Диссертация (1090928), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Это и материалы, используемыедля создания конструкции, и элементы крепления, что очень важно, потому чтосистемы сточных вод работают в условиях агрессивной химической среды. Ивозможность просчитать, как будет вести себя оборудование при изменениитемператур и давлений внутри конструкции. Всё это позволяет ещё до стадиипроизводстваэксплуатации,создатьвысокотехнологичныедолговечныепроизводительности.посрокуконструкции,службыинадёжныеэффективныевпо46Применение вычислительной гидродинамики (совокупность теоретических,экспериментальных и численных методов, предназначенных для моделированиятечения жидкостей) позволяет с высокой точностью моделировать различныезадачи, которые могут возникать при эксплуатации оборудования.
Это позволяетизбежать аварийных ситуаций при работе с токсичными загрязненными отходами,повышает безопасность персонала.Использованиеметодавычислительногоинженерногоанализагидродинамических систем благодаря своей точности, надёжности и скоростипредоставляет широкие возможности настройки и автоматизации процессамоделирования. Это позволяет сократить время проектирования, как следствиеснизить себестоимость, при этом получая высокое качество и надёжность.Основополагающимпринципомсозданияединогоинформационногопространства является принцип единственности описания объекта в базе данных.Решение различных прикладных задач, требующих различной степенидетализации данных (расчетное обоснование конструкции, конструкторскотехнологическая подготовка производства, выпуск чертежей и спецификаций)осуществляется не дублированием данных, а созданием различных сценариевиспользования базовой конструкторской модели.Такая технология работыпозволяет сократить время разработки изделий различной сложности, обеспечитьактуальностьидостоверностьинформации,передаваемойвразличныеприкладные приложения, и, в итоге, избежать ошибочных решенийприпроектировании.Расчетный анализ и обоснование конструкции — один из этапов технологиисквозного создания изделий с использованием компьютерных информационныхсистем.Выявлениеопределяющихфакторов,влияющихнахарактеристикиочистных систем и поиск путей по оптимизации условий работы отдельных47узлов оборудования требует проведения многочисленных экспериментов иих оперативной обработки, по результатам которой корректируется программаиспытаний и изменяется конструкция модели.
Как показывает опыт, необходимойгибкости при проведении испытаний натурной модели по объективным причинамдостичь не удаётся. По опыту, испытания часто недостаточно информативны, арезультаты бывают противоречивы.Предложенныйметодпозволяетвыполнитьобоснованиересурсаоборудования на базе результатов расчетного исследования температурногорежима наиболее нагруженных узлов с применением 3D гидродинамическихкодов, например, включая верификацию место предусмотренных ранее испытанийнатурной модели.
В частности, работы по изготовлению натурной модели и ееиспытания отличаются высокой стоимостью и требуют значительных затратвремени.Подтверждена высокая эффективность применения метода для решенияразличныхзадач,возникающихприпроектированиииэксплуатацииоборудования.Выполнено большое количество верификационных расчетов для анализасопряженныхзадачгидродинамики,тепломассобменаитемпературногосостояния конструкций в стационарных и нестационарных режимах на базерезультатов выполненных ранее экспериментов.Одной из важнейших задач являются расчеты взаимодействия потокажидкости c конструкцией.Необходимо решать подобные задачи и создаватьизделия, в полной мере удовлетворяющие запросам заказчика.
Примером такойтехнологии является технология решения много дисциплинарных задач (FluidStructure-Interaction,деформированноеFSI),состояниекоторая(НДС)позволяетконструкцииопределятьнанапряжённоосновенагрузок,возникающих при обтекании тела потоком жидкости. Пример подобной задачи48приведён в практической части работы в подразделе «Расчёт динамическогомиксера».Ввод данных об устройствеСоздание 3D модели устройства(SolidWbrksjМоделирования течения жидкостей игазов в устройстве(Flou' simulation}Анализ характеристик устройстваУдовлетворяет критериям качестваи надежностинетИзменение параметров ЗОмоделиОкончание процессаустронстваРис.
4 Метод повышения эффективности систем водоочистки2.2База для создания методаВ основе метода лежат современные устойчивые решатели такие как,pressure-based (CFX), pressure-basedcoupled (Fluent), fully-segregated pressure-basedи два density-based решателя (так же Fluent), позволяющие получать устойчивое иточное решение для сжимаемых и несжимаемых потоков, при высоких и низ-кихчислах Маха и Рейнольдса.49Решатели ANSYS CFD прекрасно масштабируются, параллельный расчетвозможен на всех типах платформ Windows и Linux.Турбулентные потоки являются наиболее часто встречающейся и, вместе стем, наиболее сложной формой движения жидкостей и газов.
Турбулентностьпредставляет собой чрезвычайно сложный объект для исследования, посколькуявляется системой с очень большим количеством степеней свободы и обычнохарактеризуется широкополосным набором различных компонент движения ивнутренних сил, среди которых существенную роль играют мелкомасштабные ивысокочастотные составляющие.Применяемые решатели содержат в себе широкий спектр разнообразныхмоделейтурбулентности—этоипроверенныевременемRANS-модели(осреднение по Рейнольдсу), и современные методы крупных и отсоединённыхвихрей LES и DES, соответственно.Спектр настроек моделей турбулентности и открытость для глубокихизменений позволяют моделировать разнообразные эффекты турбулентности длялюбых условий течения жидкости.Большинство технических систем включают процессы теплопереноса в ходесвоегофункционирования.Тепловыепроцессынапрямуюсвязанысраспределением температурного поля, они сопровождают химические реакции,связанные с выделением или поглощением тепла.
При высоких скоростях потокатепловыепроцессынеразрывносвязанысгидродинамическимихарактеристиками. Они также являются неотъемлемым элементом процессовперехода веществ из одного агрегатного состояния в другое (фазовых переходов).Такое вовлечение процессов теплопереноса в широких спектр техническихприложений определяет особые требования, предъявляемые к современнымсистемам инженерного анализа для моделирования этих процессов.50Во-первых,этовозможностьучетавсехтрехосновныхтиповтеплопереноса: теплопроводности (как в текучей среде, так и в твердых телах),конвекции(свободнойивынужденной)Соответственно,подходыкмоделированию должны предусматривать возможности учета этих физическихмеханизмов.Во-вторых,необходимыразвитыеиглубокиеподходыописаниятурбулентных характеристик потока вблизи границы между потоком и твердымтелом, если они обмениваются теплом, поскольку турбулентность оказываетопределяющее влияние на процесс теплоотдачи.Так же должны быть предусмотрены модели фазовых переходов и учеттепловых эффектов при протекании этих физических явлений.Одним из достоинств метода является возможность самостоятельно задатьнекоторые теоретические или экспериментальные зависимости, и дополнить имивычислительную модель.Средства пользовательского программирования также позволяют описатьскалярнуюфизическуюпроизводстваивеличинудиссипации,иаопределитьтакжеосновныевзаимодействиемеханизмысеедругимигидродинамическими и тепловыми переменными.
Тогда относительно этойвеличины возможно решение отдельного дифференциального уравнения переноса,описывающего физическое явление, которое не моделируется стандартнымивозможностями.Многофазные течения встречаются во многих отраслях промышленности.Под многофазным обычно подразумевается совместное течение двух и более сред,находящихся в разном агрегатном состоянии.Многофазные течения отличаются гораздо более сложной физикой, чемоднофазные. Даже для такого простого течения, как течение в круглой трубе,возможны существенно разные режимы двухфазного течения: пузырьковый,51снарядный,пенный,капельно-кольцевой,капельный.Приэтомоднойуниверсальной модели, позволяющей моделировать все возможные режимы, несуществует.
Более того, для моделирования разных режимов иногда применяютсясовершенно разные подходы к моделированию.В зависимости от подхода к моделированию модели многофазных теченийразделяются на два основных класса: Лагранжевы и Эйлеровы модели. В основеЛагранжева подхода лежит рассмотрение движение отдельных частиц (или группчастиц) вторичной дисперснойфазы.В основе Эйлерова подхода лежитрассмотрение изменений параметров течения (скоростей, давлений, температур) вточках пространства. Для многофазных течений при этом вводится понятиеобъемной доли фазы еще одного дополнительного параметра течения. В рамкахЭйлерова подхода все фазы рассматриваются как сплошные, независимо от ихреальнойморфологии.Существуют такжегибридныемодели,в которыхчередуются Лагранжев и Эйлеров (усреднение по пространству и переход отреального распределения частиц к объемной доле) шаги.Для правильного выбора модели необходимо знать, как минимум класстечения: стратифицированный, т.
е. с протяженной границей раздела фаз, илидисперсный, т. е. когда вторичная фаза присутствует в виде отдельных мелкихэлементов.Моделирование смешанных режимов и перехода от одного режима кдругому в принципе возможно, если оба режима поддерживаются выбранноймоделью. В случае дисперсного режима также необходимо знать:плотность дисперсной фазы (т.е. ожидаемые локальные значения объемнойдоли);характерный размер ее элемента (капли, пузырька или зерна).Предоставление количественной информации является важнейшей частьюокончаниярасчётов.Благодарявстроеннымвозможностямпостпроцессора52используемых программ может оперативно получить любую необходимуюколичественную информацию: средневзвешенные данные, массовый расход, силы,максимальные/минимальные значения и множество других возможностей.
Такжесуществуют возможности отображения табличных данных, построения графиков,создания автоматических отчетов, а также использования специализированныхинструментов для анализа.Возможно, анализировать одновременно несколько расчетов, т. е. выполнятьсравнительный анализ результатов моделирования. Результаты FSI-расчета такжемогут сравниваться одновременно, с синхронизацией шага по времени длянестационарных расчетов.Отчеты автоматически обновляются с новыми результатами расчета.Итоговый отчет может быть преобразован в формат HTML.Благодаря использованию анимации, полученные CFD-результаты выглядятболее динамичными и презентабельными.53ГЛАВА. 3 ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯМЕТОДОВ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИНЖЕНЕРНОГОАНАЛИЗА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И ОЦЕНКЕ ДАЛЬНЕЙШЕЙРАБОТЫ ОЧИСТНЫХ СИСТЕМ3.1Использование методов конечных элементов, конечных объёмов итеории подобия при инженерном анализе гидродинамических системВесьма и весьма динамичная история практического применения методоввычислительной гидрогазодинамики насчитывает всего полвека.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
