Математическо моделиране на вентилацията на растенията. Съвременни проблеми на науката и образованието Математически модел на фината вентилация

Документът обсъжда процесите на вентилационното моделиране и разпръскване на емисиите му в атмосферата. Моделирането се основава на решаването на системата на Navier-Stokes, законите за запазване на масата, импулс, топлина. Разглеждат се различни аспекти на цифровия разтвор на тези уравнения. Предлага се система от уравнения, която ви позволява да изчислите стойността на фона коефициента на турбулентност. За сближаването на хипокоо, беше предложено решение във връзка с уравненията на позицията на перфектния реален газ и пара, дадени в изделието от уравненията на хидрогазодинамиката. Това уравнение е модификация на уравнението на Ван дер Ваалс и по-точно отчита размера на газовите или пара молекулите и тяхното взаимодействие. Въз основа на условията на термодинамичната стабилност се получава връзка, което дава възможност за изключване на физически невъзможни корени в решаването на уравнението по отношение на обема. Извършват се анализ на добре познатите изчислени модели и изчислителни хидрогазодинамични пакети.

моделиране

вентилация

турбулентност

уравненията на тепломасоперено

уравнение на състоянието

реален газ.

разсейване

1. Berlind M. E. Съвременни проблеми Атмосферна дифузия и замърсяване на атмосферата. - L.: HYDROMETEOISDAT, 1975. - 448 p.

2. Belyeev N. N. Моделиране на процеса на дисперсия на токсичния газ в рамките на строителни условия // Диета за бюлетин. - 2009 г. - № 26 - стр. 83-85.

3. Byzov N. L. Експериментални проучвания за атмосферна дифузия и изчисления на разсейването на примеси / N. L. Byzov, E. K. Garger, V. N. Ivanov. - л.: Hydrometeoizdat, 1985. - 351 p.

4. Datsyuk T. A. Моделиране на диспергирането на вентилационните емисии. - Санкт Петербург: Сббзс, 2000. - 210 с.

5. Наименование на алгоритми за когнитивни графики и методи на математически анализ за изучаване на термодинамичните свойства на изобутан R660A на линията на насищане: Грант No. 2C / 10: Доклад за NIR (заключение.) / Govpo SPBGAS; Ръце. Gorokhov v.l., iz.: Sauts A.V.- SPB, 2011.- 30 в.: Il.- Bibliogr.: С. 30.- NU GR 01201067977. -V. №02201158567.

Въведение

При проектирането на производствени комплекси и уникални предмети, въпроси, свързани с гарантиране на качеството на въздуха и нормализираните параметри на микроклимата, трябва да бъдат изчерпателно обосновани. Като се има предвид високата цена на производството, монтажа и експлоатацията на вентилационни и климатични системи, повишени изисквания за инженерни изчисления. За избор на рационален дизайнерски решения В областта на вентилацията е необходимо да може да се анализира ситуацията като цяло, т.е. Прегледайте пространствената връзка на динамичните процеси, които се срещат на закрито и атмосфера. Оценява ефективността на вентилацията, която зависи не само от количеството на въздуха, доставено в помещението, но и от приетото разпределение и концентрация на въздуха вредни вещества Във външния въздух на мястото на въздушния прием.

Целта на статията - използването на аналитични зависимости, чрез които се извършват изчисленията на броя на вредното разтоварване, определят размера на каналите, въздухопроводите, мините и избора на метод за обработка на въздуха и др. В този случай е препоръчително да използвате софтуерния продукт "поток" с модула "VSV". За да подготвите изходните данни, е необходимо за наличието на схеми на проектирани вентилационни системи, показващи дължините на парцелите и разходите за въздух в крайните области. Входните данни за изчисляване са описание на вентилационните системи и изискванията за него. Използване на математическо моделиране се решават следните въпроси:

изборът на оптимални опции за хранене и премахване на въздуха;
разпределение на микроклиматични параметри по отношение на помещенията;
оценка на аеродинамичния режим на развитие;
избор на места за всмукване на въздух и отстраняване на въздуха.

Полето на скоростта, налягането, температурата, концентрациите в помещението и атмосферата се образуват под действието на множество фактори, чиято комбинация е доста трудно да се обмисли в инженерни методи, без да се прилагат компютрите.

Използването на математическо моделиране в вентилационните задачи и аеродинамиката се основава на решаването на системата за уравнение на Stokes.

За симулиране на турбулентни потоци е необходимо да се реши система за уравнения на масовата консервация и Рейнолдс (импулс):

(2)

където t. - време, Х.= X I. , Й. , К. - пространствени координати, улавяне=u I. , Й. , К. - векторни компоненти на скоростта r. - Пиезометрично налягане, ρ - плътност, τ IJ. - компоненти на стресовия тензор, s M. - Източник на маса, s I. - компоненти на изходния пулс.

Стресният тензор се изразява във формата:

(3)

където s IJ. - напрежение на скоростта; Δ. IJ. - Тензор на допълнителни напрежения, възникнали поради наличието на турбулентност.

За информация относно температурните полета T.и концентрация от Вредните вещества се допълват от следните уравнения: \\ t

уравнението на поддържането на количеството топлина

уравнение на примесите от

(5)

където ° С. R. - коефициент на топлинна мощност, λ е коефициентът на топлопроводимост, \\ t к.= к I. , Й. , К. - коефициент на турбулентност.

Основен коефициент на турбулентност к. Основите се определят с помощта на уравнението:

(6)

където к. Е. - коефициентът на турбулентност, к. F \u003d 1-15 m 2 / s; ε \u003d 0.1-04;

Коефициентите на турбулентност се определят с помощта на уравнения:

(7)

В отворена зона при ниска разсейване, стойността к. Z се определя от уравнение:

k K. = к. 0 z. /z. 0 ; (8)

където к. 0 - Стойност k K. на високо z. 0 (к. 0 \u003d 0.1 m 2 / s z. 0 \u003d 2 m).

В отворената зона профилът на вятъра не се деформира, т.е.

При неизвестна стратификация на атмосферата в отворената зона може да се определи профилът на вятъра:

; (9)

където z 0 е настроената височина (височина на времето); улавяне 0 - скорост на вятъра на височина z. 0 ; Б. = 0,15.

Подлежи на условие (10) на местния критерий на Ричардсън Ri. Определено като:

(11)

Разграничаване на уравнението (9), изравнява уравнения (7) и (8), изразяват от там к. Баз

(12)

Приравняваме уравнение (12) със системни уравнения (6). В резултатния равенство заменим (11) и (9), в крайна сметка получаваме системата на уравнения: \\ t

(13)

Във формата се появява пулсационният елемент след идеите на Boussineca:

(14)

където μ. T. - турбулентен вискозитет и допълнителни членове в уравненията за трансфер на енергия и компонентите на примесите се симулират, както следва:

(15)

(16)

Затварянето на системата на уравненията възниква с една от турбулентните модели, описани по-долу.

За турбулентни потоци, изследвани в вентилационна практика, е препоръчително да се използва бузен хипотеза за малките промени на плътността, или така наречената "хипоку" сближаване. Рейнолдс напрежения се считат за пропорционални на процентите на деформации. Въвежда се бурен коефициент на вискозитет, тази концепция се изразява като:

. (17)

Ефективният коефициент на вискозитет се изчислява като сума от молекулярни и бурните коефициенти:

(18)

Приблизиването "Hypocoo" предполага решение във връзка с горното уравнение уравнения на положението на идеалния газ по-горе:

ρ = пс./(RT) (19)

където пс. - налягане Б. околен свят; R. - Газова постоянна.

За по-точни изчисления плътността на примесите може да се определи, като се използва модифициран уравнение на ван дер праса за реални газове и изпарения

(20)

където константи Н. и М. - вземат предвид асоциацията / дисоциацията на газови или пара молекули; но - отчита друго взаимодействие; б." - като се вземат предвид размера на газовите молекули; υ \u003d 1 / ρ.

Подчертаване на натиск от уравнение (12) r. И диференциране на то обем (отчитане на термодинамичната стабилност) ще бъде следното съотношение:

. (21)

Този подход може значително да намали времето на изчисленията в сравнение с случаите на използване на пълни уравнения за газ, без да се намалява точността на получените резултати. Не съществува аналитичен разтвор на горните уравнения. В това отношение се използват цифрови методи.

За да се решат проблеми с вентилацията, свързани с прехвърлянето на турбулентен поток на скаларните вещества, при решаване на диференциални уравнения се използва схемата на физически процеси. Според принципите на разделяне, разбира се, разликата интегриране на уравненията на хидродинамиката и конвективното предаване на скаларното вещество при всяко време δ t. извършени на два етапа. На първия етап се изчисляват хидродинамичните параметри. На втория етап дифузионните уравнения се решават въз основа на изчислените хидродинамични полета.

Ефектът от преноса на топлина върху образуването на полето за скорост на въздуха се взема предвид от помощта на сближаването на Boussineca: Допълнителен термин се въвежда във вертикалния компонент на скоростта, която взема предвид силите на плаваемостта.

За да решават проблеми с турбулентно движение на течност, са известни четири подхода:

директно моделиране "DNS" (решение на уравнения на нестационарни навигации);
разтворът на уравнения на осредните Rans Reynolds, системата от които обаче е отключена и се нуждае от допълнителни съотношения късо съединение;
метод на големи вихри "Les » която се основава на решаването на нестационарни навигационни уравнения с параметризиране на вихъра на потъването;
des метод , коя е комбинация от два метода: в зоната на потоците от разкъсване - "Les", а в областта на "гладкото" поток - "Rans".

Най-атрактивният по отношение на точността на получените резултати несъмнено е методът за директно числово моделиране. Въпреки това, понастоящем възможностите за изчислителни технологии все още не позволяват решаване на проблеми с реалната геометрия и числа Re.и с резолюцията на вихрите на всички размери. Следователно, когато решават широк спектър от инженерни проблеми, се използват цифрови решения на уравненията на Рейнолдс.

Понастоящем се използва за симулиране на вентилационни задачи сертифицирани пакети, като Star-CD, "Fluent" или "Ansys / Flotran". При правилно формулиран проблем и алгоритъм за рационален разтвор, полученият обем на информацията ви позволява да избирате на етапа на проектиране оптимален вариантНо изпълнението на изчисленията, използващи данните за програмата, изисква подходящо обучение, а неправилната им употреба може да доведе до погрешни резултати.

Като "основна версия" можем да разгледаме резултатите от общоприетите балансирани методи на изчисление, които ви позволяват да сравните интегралните ценности, характерни за разглеждания проблем.

Един от важни моменти Когато използвате универсални софтуерни пакети за решаване на вентилационни задачи, селекцията на модела на турбулентност е. Към днешна дата е известно голям брой Различни модели на турбулентност, които се използват за затваряне на уравненията на Рейнолдс. Моделите на турбуленцията се класифицират според броя на параметрите за характеристиките на турбуленцията, съответно, един параметър, два и три параметъра.

Повечето от полу-емпиричните модели на турбулентност, по един или друг начин, използвайте "хипотезата на местността на турбулентния трансфер", според която механизмът на турбулентния импулсен трансфер е напълно определен от задачата на местните производни от средните скорости и физически свойства течности. Влиянието на процесите, наблюдавани от разглежданата точка, тази хипотеза не се взема предвид.

Най-простите са модели с параметри, които използват концепцията за турбулентен вискозитет "n T.", А турбуленцията се приема, че е изотропна. Модифицирана версия на модела "n T.-92 "се препоръчва при моделиране на мастиленоструйност и потоци от разкъсване. Добро съвпадение с резултатите от експеримента също осигурява модел на един параметър "S-A" (Spoolder - Almaras), който съдържа уравнението на трансфер за величината.

Липсата на модели с едно предаване на трансфер е свързано с факта, че те нямат информация за разпределението на турбуленцията Л.. По величина Л. Процесите на прехвърляне, методи за образуване на турбулентност, разсейването на бурната енергия се влияят. Универсална зависимост, за да определите Л. не съществува. Уравнение на турбуленцията Л. Често се превръща точно към уравнението, което определя точността на модела и съответно неговата приложимост. По принцип обхватът на прилагането на тези модели е ограничен до относително прости потоци на смяна.

В модели с параметри, с изключение на мащаба на турбуленцията Л.използван като втори параметър скоростта на разсейване на бурната енергия . Такива модели най-често се използват в съвременната изчислителна практика и съдържат уравнения на турбуленцията и разсейването на енергията.

Добре известен модел, включително уравнения на енергията на турбуленцията к. и скоростта на разсейване на бурната енергия ε. Модели като " к.- e » може да се използва както за интензивни течения, така и за по-сложни потоци от разкъсване.

Моделите с два параметъра се използват в ниската и висока ос. В първия, механизмът на взаимодействие на молекулярно и турбулентен трансфер в близост до твърдата повърхност се взема предвид директно. В VIGHE-ALDOLD версия, турбулентният трансфер в близост до твърдата граница е описан чрез специални функции за влизане, които свързват параметрите на потока с разстоянието до стената.

Понастоящем най-обещаващите включват моделите SSG и Gibson-Launter, който използва нелинеен тензорен тензор на Reynolds турбулентни напрежения и тензор на средната деформация. Те бяха разработени, за да подобрят прогнозата на потоците от разкъсване. Тъй като те изчисляват всички компоненти на тензорите, те изискват големи компютърни ресурси в сравнение с моделите с два параметъра.

За сложни разрушителни потоци, някои предимства разкриват използването на модели с един параметър "n T.-92 "," S-A "с точността на прогнозата на параметрите на потока и по степента на сметката в сравнение с два параметъра.

Например, в програмата Star-CD, използването на модели тип " k-e ", Spookerta - Almaras," SSG "," Gibson-launder ", както и метода на големи вихри" Les "и DES метод. Последните два метода са по-добре подходящи за изчисляване на движението на въздуха в сложна геометрия, където ще възникнат многобройни вихрови зони, но те изискват големи изчислителни ресурси.

Резултатите от изчисленията са значително зависими от избора на изчислителната мрежа. Понастоящем се използват специални програми за изграждане на мрежи. Мрежестите клетки могат да имат различна форма и размери, които са най-подходящи за решаване на конкретна задача. Най-простата повърхност на мрежата, когато клетките са еднакви и имат кубична или правоъгълна форма. Универсалните изчислителни програми, използвани сега в инженерната практика, ви позволяват да работите по произволни неструктурирани мрежи.

За да се извършат изчисленията на числено моделиране на вентилационни задачи, е необходимо да зададете границата и началните условия, т.е. стойности на зависими променливи или техните нормални градиенти в границите на зоната за сетълмент.

Задача с достатъчна степен на точност на геометричните характеристики на изучаването на обекта. За тези цели може да се препоръча да се изграждат триизмерни модели такива опаковки като "SolidWorks", "Pro / Engeneer", "NX Nastran". При изграждане на изчислена мрежа, броят на клетките се избира така, че да се получи надеждно решение при минимално време за изчисление. Изберете една от полу-емпиричните модели на турбулентност, която е най-ефективна за разглеждания поток.

В заключение Добавяме, че е необходимо добро разбиране на качествената страна на възникването на процеси, за да се формулират правилно граничните условия на задачата и да се оцени точността на резултатите. Моделирането на емисиите на вентилация при етапа на проектиране на обекти може да се разглежда като един аспект на информационното моделиране, насочено към осигуряване на екологична безопасност на обекта.

Рецензенти:

Volikov Anatoly Nikolaevich, доктор по технически науки, професор по департамент за защита на топлина и въздушен басейн, FGBOU VPOU "Сббагу", Санкт Петербург.
Полушкин Виталий Иванович, доктор по технически науки, професор, професор на катедрата по отопление, вентилация и климатизация, FGBOU VPO SPBGAS, Санкт Петербург.

Библиографска справка

Datsyuk T.A., Sautz A.V., Yurmanov B.N., Taurit v.r. Моделиране на вентилационни процеси // Съвременни проблеми на науката и образованието. - 2012. - № 5;
URL адрес: http://science-education.ru/ru/article/view?id\u003d6744 (дата на обработка: 10/17/2019). Предлагаме на Вашето внимание списанията да публикуват в издателството "Академия за естествена наука"

Изпратете добрата си работа в базата знания е проста. Използвайте формата по-долу

Студентите, завършилите студенти, млади учени, които използват базата на знанието в обучението и работата ви, ще ви бъдат много благодарни.

Подобни документи

Основи на функционирането на системата автоматично управление въздействие изпускателна вентилация, Неговото изграждане и математическо описание. Оборудване технологичен процес. Избор и изчисление на регулатора. Изследването на стабилността на ДАБ, нейните показатели за качество.

курсова работа, добавена 02/16/2011

основни характеристики и назначаване, обхват на практическото прилагане на системата за автоматично управление поддръжка и изпускателна вентилация. Автоматизация на регулаторния процес, неговите принципи и етапи на изпълнение. Изборът на средства и тяхната икономическа обосновка.

теза, добавена 04/10/2011

Анализ на съществуващите типични схеми за автоматизация на вентилацията производствени работилници. Математически модел Процесът на вентилация на индустриалните помещения, изборът и описанието на инструментите и контролите на автоматизацията. Изчисляване на цената на проекта за автоматизация.

теза, добавена 11.06.2012

Сравнителен анализ техническа характеристика типични структури Градирен. Елементи на водоснабдителните системи и тяхната класификация. Математически модел на процеса на револвиращо водоснабдяване, подбор и описание на инструментите и контролите за автоматизация.

теза, добавена 04.09.2013

Общите характеристики на тръбопровода. Климатични и геоложки характеристики на сайта. Генералният план за помпената станция. Основен изпомпващ и резервоар парк NPS-3 "Алметиевск". Изчисляване на системата за захранване и изпускане на вентилационна система на помпата.

теза, добавена 04/17/2013

Анализ на разработването на проектен проект на декоративни кутии. Хералдика като специална дисциплина, ангажирана в изследването на герба. Начини за създаване на оборудване за восъчни модели. Етапи на изчисляване на захранването и изпускателната вентилация за отделението за топене.

теза, добавена 01/26/2013

Описание на инсталацията като обект за автоматизация, опции за подобряване на технологичния процес. Изчисляване и избор на елементи от комплекс от технически средства. Изчисляване на системата за автоматично управление. Разработване на софтуер за приложения.

теза, добавена 24.11.2014

Прогнозиране термичен режим В обслужваните зони е многофакторна задача. Известно е, че термичният режим се създава с помощта на системи за отопление, вентилация и климатизация. Въпреки това, при проектирането на отоплителни системи, въздействието на въздушните потоци, създадено от останалите системи, не се взема предвид. Отчасти това е оправдано от факта, че ефектът от въздушните потоци върху термичния режим може да бъде незначителен в регулаторната мобилност на въздуха в обслужваните зони.

Приложни системи лъчисто отопление Изисква нови подходи. Това включва необходимостта от изпълнение на нормите на човешкото облъчване на работните места и отчитане на разпределението на лъчиста топлина във вътрешните повърхности на ограждащите структури. В крайна сметка, с лъчисто отопление, тези повърхности за предпочитане се нагряват, което от своя страна дава топлина в помещението с конвекция и радиация. За сметка на това се поддържа необходимата температура на вътрешния въздух.

Като правило, за повечето видове стаи, заедно с отоплителни системи, се изисква устройство за вентилационни системи. Така че, когато използвате газови отоплителни системи, стаята трябва да бъде оборудвана с вентилационни системи. Минималният въздушен обмен на помещения с освобождаване на вредни газове и пара, предвидени в SP 60.13330.12. Отоплителна вентилация и климатизация и не е по-малко единична, и на височина над 6 m - най-малко 6 m 3 на 1 m 2 етажна площ. В допълнение, работата на вентилационните системи също се определя от целта на помещенията и се изчислява от условията за усвояване на топлинни или газови дивизии или компенсация на местните слънца. Естествено, мащабът на обмен на въздух трябва да бъде проверен и при усвояването на горивни продукти. Компенсацията на обема на отстранения въздух се извършва от системи вентилация. В същото време значителна роля при формирането на термичния режим в обслужваните зони принадлежи към захранващата струя и топлината, въведена от тях.

Изследователски метод и резултати

По този начин е необходимо да се разработи приблизителен математически модел на сложни процеси на топлина и масови трансфер в помещението с излъчващо отопление и вентилация. Математическият модел е система от уравнения на въздушни термични баланси за характерни обеми и повърхности на помещението.

Системното решение ви позволява да определяте параметрите на въздуха в обслужвите зони, когато различни варианти Поставяне на лъчисти отоплителни устройства, като се отчита влиянието на вентилационните системи.

Изграждането на математически модел разгледа пример за производствена стая, оборудвана със система от лъчисто отопление и с други източници на генериране на топлина. Топлинните потоци от емитери се разпределят както следва. Конвективните потоци се издигат до горната част под припокриването и придават топлината на вътрешната повърхност. Излъчващият компонент на термичния поток на излъчвателя се възприема от вътрешните повърхности на външните ограждащи конструкции. На свой ред тези повърхности осигуряват вътрешен въздух и радиация на топлина - други вътрешни повърхности. Част от топлината се предава чрез външни ограждащи дизайни на външния въздух. Изчисленият топлообмен верига е показан на фиг. 1а.

Изграждането на Matmodel Разгледайте примера на производствена стая, оборудвана със система от лъчисто отопление и с други източници на генериране на топлина. Конвективните потоци се издигат до горната част под припокриването и придават топлината на вътрешната повърхност. Излъчният компонент на термичния поток на емитер се възприема от вътрешните повърхности на външните ограждащи помещения

След това разглеждаме изграждането на циркулацията на въздушните потоци (фиг. 1б). Ще вземем схема на организацията на въздушния обмен "от над-нагоре". Въздухът се обслужва в количество М. PR по посока на обслужващата зона и се отстранява от горната зона с консумация М. в \u003d. М. AVE. На първото ниво на сервираната зона, въздушният поток в струята е М. Страница Растежът на въздушния поток в захранващата струя се дължи на циркулационния въздух, изключен от струята.

Въвеждаме условните граници на потоците - повърхности, върху които само нормалните компоненти имат скорости. На фиг. 1b границите на потоците се показват от тирешката линия. След това подчертаваме изчислените обеми: обслужваната зона (пространство с постоянен престой на хората); Пълни потоци и седнали конвективни потоци. Посоката на седнали конвективни потоци зависи от съотношението на температурата на вътрешната повърхност на външните усилвателни структури и околния въздух. На фиг. 1b показва схема с падащ безплатен конвективен поток.

Така че, температурата на въздуха в обслужваната зона t. WZ се формира в резултат на смесване на въздуха на захранващите струи, използвани конвективни потоци и превръщане на конвективна топлина от вътрешни повърхности Пол и стени.

Като се вземат предвид разработените топлообменни и циркулационни схеми (фиг. 1), уравненията на топлинните салда за избраните обеми:

Тук от - Въздушен топлинен капацитет, J / (kg · ° C); Q. от - мощност на газовата лъчиста отоплителна система, W; Q. с I. Q.* C - конвективен пренос на топлина във вътрешните повърхности на стената в сервираната зона и стената над обслужваната зона, W; t. Страница t. C I. t. WZ - температура на въздуха в захранващата струя на входа на работната зона, в използван конвективен поток и в работната зона, ° C; Q. TP - загуба на топлина, WT, равна на сумата от загуба на топлина чрез външни обграждащи структури:

Въздушният поток в захранващата струя на входа към обслужваната зона се изчислява, използвайки зависимостите, получени от М. I. Гримитил.

Например, за дистрибутори на въздуха, създаващи компактни джетове, дебитът в струята е:

където м. - коефициент на затихване на скоростта; Е. 0 е напречното сечение на входната тръба на дистрибутора на въздуха, m 2; х. - разстояние от дистрибутора на въздуха до мястото на влизане в обслужваната зона, m; ДА СЕ Н е коефициентът на неприятност.

Въздушният поток в използван конвективен поток се определя от:

където t. С е температурата на вътрешната повърхност на външните стени, ° С.

Уравнения термичен баланс За гранични повърхности, погледнете:

Тук Q. ° С, Q.* ° С, Q. Pl I. Q. Pt - конвективен пренос на топлина във вътрешните повърхности на стената в сервираната зона - съответно стените над обслужваната зона, пола и покритието; Q. TP.S. Q.* TP.S. Q. Tp.pl, Q. Tp pt - загуба на топлина през съответните структури; W. от, W.* ° С, W. . \\ t W. PT - излъчващи термични потоци от емитер, влизащи в тези повърхности. Конвективният пренос на топлина се определя чрез определена зависимост:

където м. J - определен коефициент, който се отчита в положението на повърхността и посоката на топлинния поток; Е. J - площ, m 2; Δ. t. J е разликата в повърхностната температура и околния въздух, ° C; Й. - индекс на повърхността.

Teplopotieri. Q. TJ може да бъде изразено като

където t. Н е външната температура, ° C; t. J - температурата на вътрешните повърхности на външните ограждащи структури, ° С; R. и R. H - Съпротивление Термичен и топло пренос на външна ограда, m 2 · ° C / W.

Получават се процеси на матмедел на топлинна и масов трансфер по време на съвместното действие на лъчиста нагряване и вентилация. Резултатите от решението позволяват да се получат основните характеристики на термичния режим при проектирането на системи за излъчване на сгради с различни цели, оборудвани с вентилационни системи

Лъчисти термични потоци от радиатори на сигнални отоплителни системи WJ.изчислени през взаимната област на радиация съгласно процедурата за произволна ориентация на емитери и околните повърхности:

където от 0 - радиационният коефициент на абсолютно черно тяло, w / (m 2 · k 4); ε ij - намалената степен на чернокожи, участващи в топлообмен на повърхности I. и Й.; Х. IJ - Взаимна площ на радиационните повърхности I. и Й., m 2; T. I - средна температура излъчваща повърхност, определена от термичния баланс на емитер, К; T. J - температура топложима повърхност, К.

При заместване на изрази за топлинни потоци и въздушни разходи в Jets получаваме система от уравнения, които са приблизителен математически модел на процесите на топлина и масов трансфер по време на излъчващо отопление. За да разрешите системата, могат да се използват стандартни компютърни програми.

Получава се математически модел на топлинни и масови процеси в съвместното действие на лъчиста нагряване и вентилация. Резултатите от решението позволяват да се получат основните характеристики на термичния режим при проектирането на системи за излъчване на сгради с различни цели, оборудвани с вентилационни системи.

Дария Денисихина, Мария Луканина, Михаил Самолета

В съвременния свят Вече не е възможно да се прави без математическо моделиране на въздушния поток при проектирането на вентилационни системи.

В съвременния свят вече не е възможно да се прави без математическо моделиране на въздушния поток при проектирането на вентилационни системи. Конвенционалните инженерни техники са подходящи за типични стаи и стандартни решения за разпределение на въздуха. Когато дизайнерът е изправен пред нестандартни обекти, методите на математическо моделиране трябва да стигнат до спасяването. Статията е посветена на изследването на разпределението на въздуха през студената година на годината в семинара за производството на тръби. Този семинар е част от фабричния комплекс, разположен под рязко континентален климат.

Назад през XIX век са получени диференциални уравнения Да опише потока от течности и газове. Те са формулирани от френския физик Louis Navier и британски математик Джордж Стокс. Уравненията на Navier - Stokes са една от най-важните в хидродинамиката и се използват в математическо моделиране Много природни явления и технически задачи.

На човек последните години Натрупано е голямо разнообразие от геометрично и термодинамично сложни обекти в строителството. Използването на методи за изчисляване на хидродинамиката значително подобрява възможностите за проектиране на вентилационни системи, позволяващи с висока степен на точност за предсказване на разпределението на скоростта, налягането, температурата, концентрацията на компонента във всяка точка на сградата или нейното място.

Интензивното използване на методите за изчисляване на хидродинамиката започна през 2000 г., когато се появиха универсални софтуерни снаряди (CFD пакети), които дават възможност за намиране на числени решения на системата за уравнение на Navier-Stokes във връзка с обекта на интерес. От този момент от това време бюрото за технологии се занимава с математическо моделиране по отношение на задачите на вентилацията и климатизацията.

Описание на задачата

В това проучване, числено симулация се извършва с помощта на Star-Ccm + - CFD пакет, разработен чрез CD-Adapco. Изпълнението на този пакет при решаването на задачите на вентилацията
Тя се тества многократно върху обектите на различна сложност, от офис площи до залите на театри и стадиони.

Задачата е от голям интерес от гледна точка на дизайна и математическото моделиране.

Външна температура на въздуха -31 ° C. В стаята има обекти с основни топлинни печалби: ордена пещ, ваканционна пещ и т.н. Така има големи температурни разлики между външните ограждащи структури и вътрешни горивни обекти. Следователно приносът на радиационния топлообмен по време на моделиране не може да бъде пренебрегнат. Допълнителна сложност в математическата формулировка на проблема е, че в помещението се подава тежък железопътен състав, имащ температура от -31 ° С. Постепенно се загрява, охлажда въздуха около него.

За да се поддържа желаната температура на въздуха в обема на семинара (в студения сезон, не по-ниска от 15 ° C) Проектът осигурява вентилационни и климатични системи. На етапа на проектиране се изчисляват дебитът и температурата на доставения въздух, необходими за поддържане на необходимите параметри. Остава въпросът - как да се подаде въздух до обема на семинара, за да се осигури най-равномерното разпределение на температурата в целия обем. Моделирането позволява сравнително малък срок (две или три седмици), за да видите модела на въздушния поток за няколко опции за подаване на въздух и след това да ги сравните.

Етапи на математическо моделиране

Изграждане на солидна геометрия.
Шракта на работното пространство на клетките на уплътняема мрежа. Трябва да се предоставят предварително области, в които ще се изисква допълнително смилане на клетки. При изграждането на мрежа, много е важно да се открие, че златната среда, в която размерът на клетката е доста малък, за да получи правилните резултати, докато общият брой на клетките няма да бъде толкова голям, за да затегнат времето за изчисление до неприемливо време. Ето защо, изграждането на мрежата е цялото изкуство, което идва с опит.
Задачата на границата и първоначалните условия в съответствие с формулирането на проблема. Изисква разбиране на спецификата на вентилационните задачи. Голяма роля при подготовката на изчислителните играчи правилен избор Модели на турбулентност.
Избор на подходящ модел на физически модел и турбулентност.

Резултати от моделиране.

За да се решава разглеждането на проблема в тази статия, бяха приети всички етапи на математическо моделиране.

За сравнение на ефективността на вентилацията бяха избрани три опции за подаване на въздух: при ъгли до вертикално 45 °, 60 ° и 90 °. Доставката на въздуха се извършва от стандартни решетки за разпределение на въздуха.

Полетата на температурата и скоростта, получени в резултат на изчисление в различни ъгли на фуражи входящ въздух, представен на фиг. един.

След анализ на резултатите ъгълът на въздух, равен на 90 °, е избран като най-успешните възможности за вентилация на семинара. С този метод на доставка не се създават по-високи скорости в работната зона и е възможно да се постигне достатъчно равномерен модел на температура и скорост през целия обем на семинара.

Окончателно решение

Полетата за температура и скорост в три напречни сечения, преминаващи през всмукателните мрежи, са показани на фиг. 2 и 3. Разпределението на температурата в помещението е еднакво. Само в областта на концентрацията на пещи има по-високи температури под тавана. В дясната област на ъгъла на стаята има по-студена област. Това е мястото, където студените автомобили влизат от улицата.

От фиг. 3 Ясно е видима как се разпределят хоризонталните струи на доставения въздух. С този метод на захранване, захранващата струя има достатъчно голям диапазон. Така, на разстояние 30 m от решетката, скоростта на потока е 0,5 m / s (при изхода на скоростта на решетката - 5.5 m / s). В останалата част от стаята, въздушната мобилност е ниска, на ниво от 0,3 m / s.

Нагрят въздух от втвърдяващата пещ отклонява струята на захранващия въздух нагоре (фиг. 4 и 5). Пещта много затопля въздуха около него. Температурата на пода тук е по-висока, отколкото в средата на стаята.

Температурното поле и текущата линия в две части на горещата работилница са показани на фиг. 6.

Заключения

Изчисленията са разрешени да анализират ефективността различни начини Доставка на въздух към работилницата за производство на тръби. Получава се, че когато се подаде хоризонталната струя, подрязването на въздуха се отнася и за стаята, допринасяйки за по-равномерното му отопление. В същото време в работната зона няма области с твърде много въздушна мобилност, тъй като това се случва, когато въздухът за доставка се прилага под ъгъл надолу.

Използването на методи за математическо моделиране в вентилационните и климатични задачи е много обещаваща посока, която ви позволява да коригирате решението на етапа на проекта, да предотвратите необходимостта от коригиране на неуспешни дизайнерски решения след въвеждане в експлоатация на обекти. ●

Дария Денисихина - Ръководител на катедрата "Математическо моделиране";
Мария Луканина - Водещ инженер "Математическо моделиране";
Михаил Самолет - Изпълнителен директор на MM-технологии

Glebov R. S., кандидат-туманов, кандидат за технически науки, доцент

Antyushin s. s., завършил ученик (Москва държавен институт Електроника и математика (Технически университет)

Практически аспекти на идентифицирането на математическия модел

Вентилационна единица

Благодарение на появата на нови изисквания за вентилационни системи, експерименталните методи за определяне на затворени контролни вериги не могат напълно да решат задачата за автоматизация на процеса. Експерименталните настройки са поставили оптимизационни критерии (критерии за качество на управлението), което ограничава техния обхват. Параметричен синтез на системата за управление, която взема предвид всички изисквания техническа задачаизисква математически модел на обекта. Статията анализира структурите на математическите модели вентилационна единицаРазглежда се методът за идентифициране на вентилационното растение, като се оценява възможността за прилагане на получените модели за използване на практика.

Ключови думи: идентификация, математически модел, вентилационна инсталация, експериментално проучване Математически модел, критерии за качеството на математическия модел.

Практически аспекти на идентифицирането на математическия модел

На вентилационна инсталация

Във връзка с появата на нови изисквания към вентилацията, експерименталните методи за регулиране на затворените контури на управление не могат да разрешат проблем с автоматизацията на технологичния процес до пълния. Експерименталните методи за корекция имат поставени критерии за оптимизация (критерий за качество) на управление), която ограничава областта на тяхното прилагане. Параметричен синтез на системата за контрол, технически проект, като се има предвид всички изисквания, изискват математическия модел на обект. В статия, за да се получи анализ на структури на математически модели на вентилационна инсталация, метод Счита се за идентифициране на вентилационната инсталация, като се оценява възможността за прилагане на получените модели за прилагане на практика.

Ключови думи: идентификация, математически модел, вентилационна инсталация, експериментални изследвания на математическия модел, критерии за качество на математическия модел.

Въведение

Управлението на вентилационната система е една от основните задачи за автоматизация. инженерни системи сграда. Изискванията за вентилационни инсталационни системи са формулирани като критерии за качество във времевия домейн.

Основни критерии за качество:

1. Преходно време (TNN) - изходното време на вентилационния режим в режим на работа.

2. Установената грешка (AUST) е максимално допустимо отклонение на температурата на доставения въздух от посочения.

Косвени критерии за качество:

3. Overbill (AH) - Извършване на мощност при контролиране на вентилационното устройство.

4. Степента на осцилативността (Y) е прекомерно износване на вентилационното оборудване.

5. Степента на затихване (Y) - характеризира качеството и скоростта на установяване на желания температурен режим.

Основната задача на автоматизацията на вентилационната система е параметричният синтез на регулатора. Параметричният синтез е да се определят коефициентите на регулатора, за да се осигурят критериите за качество на вентилационната система.

За синтеза на вентилационния елемент са избрани инженерни методи, удобни за употреба на практика, които не изискват изследване на математическия модел на обекта: метод № SUCSO18-21§1EG (g), метод на Syep-ngope8- \\ t KE8, SCS (SNK). ДА СЕ съвременни системи Автоматизация на вентилацията се налагат високите изисквания за качествени показатели, допустимите гранични условия на индикаторите се стесняват, се появяват многокритериални управленски задачи. Инженерните методи за създаване на регулатори не позволяват да се променят критериите за качество, поставени в тях. Например, когато се използва N2 метод за регулиране на регулатора, критерият за качество е намаляването на затихването е равно на четири и при използване на метода, който се използва, критерият за качество е максималното увеличение при липсата на цяло. Използването на тези методи за решаване на многокритериални задачи за управление изисква допълнителна ръчна корекция на коефициентите. Времето и качеството на конфигурацията на контролни вериги, в този случай, зависи от опита на инженера на регулатора.

Приложение модерни средства Математическото моделиране за синтеза на системата за управление на вентилационната система значително подобрява качеството на контролните процеси, намалява времето за отнемане на времето и също така ви позволява да синтезирате алгоритмични средства за откриване и предотвратяване на злополуки. За да симулирате системата за управление, трябва да създадете адекватен математически модел на вентилационния модул (контролен обект).

Практическото използване на математически модели без оценка на адекватността води до редица проблеми:

1. Настройките на регулатора, получени по време на математическото моделиране, не гарантират спазването на показателите за качество на практика.

2. Приложение в практиката на регулатори с математически модел (принудително управление, екстраполатор Smith и др.) Може да причини влошаване на показателите за качество. Ако постоянното времева константа или заниженото увеличение увеличава времето за излизане на вентилационното устройство в режим на работа, с претоварен коефициент на усилване, настъпва прекомерно износване на вентилационното оборудване и така нататък.

3. Приложение в практиката Адаптивните регулатори с оценка на референтния модел също причиняват влошаване на показателите за качество до същия пример.

4. Настройките за настройка, получени чрез оптимални методи за контрол, не гарантират съответствието на показателите за качество на практика.

Целта на това проучване е да се определи структурата на математическия модел на вентилационната единица (в съответствие с контролната верига температурен режим) и оценка на неговата адекватност на реалните физически отоплителни процеси в вентилационните системи.

Опитът в проектирането на системи за управление показва, че е невъзможно да се получи математически модел, адекватна реална система, само въз основа на теоретични проучвания на физическите процеси на системата. Следователно, по време на синтеза на модела на вентилационното растение, експериментите бяха извършени едновременно с теоретичните проучвания за определяне и изясняване на математическия модел на системата - нейната идентификация.

Технологичен процес на вентилационната система, организацията на експеримента

и структурно идентификация

Контролният обект на вентилационната система е централният климатик, в който е достъпен въздухът и храненето му към вентилирани помещения. Задачата на локалната система за вентилация автоматично поддържа температурата на захранващия въздух в канала. Текущата стойност на температурата на въздуха се оценява от сензора, инсталиран в канала за подаване или в стаята за поддръжка. Регулирането на температурата на захранващия въздух се извършва чрез електрически или воден калорифер. Когато използвате воден носач, задвижващият механизъм е трипътен вентил, когато се използва електрически носител - импулсен и тиристорен регулатор.

Стандартният алгоритъм за контрол на температурата на въздуха е затворена автоматична система за управление (SAR), с PID контролер като устройство за управление. Налице е структурата на автоматизираната система за управление за контролиране на температурата на въздуха на вентилацията на въздуха (фиг. 1).

Фиг. 1. Структурна диаграма на автоматизирана вентилационна система (канал за контрол на въздуха). WTP - PF регулатор, живот - PF на изпълнителния орган, WCAL - Calrifer PF, WW - функция за предаване на въздуховоди. и1 е температурната настройка, Xi - температурата в канала, Xi - четенията на сензора, E1 е контролната грешка, U1-управляващ ефект на регулатора, U2 - тестване на задвижващия механизъм на регулаторния сигнал, U3 - топлината, предавана от калории в канала.

Синтезът на математическия модел на вентилационната система предполага, че структурата на всяка трансферна функция е известна, която е включена в неговия състав. Използването на математически модел, съдържащ трансферните функции на отделни елементи на системата, е предизвикателна задача и не гарантира на практика суперпозицията на отделни елементи с изходната система. За да се идентифицира математически модел, структурата на вентилационната система за управление е удобно разделена на две части: априори известен (регулатор) и неизвестен (обект). Предавателното съотношение на обекта ^ о) включва: функцията за прехвърляне на задвижващия механизъм ^ Йо), трансферната функция на каленкала на колифена ^), трансферната функция на канала ^ BB), съотношението на предавките на датите на сензора ^ . Задачата за идентифициране на вентилационната единица при контролиране на температурата на въздушния поток се намалява до дефиницията на функционалната зависимост между управляващия сигнал към задвижващия механизъм на фроциращия U1 и температурата на потока XI.

За да се определи структурата на математическия модел на вентилационната единица, е необходимо да се извърши експеримент за идентифициране. Получаването на желаните характеристики е възможно чрез пасивен и активен експеримент. Методът на пасивния експеримент се основава на регистрацията на контролираните параметри на процеса при нормалната работа на обекта, без да се правят умишлени смущения. В етапа на настройка вентилационната система не е в нормална работа, така че методът на пасивния експеримент не е подходящ за нашите цели. Методът на активния експеримент се основава на използването на някои изкуствени смущения, въведени в обект в предварително определена програма.

Съществуват три принципни метода за активна идентификация на обекта: преходният характерен метод (реакция на обекта към "етапа"), метода на смущение на обекта чрез сигнали на периодичната форма (реакцията на обекта за хармонични смущения с различни честоти) и метода на реакция на обекта върху делта-импулса. Благодарение на голямата инерция на вентилационните системи (TOB е от десетки секунди до няколко минути) идентификация от състезателни сигнали

За да прочетете статията, трябва да закупите пълен текст. Статиите се изпращат във формат PDF. към пощата, посочена при заплащане. Време за доставка е по-малко от 10 минути. Цена на една статия - 150 рубли.

Захранвани научни произведения на тема "Общи и сложни проблеми на естествените и точни науки"

Адаптивно управление на вентилационната единица с динамична консумация на въздух
Glebov R.s., Tumanov m.p. - 2012.
Проблемът с управлението и моделирането на извънредни ситуации върху петролните мини
Лишова М.Ю., Наумов I.S. - 2013
Относно използването на теорията на параметричното регулиране за изчислими модели на общо равновесие
Адилов Жктурбек Мемович, Ашимов Абдяпар Ашмович, Ашимов Аскар Абдяпарович, Боровски Николай Юриевич, Боровски Юри Вячеславович, Султанов Бакит Търльованович - 2010 \\ t
Моделиране на биоклиматичен покрив с естествена вентилация
Ouedraogo A., Ouedraogo I., Palm K., Zeghmati B. - 2008