Автореферат (1090927), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Общие требования»;- возвратить в гальваническое производство до 100 % очищеннойсточной воды.- исключить сброс в канализацию неочищенных стоков.Анализсостояниясуществующихочистныхсооруженийприборостроительных и радиоэлектронных предприятий, сосредоточенных вкрупных муниципальных образованиях показал:- большинство очистных сооружений несовершенны; только частьпредприятияхрадиоэлектроникииприборостроенияиспользуютсовременные методы очистки сточных вод;- метод ионного обмена и мембранные технологии для доочисткисточных вод предприятий приборостроения наиболее предпочтительны напредприятиях для очистки СВ и получения воды для повторногоиспользования.- для использования воды особо чистой, потребителями которойявляетсярадиотехническая,электротехническаяиэлектроннаяпромышленности, возможно применение поступающей воды, прошедшейдоочистку на предприятиях, с использованием методов сорбции,гиперфильтрации или лазерно-магнитных технологий.Во второй главе рассмотрен метод вычислительного инженерногоанализа гидродинамических систем применительно с очистному9оборудованию радиоэлектронных производств.На основании анализа эксплуатации водоочистных систем и оценкиэффективности работы существующих сооружений, а также по результатаммногочисленных практических опытов был предложен алгоритм оценкинадёжности конструкции, выбора оптимального режима работы и, какследствие, повышения эффективности всей системы водоочистки.Применениевычислительнойгидродинамики(совокупностьтеоретических, экспериментальных и численных методов, предназначенныхдля моделирования течения жидкостей) позволяет с высокой точностьюмоделировать различные задачи, которые могут возникать при эксплуатацииоборудования.
Это позволяет избежать аварийных ситуаций при работе стоксичными загрязненными отходами, повышает безопасность персонала.Метод представлен на рисунке 3.Использование метода вычислительного инженерного анализагидродинамических систем благодаря своей точности, надёжности искорости предоставляет широкие возможности настройки и автоматизациипроцесса моделирования. Это позволяет сократить время проектирования,как следствие снизить себестоимость, при этом получая высокое качество инадёжность.10Рисунок 3 - Структурная схема методаОсновополагающим принципом создания единого информационногопространства является принцип единственности описания объекта в базеданных.
Решение различных прикладных задач, требующих различнойстепени детализации данных (расчетное обоснование конструкции,конструкторско-технологическая подготовка производства, выпуск чертежейи спецификаций) осуществляется не дублированием данных, а созданиемразличных сценариев использования базовой конструкторской модели. Такаятехнология работы позволяет сократить время разработки изделий различнойсложности, обеспечить актуальность и достоверность информации,передаваемой в различные прикладные приложения, и, в итоге, избежатьошибочных решений при проектировании.Расчетный анализ и обоснование конструкции — один из этаповтехнологии сквозного создания изделий с использованием компьютерныхинформационных систем.В основе метода лежат современные устойчивые решатели такие как,pressure-based (CFX), pressure-basedcoupled (Fluent), fully-segregated pressurebased и два density-based решателя (так же Fluent), позволяющие получатьустойчивое и точное решение для сжимаемых и несжимаемых потоков, привысоких и низких числах Маха и Рейнольдса.Решатели ANSYS CFD прекрасно масштабируются, параллельныйрасчет возможен на всех типах платформ Windows и Linux.В третьей главе подробно рассматривается предложенный метод.Приводитсяобоснованиенеобходимостииспользованияметодовкомпьютерного моделирования и инженерного анализа при проектированиии оценке работы очистных систем.Для анализа гидрогазодинамических устройств используются методконечных разностей (МКР), основы которого были заложены еще допоявления быстродействующих ЭВМ; метод конечных объемов (МКО).Сформировалось отдельное направление, связанное с приложением к задачамдинамики жидкости и газа - метод конечных элементов (МКЭ), созданныйизначально для решения проблем механики деформируемого твердого тела.Лидирующее положение МКО по отношению к другим способамдискретизации уравнений гидрогазодинамики подтверждается тенденциямисовременного рынка программного обеспечения.
Достаточно заметить, чтоМКО используется в таких всемирно известных гидродинамических пакетах,как FLUENT, CFX, STAR–CD, FINE (NUMECA), CFD–ACE и др., причемпервые версии всех этих пакетов базировались на использовании блочноструктурированных сеток, и лишь по мере накопления опыта и финансовоймощи компании-разработчики перешли (а некоторые только переходят) к11использованию неструктурированных сеток.
Применение МКЭ длямоделирования течений жидкости естественным образом возникло вгидродинамических приложениях к разветвленным конечно-элементнымпрограммам, разработанным для упруго-термомеханического анализаконструкций; среди наиболее известных можно назвать ANSYS Flotran иCOSMOS FloWorks. Однако и в этой области заметен интерес разработчиковк МКО, как более гибкому и технологичному способу дискретизации задачгидрогазодинамики; в этой связи симптоматичен выход в 2002 г.
первойверсии нового пакета STAR–Works, объединившего последние достижениягидродинамического пакета STAR–CD и системы проектирования SolidWorks.Основные положения МКО удобно излагать, рассматривая«стандартное» уравнение баланса некой величины φ в контрольном объемеΩ, ограниченном поверхностью S = ΣS k с внешней нормалью n :∮ΩΩ + ∑ ∫ �⃗ . ⃗ = ∮Ω Ω�⃗ − ∇⃗ = .(1)Здесь q– вектор плотности потока величины φ, включающийконвективную и диффузионную составляющие;Q – плотность распределения объемных источников;V– вектор скорости;ρ – плотность среды;α – коэффициент диффузии.В качестве φ может фигурировать, например, внутренняя энергиятекущейсреды,концентрацияпримеси,кинетическаяэнергиятурбулентности и т.д. В пределе, при стягивании объема в точку, можно наосновании формулы Остроградского-Гаусса переписать это уравнение вдифференциальной форме: ∂ρφ ∂t + ∇⋅ q = Q.
Отметим, что последняя, в силуболее частого использования в литературе, иногда считается первичной, аинтегральная формулировка закона сохранения (1) «выводится» издифференциальной путем интегрирования по объему.СогласноМКОпространственнаядискретизациязадачиосуществляется путем разбиения расчетной области на небольшиесоприкасающиеся объемы, для каждого из которых записывается балансовоесоотношение (1).
Внутри каждого контрольного объема находится одна (итолько одна) точка «привязки» искомого сеточного решения. В большинстверазработок, ориентированных на решение трехмерных задач для областейсложной геометрии, в качестве контрольного объема используются ячейкирасчетной сетки: узлы сетки располагаются в вершинах многогранника (дляструктурированных сеток –гексаэдра), сеточные линии идут вдоль его ребер,а значения искомых величин приписываются геометрическому центруячейки. Альтернативные варианты (например, построение контрольногообъема вокруг узла сетки или введение различных контрольных объемов дляразных переменных) встречаются реже.12Для получения дискретного аналога балансового уравнения ввыбранной ячейке необходимо вычислить интегралы, входящие в (1),используя какие-либо квадратурные формулы. При этом крайне важно,чтобы для соприкасающихся ячеек поверхностный интеграл по их общейграни Sk вычислялся идентично.
Последнее требование, легко реализуемоепри составлении компьютерной программы, обеспечивает консервативностьчисленной схемы, т.е. точное (в рамках принятого способа вычисленияинтегралов) соблюдение баланса φ согласно уравнению (1) для всей областитечения. Это свойство МКО выгодно отличает его от МКР и МКЭ, в которыхреализация строгой консервативности схемы является скорее исключением,чем правилом.Способ аппроксимации интегралов влияет на такие важные свойствачисленной схемы, как точность, устойчивость, монотонность и др.Рассмотрим наиболее популярные варианты аппроксимации, ориентируясь,главным образом, на структурированные сетки и используя принятую в такихслучаях «географическую» систему обозначений (см.
рис.4): центр текущегоконтрольного объема (i,j,k) помечается как P (pole), центрысоприкасающихся с ним объемов – как E (east; i+1,j,k), N (north; i,j+1,k), W(west; i–1,j,k) и т.д., центры их общих граней – соответствующими строчнымибуквами (e, n, w…). Поскольку для всех граней ячейки поверхностныеинтегралы в уравнении (1) вычисляются по одним и тем же правилам,рассмотрим для примера лишь «восточную» грань Se.Самые простые и широко используемые в МКО квадратурныеформулы второго порядка точности непосредственно следуют из теоремы осреднем значении.(2)∫ �⃗ . ⃗ ≈ ∮Ω Ω , ∮Ω Ω ≈ Ω .Здесь Se – условный вектор площади грани, вычисляемый каквекторное произведение ее диагоналей;q– вектор плотности потока φ в центре грани.13Рисунок 4 - Структурированная сетка контрольных объемов с «привязкой»переменных к центру ячеекЕсли значение q вычислено со вторым порядком точности, то формулы(2) обеспечивают второй порядок аппроксимации уравнения (1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
