Автореферат (1090927), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Понижениеточности вычисления q немедленно сказывается на порядке точностичисленной схемы в целом. Для обеспечения же порядка аппроксимациистрого выше второго потребовалось бы не только улучшить точностьвычисления q но и использовать вместо (2) более точные квадратурныеформулы, учитывающие изменение q вдоль поверхности (то же относится и квычислению интегралов по объему). Это сопряжено как со значительнымусложнением вычислений, так и с расширением шаблона аппроксимации,вследствие чего схемы повышенного порядка точности не находят широкогопрактического применения. Иными словами, в рамках МКО, в отличие отМКР, весьма затруднительно построить численную схему с порядкомточности строго выше второго, что, впрочем, и не требуется для большинствапрактических приложений.Используемые автором программы Ansys и SolidWorks создают гибкиеи удобные системы численного моделирования для широкого круга отраслейпроизводства, что позволяет различным компаниям выполнять полноценныйанализ своих проектных разработок и тем самым добиваться максимальнойэффективности затрат на вычислительную технику и программные средства.Средства численного моделирования и анализа удобны дляпользователя, совместимы с другими пакетами, работают на различныхплатформах и позволяют решать связанные задачи механики и физики.Все типы расчетов, выполняемые программами ANSYS и SolidWorks,основаны на классических инженерных представлениях и концепциях.
Припомощи надежных численных методов эти концепции могут бытьсформулированы в виде матричных уравнений, которые наиболее пригодныдля конечно-элементных приложений.Совокупность дискретных областей (элементов), связанных междусобой в конечном числе точек (узлов), представляет собой математическуюмодель системы, поведение которой нужно анализировать. Основныминеизвестными являются степени свободы узлов конечно-элементной модели.К степеням свободы относятся перемещения, повороты, температуры,давления, скорости, потенциалы электрических или магнитных полей; ихконкретное содержание определяется типом элемента, который связан сданным узлом.
В соответствии со степенями свободы для каждого элементамодели формируются матрицы масс, жесткости (или теплопроводности) исопротивления (или удельной теплоемкости). Эти матрицы приводят ксистемам совместных уравнений, которые обрабатываются так называемыми«решателями».14Учет сложного взаимодействия «жидкость-конструкция» требуется примоделировании целого ряда задач.Сложность совместной постановки прочностной и гидродинамическойзадачи заключается в различии расчетных областей и подходов кдискретизации уравненийВчетвертойглаверассмотреныпрактическиевариантымоделирования устройств.В данной работе в качестве средства моделирования рассматриваетсяприкладной программный пакет SolidWorks и в частности его модуль длямоделирования течения жидкостей и газов – Flow simulation.
Flow simulationпрограммное обеспечение, полностью интегрированное в SolidWorks длярасчёта жидкостных и газовых потоков внутри и снаружи модели SolidWorks,а также рассчитывающее теплопередачу от, к и между этими моделямиконвекцией, излучением и теплопроводностью с помощью технологийвычислительной гидрогазодинамики (CFD).Flow simulation моделирует движение потока, на основе решенияуравнения Навье-стокса, которое является интерпретацией законовсохранения массы, импульса и энергии для потока жидкости. Под жидкостьюздесь понимается и газ и жидкость, в виду отсутствия в русском языкеаналога слову fluid.
Уравнения дополнены выражениями состоянияжидкости, которые определяют природу жидкости и эмпирическимизависимостями плотности, вязкости и теплопроводности жидкости оттемпературы. Несжимаемые неньютоновские жидкости рассматриваются позависимости их динамической вязкости от скорости деформации сдвига итемпературы, а сжимаемые жидкости рассматриваются по зависимости ихплотности от давления. Ещё одна часть уравнений отвечает за геометриюпотока, граничные и начальные условия.Для выполнения расчётного анализа с помощью Flow Simulationнеобходимо:1.
Создать твердотельную модель в SolidWorks.2. Создать проект исследования.3. Задать граничные условия моделирования.4. Задать цели проекта.5. Запустить и провести расчёт.6. Просмотреть и проанализировать результаты, определить точностьполученного решения.Анализ работы мембранного фильтраСоздаём точную модель фильтра «Ручеёк» (производства ПО БМТ г.Владимир), полностью соответствующую оригиналу в программе SolidWorks(рис.5). Зададим режим работы, граничные условия исследования, ирассмотрим концентрации распределения токсичных примесей в различныхчастях рабочей зоны фильтра.15На рисунке 5 изображена массовая концентрация примеси сульфатанатрия Na 2 SO 4 .
Максимальное значение концентрации составляет 0,015мг/л.Остальное вода.На рисунке 6 представлена концентрация ортофосфорной кислотыH 3 PO 4 . Её максимальная концентрация 0,1мг/л от всего расхода. Наскриншоте показано значение 0,0556 мг/л. Что соответствует значениюшкалы эпюры.На рисунке 7 показан скриншот с концентрацией карбоната натрияNa 2 CO 3 . Её максимальная концентрация составляет 0,2 мг/лРисунок 5 – Модель фильтра16Рисунок 6 - Массовая концентрация примеси сульфата натрия Na 2 SO 4Рисунок 7 - Распределение ортофосфорной кислоты H 3 PO 417Рисунок 8 - Распределение карбоната натрия Na 2 CO 3По результатам моделирования ясно, что самые большие концентрациитоксичных веществ собираются в верхних отделах рабочей зоны фильтра.
Навыходе получаем воду, соответствующую нормам очистки.Было проведено 120 исследований зависимостей качества фильтрацииот размера пор фильтрующей мембраны, её структуры, размеровзагрязняющих частиц. Сделан вывод, что наилучшими фильтрующимисвойствами обладают фильтры с гофрированной структурой фильтрующегоэлемента и её мелкопористой структурой. Так же теоретические расчётырейтинга фильтрации полностью соответствуют техническим параметрампроизводимых фильтров и составляют 5-200 мкм. На слайде вы видите всегонесколько скриншотов из 120 опытов.
В полном объёме они представлены вприложении к диссертации.18Рисунок 9 – Зависимость качества фильтрации от размера пор фильтрующеймембраны, ее структуры и размеров загрязняющих частицВыбор режимов работы динамического миксера. Расчёт прочностиоборудования.На рисунке 10 показан динамический миксер, который используют напредприятиях в очистных комплексах.
Его также производит БМТ г.Владимир.Построим 3D модель (рис.11) в программе SolidWorks, и там жепроведём её исследование на прочность конструкции.Модель создана в точном соответствии с конкретным образом.Зададим критический режим работы в качестве граничных условийисследования (рис.12).Зоны, особенно подверженные сильным нагрузкам в рабочем режиме,окрашены в красный цвет. Таким образом, меняя режим в сторонууменьшения нагрузок на рабочую часть миксера, мы можем подобратьоптимальный режим. В этом случае при исследовании на прочность лопастибудут окрашены в синий цвет.19Рисунок 10 - Динамический миксер, производства «БМТ» г.
ВладимирРисунок 11 – Модель динамического миксераВ программе Solid works мы можем визуализировать установившийсятурбулентный режим перемешивания жидкости в аппарате с миксером. Приматематическоммоделированиигидродинамическихпроцессов,происходящих при использовании перемешивающего миксера, используется20теория подобия.
Два процесса подобны, если описываются тождественнымиуравнениями с тождественными граничными условиями и протекают вгеометрически подобной обстановке. Зная условия подобия, можноисследовать модельный аппарат, машину, а потом перенести результатыиспытаний на реальный проектируемый объект.Рисунок 12 Исследование миксера на прочность.
Шкала деформацииПроведём исследование динамического миксера на прочность.В программе Flow simulation зададим конечные условия для решениязадачи:Тип задачи - внутренняя;Общее время задачи – 2 сек;Временной шаг выдачи результатов – 0.01 сек;Текучая среда проекта – вода плюс примеси;Температура 20 оС;Материал - нержавеющая сталь AISI 321;Скорость вращения 200 оборотов в минутуПолучаем картину исследования динамического миксера на прочностьконструкции.
Синим цветом выделены области наиболее устойчивые кмеханическому разрушению. Красным цветом выделены наиболеекритичные области. Все области отчётливо показаны на шкале деформации.21Инженерныйанализработыстатическогомиксера.Моделирование смесительного элемента.В программе SolidWorks построим отдельные детали исследуемогостатического миксера в полном соответствии с промышленным образцом.Статические смесители предназначены для быстрого перемешивания потокав трубопроводе при введении в воду или другую жидкость различныхреагентов.
Эффективность работы смесителя определяется высокойгеометрической точностью изготовления смесительных элементов, дляизготовления которых используются самые современные лазерныетехнологии. Качество перемешивания зависит от количества секцийсмесительного элемента.Выполним сборку модели. На рисунке 13 показана сборка элементовстатического миксера.Рисунок 13 Сборка статического миксера в Solid worksПо результатам моделирования было разработано несколько видовгеометрии смесительных элементов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
