационарной постановке.При записи математической модели принимались следующиедопущения: газ считается совершенным и удовлетворяет уравнениюсостояния; газ представляет собой «ньютоновскую» среду; динамическийкоэффициент вязкости является функцией только абсолютной температуры;3коэффициенты теплоемкости не зависят от абсолютной температуры газа иявляются физическими константами газа; коэффициент теплопроводностигаза пропорционален динамическому коэффициенту вязкости газа.Таким образом, в общем виде имеем систему уравненийнеразрывности, движения и энергии соответственно, описывающуюдинамику вязкого газа:(1)+ = 02(2)= − + + 2()3 2=+ 2 2 − ∙ 2 + (3) 3где – плотность движущейся среды, кг/м3; – вектор поля скорости, м/с; – плотность распределения объемных сил, Н/кг; – тензор скоростейдеформаций, с-1; – динамическая вязкость, Па·с; – энтальпия, Дж/кг; –коэффициент теплопроводности, Вт/м·К; – коэффициент теплоемкостисреды при постоянном давлении, Дж/кг·К.Для расчета разветвленных ПС применен метод контрольногообъема (МКО), подробно описанный в работах С.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
