Ανάπτυξη συστήματος αυτόματου ελέγχου για εξαερισμό τροφοδοσίας και εξάτμισης. Μαθηματικό μοντέλο της διαδικασίας εξαερισμού βιομηχανικών χώρων, επιλογή και περιγραφή εξοπλισμού αυτοματισμού και στοιχείων ελέγχου Μαθηματικό μοντέλο βαλβίδας παροχής και εξαγωγής

Πρόβλεψη θερμικές συνθήκεςστις περιοχές εξυπηρέτησης είναι ένα πολυπαραγοντικό έργο. Είναι γνωστό ότι το θερμικό καθεστώς δημιουργείται με τη βοήθεια συστημάτων θέρμανσης, εξαερισμού και κλιματισμού. Ωστόσο, κατά το σχεδιασμό συστημάτων θέρμανσης, οι επιπτώσεις των ρευμάτων αέρα που δημιουργούνται από άλλα συστήματα δεν λαμβάνονται υπόψη. Αυτό οφείλεται εν μέρει στο γεγονός ότι η επίδραση των ροών αέρα στο θερμικό καθεστώς μπορεί να είναι ασήμαντη με την τυπική κινητικότητα του αέρα στις περιοχές εξυπηρέτησης.

Εφαρμογή συστημάτων θέρμανση με ακτινοβολίααπαιτεί νέες προσεγγίσεις. Αυτό περιλαμβάνει την ανάγκη συμμόρφωσης με τα πρότυπα έκθεσης του ανθρώπου στους χώρους εργασίας και τη συνεκτίμηση της κατανομής της ακτινοβολούμενης θερμότητας στις εσωτερικές επιφάνειες των περιβλημάτων. Πράγματι, με θέρμανση με ακτινοβολία, αυτές οι επιφάνειες θερμαίνονται κυρίως, οι οποίες, με τη σειρά τους, εκπέμπουν θερμότητα στο δωμάτιο με μεταφορά και ακτινοβολία. Εξαιτίας αυτού διατηρείται η απαιτούμενη εσωτερική θερμοκρασία αέρα.

Κατά κανόνα, για τους περισσότερους τύπους χώρων, μαζί με συστήματα θέρμανσης, απαιτούνται συστήματα εξαερισμού. Έτσι, όταν χρησιμοποιείτε συστήματα θέρμανσης αερίου με ακτινοβολία, το δωμάτιο πρέπει να είναι εξοπλισμένο με συστήματα εξαερισμού. Η ελάχιστη ανταλλαγή αέρα σε χώρους με απελευθέρωση επιβλαβών αερίων και ατμών ορίζεται από το SP 60.13330.12. Η θέρμανση, ο εξαερισμός και ο κλιματισμός είναι τουλάχιστον μία φορά και σε ύψος άνω των 6 m - τουλάχιστον 6 m 3 ανά 1 m 2 της επιφάνειας του δαπέδου. Επιπλέον, η απόδοση των συστημάτων εξαερισμού καθορίζεται επίσης από τον σκοπό των χώρων και υπολογίζεται από τις συνθήκες αφομοίωσης εκπομπών θερμότητας ή αερίου ή αντιστάθμισης τοπικής αναρρόφησης. Φυσικά, η ποσότητα ανταλλαγής αέρα πρέπει επίσης να ελεγχθεί για την κατάσταση αφομοίωσης των προϊόντων καύσης. Η αντιστάθμιση των όγκων καυσαερίων πραγματοποιείται από συστήματα παροχή εξαερισμού... Σε αυτή την περίπτωση, ένας σημαντικός ρόλος στο σχηματισμό του θερμικού καθεστώτος στις ζώνες εξυπηρέτησης ανήκει στους πίδακες παροχής και στη θερμότητα που εισάγεται από αυτούς.

Μέθοδος έρευνας και αποτελέσματα

Έτσι, καθίσταται αναγκαία η ανάπτυξη ενός κατά προσέγγιση μαθηματικού μοντέλου των πολύπλοκων διαδικασιών μεταφοράς θερμότητας και μάζας που συμβαίνουν σε ένα δωμάτιο με ακτινοβολούμενη θέρμανση και εξαερισμό. Μαθηματικό μοντέλοείναι ένα σύστημα εξισώσεων για τις ισορροπίες αέρα-θερμότητας για χαρακτηριστικούς όγκους και επιφάνειες ενός δωματίου.

Η λύση του συστήματος σας επιτρέπει να προσδιορίσετε τις παραμέτρους του αέρα στις περιοχές εξυπηρέτησης όταν διαφορετικές επιλογέςτοποθέτηση συσκευών θέρμανσης με ακτινοβολία, λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση των συστημάτων εξαερισμού.

Ας εξετάσουμε την κατασκευή ενός μαθηματικού μοντέλου χρησιμοποιώντας το παράδειγμα μιας αίθουσας παραγωγής εξοπλισμένης με σύστημα θέρμανσης με ακτινοβολία και χωρίς άλλες πηγές απελευθέρωσης θερμότητας. Οι ροές θερμότητας από τα θερμαντικά σώματα κατανέμονται ως εξής. Τα συναγωγικά ρεύματα ανεβαίνουν στην πάνω ζώνη κάτω από την οροφή και εκπέμπουν θερμότητα στην εσωτερική επιφάνεια. Το ακτινοβόλο συστατικό της ροής θερμότητας του εκπομπού γίνεται αντιληπτό από τις εσωτερικές επιφάνειες των εξωτερικών δομών περίφραξης του δωματίου. Με τη σειρά τους, αυτές οι επιφάνειες εκπέμπουν θερμότητα με μεταφορά στον εσωτερικό αέρα και ακτινοβολία σε άλλες εσωτερικές επιφάνειες. Μέρος της θερμότητας μεταφέρεται μέσω των εξωτερικών εγκλειστικών δομών στον εξωτερικό αέρα. Το υπολογισμένο σχήμα μεταφοράς θερμότητας φαίνεται στο Σχ. 1α

Ας εξετάσουμε την κατασκευή ενός μαθηματικού μοντέλου χρησιμοποιώντας το παράδειγμα μιας αίθουσας παραγωγής εξοπλισμένης με σύστημα θέρμανσης με ακτινοβολία και χωρίς άλλες πηγές απελευθέρωσης θερμότητας. Τα συναγωγικά ρεύματα ανεβαίνουν στην πάνω ζώνη κάτω από την οροφή και εκπέμπουν θερμότητα στην εσωτερική επιφάνεια. Το ακτινοβόλο συστατικό της ροής θερμότητας του εκπομπού γίνεται αντιληπτό από τις εσωτερικές επιφάνειες των εξωτερικών δομών περίφραξης του δωματίου

Στη συνέχεια, θα εξετάσουμε την κατασκευή του σχήματος κυκλοφορίας ροής αέρα (Εικ. 1β). Ας πάρουμε το σχέδιο οργάνωσης ανταλλαγής αέρα. Ο αέρας παρέχεται σε ποσότητα Μ pr προς την κατεύθυνση της περιοχής εξυπηρέτησης και αφαιρείται από την πάνω περιοχή με ρυθμό ροής Μσε = Μπ. Στο επίπεδο της κορυφής της περιοχής εξυπηρέτησης, ο ρυθμός ροής αέρα στο πίδακα είναι Μσελ. Η αύξηση του ρυθμού ροής του αέρα στον πίδακα τροφοδοσίας οφείλεται στον κυκλοφορούμενο αέρα, ο οποίος αποσυνδέεται από τον πίδακα.

Ας εισαγάγουμε τα όρια υπό όρους των ροών - επιφάνειες στις οποίες οι ταχύτητες έχουν μόνο συνήθη συστατικά τους. Στο σχ. 1β, τα όρια ροής εμφανίζονται με διακεκομμένη γραμμή. Στη συνέχεια, θα επισημάνουμε τους εκτιμώμενους όγκους: περιοχή εξυπηρέτησης (χώρος με συνεχή διαμονή ατόμων). τους όγκους του πίδακα παροχής και τις συναγωγικές ροές κοντά στον τοίχο. Η κατεύθυνση των μεταφορέων ροών κοντά στον τοίχο εξαρτάται από την αναλογία των θερμοκρασιών της εσωτερικής επιφάνειας των εξωτερικών δομών περίφραξης και του αέρα περιβάλλοντος. Στο σχ. Το 1b δείχνει ένα διάγραμμα με φθίνουσα ροή κοντά στον τοίχο.

Έτσι, η θερμοκρασία του αέρα στην περιοχή εξυπηρέτησης τΤο wz σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της ανάμιξης αέρα τζετ τροφοδοσίας, συναγωγικών ροών κοντά στον τοίχο και εισόδου θερμότητας από εσωτερικές επιφάνειεςπάτωμα και τοίχοι.

Λαμβάνοντας υπόψη τα αναπτυγμένα σχήματα ανταλλαγής θερμότητας και κυκλοφορίας ροών αέρα (Εικ. 1), θα συνθέσουμε τις εξισώσεις των ζυγών θερμότητας-αέρα για τους επιλεγμένους όγκους:

Εδώ με- θερμική ικανότητα αέρα, J / (kg · ° С), ΕΡαπό είναι η ισχύς του συστήματος θέρμανσης με ακτινοβολία αερίου, W? ΕΡμε και ΕΡ* γ - μεταφορά μεταφοράς θερμότητας στις εσωτερικές επιφάνειες του τοίχου εντός της περιοχής εξυπηρέτησης και στον τοίχο πάνω από την περιοχή εξυπηρέτησης, W τ pp, τγ και τ wz - θερμοκρασίες αέρα στο ρεύμα τροφοδοσίας στην είσοδο της περιοχής εργασίας, στο κοντινό ρεύμα κοντά στον τοίχο και μέσα περιοχή εργασίας, ° C; ΕΡ TP είναι η απώλεια θερμότητας του δωματίου, W, ίση με το άθροισμα της απώλειας θερμότητας μέσω των εξωτερικών δομών περιβλήματος:

Ο ρυθμός ροής αέρα στο ρεύμα τροφοδοσίας στην είσοδο της περιοχής εξυπηρέτησης υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τις εξαρτήσεις που αποκτά ο M.I.Grimitlin.

Για παράδειγμα, για τους διανομείς αέρα που δημιουργούν συμπαγείς πίδακες, ο ρυθμός ροής στο πίδακα είναι:

όπου Μ- συντελεστής απόσβεσης ταχύτητας · φά 0 - επιφάνεια διατομής του σωλήνα εισόδου του διανομέα αέρα, m 2. Χ- απόσταση από τον διανομέα αέρα έως το σημείο εισόδου στην περιοχή εξυπηρέτησης, m, ΠΡΟΣ ΤΟ n - συντελεστής μη ισοθερμίας.

Η κατανάλωση αέρα στη ροή μεταφοράς κοντά στον τοίχο καθορίζεται από:

όπου τс - θερμοκρασία της εσωτερικής επιφάνειας των εξωτερικών τοίχων, ° C.

Εξισώσεις θερμική ισορροπίαγια οριακές επιφάνειες είναι:

Εδώ ΕΡντο, ΕΡ* γ, ΕΡ pl και ΕΡΠαρ - μεταφορά θερμότητας σε εσωτερικές επιφάνειες του τοίχου εντός της περιοχής εξυπηρέτησης - ο τοίχος πάνω από την περιοχή εξυπηρέτησης, το δάπεδο και το κάλυμμα, αντίστοιχα. ΕΡ tp.s, ΕΡ* tp.s, ΕΡ TP.pl, ΕΡ tp.pt - απώλεια θερμότητας μέσω των αντίστοιχων δομών. Wμε, W* γ, W pl, WΠαρ - ακτινοβολούμενες ροές θερμότητας από τον πομπό που εισέρχεται σε αυτές τις επιφάνειες. Η μεταφορά θερμότητας μεταφοράς καθορίζεται από τη γνωστή σχέση:

όπου Μ J - συντελεστής που καθορίζεται λαμβάνοντας υπόψη τη θέση της επιφάνειας και την κατεύθυνση της ροής θερμότητας. φά J - επιφάνεια, m 2. Δ τ J είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της επιφάνειας και του αέρα περιβάλλοντος, ° C. J- δείκτης του τύπου επιφάνειας.

Απώλεια θερμότητας ΕΡτJ μπορεί να εκφραστεί ως

όπου τ n - θερμοκρασία εξωτερικού αέρα, ° C τ J - θερμοκρασίες εσωτερικών επιφανειών εξωτερικών εγκλειστικών δομών, ° C. Rκαι R n - θερμική αντίσταση και μεταφορά θερμότητας του εξωτερικού φράχτη, m 2 · ° C / W.

Έχει επιτευχθεί ένα μαθηματικό μοντέλο διαδικασιών μεταφοράς θερμότητας και μάζας υπό τη συνδυασμένη δράση της θέρμανσης και του αερισμού με ακτινοβολία. Τα αποτελέσματα της λύσης καθιστούν δυνατή την απόκτηση των κύριων χαρακτηριστικών του θερμικού καθεστώτος στο σχεδιασμό συστημάτων θέρμανσης με ακτινοβολία για κτίρια για διάφορους σκοπούς, εξοπλισμένα με συστήματα εξαερισμού.

Ακτινοβολούμενες θερμικές ροές από θερμαντικά σώματα ακτινοβολούμενων συστημάτων θέρμανσης Wjυπολογίζονται μέσω των αμοιβαίων περιοχών ακτινοβολίας σύμφωνα με τη μέθοδο για έναν αυθαίρετο προσανατολισμό των εκπομπών και των γύρω επιφανειών:

όπου με 0 - εκπομπή ενός απόλυτα μαύρου σώματος, W / (m 2 · K 4). ε IJ - μειωμένη εκπομπή των επιφανειών που εμπλέκονται στη μεταφορά θερμότητας Εγώκαι J; Η IJ - αμοιβαία περιοχή ακτινοβολίας επιφανειών Εγώκαι J, m 2; ΤΕΓΩ - μέση θερμοκρασίαεπιφάνεια εκπομπής, που καθορίζεται από το ισοζύγιο θερμότητας του εκπομπού, Κ · Τ J είναι η θερμοκρασία της επιφάνειας που απορροφά τη θερμότητα, Κ.

Όταν αντικαθιστούμε εκφράσεις για ροές θερμότητας και ρυθμούς ροής αέρα σε πίδακες, αποκτούμε ένα σύστημα εξισώσεων που είναι ένα κατά προσέγγιση μαθηματικό μοντέλο των διαδικασιών μεταφοράς θερμότητας και μάζας κατά τη θέρμανση με ακτινοβολία. Τα τυπικά προγράμματα υπολογιστών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίλυση του συστήματος.

Λαμβάνεται ένα μαθηματικό μοντέλο διαδικασιών μεταφοράς θερμότητας και μάζας υπό τη συνδυασμένη δράση θέρμανσης και εξαερισμού με ακτινοβολία. Τα αποτελέσματα της λύσης καθιστούν δυνατή την απόκτηση των κύριων χαρακτηριστικών του θερμικού καθεστώτος στο σχεδιασμό συστημάτων θέρμανσης με ακτινοβολία για κτίρια για διάφορους σκοπούς, εξοπλισμένα με συστήματα εξαερισμού.

Το έργο εξετάζει τις διαδικασίες μοντελοποίησης αερισμού και διασποράς των εκπομπών του στην ατμόσφαιρα. Η μοντελοποίηση βασίζεται στην επίλυση του συστήματος εξισώσεων Navier-Stokes, στους νόμους διατήρησης μάζας, ορμής, θερμότητας. Εξετάζονται διάφορες πτυχές της αριθμητικής λύσης αυτών των εξισώσεων. Προτείνεται ένα σύστημα εξισώσεων για τον υπολογισμό της τιμής του συντελεστή αναταραχής υποβάθρου. Για την υπερηχητική προσέγγιση, προτείνεται μια λύση μαζί με τις εξισώσεις της δυναμικής ρευστού που δίνονται στο άρθρο στην εξίσωση της απόστασης ενός ιδανικού πραγματικού αερίου και ατμού. Αυτή η εξίσωση είναι μια τροποποίηση της εξίσωσης van der Waals και λαμβάνει ακριβέστερα υπόψη το μέγεθος των μορίων αερίου ή ατμού και την αλληλεπίδρασή τους. Με βάση τη συνθήκη της θερμοδυναμικής σταθερότητας, επιτυγχάνεται μια σχέση που επιτρέπει σε κάποιον να αποκλείσει τις φυσικώς μη πραγματοποιήσιμες ρίζες κατά την επίλυση της εξίσωσης σε σχέση με τον όγκο. Πραγματοποιείται η ανάλυση γνωστών υπολογιστικών μοντέλων και υπολογιστικών πακέτων δυναμικής ρευστών.

πρίπλασμα

εξαερισμός

ταραχή

εξισώσεις μεταφοράς θερμότητας και μάζας

εξίσωση κατάστασης

πραγματικό αέριο

διάλυση

1. Berlyand M. Ye. Σύγχρονα προβλήματαατμοσφαιρική διάχυση και ατμοσφαιρική ρύπανση. - L.: Gidrometeoizdat, 1975 .-- 448 σελ.

2. Belyaev NN Μοντελοποίηση της διαδικασίας διασποράς τοξικού αερίου σε κτιριακές συνθήκες // Δελτίο DIIT. - 2009. - Νο 26 - Σ. 83-85.

3. Byzova N. L. Πειραματική έρευναατμοσφαιρική διάχυση και υπολογισμοί διασποράς ακαθαρσιών / N. L. Byzova, E. K. Garger, V. N. Ivanov. - L.: Gidrometeoizdat, 1985 .-- 351 σελ.

4. Datsyuk TA Μοντελοποίηση της διασποράς των εκπομπών αερισμού. - SPb: SPBGASU, 2000 .-- 210 σελ.

5. Sauts AV Εφαρμογή αλγορίθμων γνωστικών γραφικών και μεθόδων μαθηματικής ανάλυσης για τη μελέτη των θερμοδυναμικών ιδιοτήτων του ισοβουτανίου R660A στη γραμμή κορεσμού: Επιχορήγηση αριθ. 2C / 10: ερευνητική έκθεση (καταληκτική) / GOUVPO SPBGASU; τα χέρια. Gorokhov V.L., isp.: Sauts A.V.- SPb, 2011.- 30 p.: Ill.- Βιβλιογραφία: p. 30.- No.GR 01201067977.-Inv. Αρ. 02201158567.

Εισαγωγή

Κατά τον σχεδιασμό βιομηχανικών συγκροτημάτων και μοναδικών εγκαταστάσεων, τα ζητήματα που σχετίζονται με τη διασφάλιση της ποιότητας του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος και τις τυποποιημένες παραμέτρους μικροκλίματος θα πρέπει να τεκμηριώνονται συνολικά. Λαμβάνοντας υπόψη το υψηλό κόστος κατασκευής, εγκατάστασης και λειτουργίας συστημάτων εξαερισμού και κλιματισμού, επιβάλλονται αυξημένες απαιτήσεις στην ποιότητα των μηχανικών υπολογισμών. Για να επιλέξω λογικά λύσεις σχεδιασμούστον τομέα του εξαερισμού, είναι απαραίτητο να μπορείτε να αναλύσετε την κατάσταση στο σύνολό της, δηλ. για να αποκαλύψει τη χωρική σχέση δυναμικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα εντός των χώρων και στην ατμόσφαιρα. Αξιολογήστε την αποτελεσματικότητα του εξαερισμού, η οποία εξαρτάται όχι μόνο από την ποσότητα αέρα που παρέχεται στο δωμάτιο, αλλά και από το υιοθετημένο σχέδιο διανομής αέρα και τη συγκέντρωση βλαβερές ουσίεςστον εξωτερικό αέρα στις θέσεις των εισαγωγών αέρα.

Σκοπός του άρθρου- τη χρήση αναλυτικών εξαρτήσεων, με τη βοήθεια των οποίων πραγματοποιούνται υπολογισμοί της ποσότητας των επιβλαβών εκπομπών, για τον προσδιορισμό των διαστάσεων των καναλιών, των αεραγωγών, των ορυχείων και την επιλογή μιας μεθόδου επεξεργασίας αέρα κ.λπ. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι σκόπιμο να χρησιμοποιήσετε το προϊόν λογισμικού "Stream" με τη μονάδα "VSV". Για την προετοιμασία των αρχικών δεδομένων, είναι απαραίτητο να υπάρχουν διαγράμματα των σχεδιασμένων συστημάτων εξαερισμού που υποδεικνύουν τα μήκη των τμημάτων και τους ρυθμούς ροής αέρα στα τελικά τμήματα. Τα δεδομένα εισόδου για τον υπολογισμό είναι η περιγραφή των συστημάτων εξαερισμού και οι απαιτήσεις για αυτό. Χρησιμοποιώντας μαθηματική μοντελοποίηση, επιλύονται τα ακόλουθα ζητήματα:

επιλογή των καλύτερων επιλογών για παροχή και αφαίρεση αέρα ·
κατανομή παραμέτρων μικροκλίματος ανά όγκο χώρων ·
αξιολόγηση του αεροδυναμικού καθεστώτος του κτιρίου ·
επιλογή θέσεων για εισαγωγή αέρα και αφαίρεση αέρα.

Τα πεδία της ταχύτητας, της πίεσης, της θερμοκρασίας, των συγκεντρώσεων στο δωμάτιο και στην ατμόσφαιρα σχηματίζονται υπό την επίδραση πολλών παραγόντων, ο συνδυασμός των οποίων είναι δύσκολο να ληφθεί υπόψη στις τεχνικές υπολογιστικές μεθόδους χωρίς τη χρήση υπολογιστή.

Εφαρμογή μαθηματική μοντελοποίησηστα προβλήματα εξαερισμού και αεροδυναμικής βασίζεται στη λύση του συστήματος εξισώσεων Navier - Stokes.

Για να προσομοιωθούν ταραγμένες ροές, είναι απαραίτητο να λυθεί το σύστημα εξισώσεων διατήρησης μάζας και Reynolds (διατήρηση ορμής):

(2)

όπου τ- χρόνος, Χ= Χ θ , ι , κ- χωρικές συντεταγμένες, u=u i , ι , κ - συστατικά του διανύσματος ταχύτητας, R- πιεζομετρική πίεση, ρ - πυκνότητα, τ ij- εξαρτήματα έντασης τάσης, s m- πηγή μάζας, s i- συστατικά της πηγής παλμών.

Ο τανυστής τάσης εκφράζεται ως:

(3)

όπου s ij- ένταση των ρυθμών παραμόρφωσης · δ ij- ένταση πρόσθετων τάσεων που προκύπτουν λόγω της παρουσίας αναταράξεων.

Για πληροφορίες σχετικά με τα πεδία θερμοκρασίας Τκαι συγκέντρωση μεεπιβλαβείς ουσίες, το σύστημα συμπληρώνεται από τις ακόλουθες εξισώσεις:

εξίσωση διατήρησης θερμότητας

εξίσωση διατήρησης παθητικής ακαθαρσίας με

(5)

όπου ντοR- συντελεστής θερμικής ικανότητας, λ - συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας, κ= k i , ι , κείναι ο συντελεστής αναταραχής.

Συντελεστής βασικής αναταραχής κοι βάσεις προσδιορίζονται χρησιμοποιώντας ένα σύστημα εξισώσεων:

(6)

όπου κφά - συντελεστής αναταραχής φόντου, κ f = 1-15 m 2 / s; ε = 0.1-04;

Οι συντελεστές αναταραχής προσδιορίζονται χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις:

(7)

Σε ανοιχτό χώρο με χαμηλή διασπορά, η τιμή κ z καθορίζεται από την εξίσωση:

κ κ = κ 0 z /z 0 ; (8)

όπου κ 0 - τιμή κ κστα ψηλά z 0 (κ 0 = 0,1 m 2 / s στο z 0 = 2 m).

Στην ανοιχτή περιοχή, το προφίλ ταχύτητας ανέμου δεν παραμορφώνεται.

Με άγνωστη ατμοσφαιρική διαστρωμάτωση σε ανοιχτή περιοχή, μπορεί να προσδιοριστεί το προφίλ ταχύτητας ανέμου:

; (9)

όπου z 0 είναι ένα δεδομένο ύψος (ύψος ενός ανεμοδείκτη). u 0 - ταχύτητα ανέμου σε υψόμετρο z 0 ; σι = 0,15.

Υπό την προϋπόθεση (10), το τοπικό κριτήριο Richardson Ριοριζεται ως:

(11)

Ας διαφοροποιήσουμε την εξίσωση (9), εξισώνουμε τις εξισώσεις (7) και (8), από εκεί εκφράζουμε κβάσεις

(12)

Ας εξισώσουμε την εξίσωση (12) με τις εξισώσεις του συστήματος (6). Αντικαθιστούμε (11) και (9) στην ληφθείσα ισότητα, στην τελική μορφή αποκτούμε το σύστημα των εξισώσεων:

(13)

Ο παλλόμενος όρος, ακολουθώντας τις ιδέες του Boussinesq, παριστάνεται ως εξής:

(14)

όπου μ τ- τυρβώδες ιξώδες και πρόσθετοι όροι στις εξισώσεις μεταφοράς ενέργειας και στα συστατικά ακαθαρσιών διαμορφώνονται ως εξής:

(15)

(16)

Το σύστημα εξισώσεων κλείνει χρησιμοποιώντας ένα από τα μοντέλα αναταράξεων που περιγράφονται παρακάτω.

Για ταραγμένες ροές που μελετώνται στην πρακτική εξαερισμού, είναι σκόπιμο να χρησιμοποιηθεί είτε η υπόθεση του Boussinesq σχετικά με τη μικρότητα των μεταβολών της πυκνότητας, είτε η λεγόμενη «υπερηχητική» προσέγγιση. Οι τάσεις του Ρέινολντς θεωρούνται ανάλογες των μέσων χρονικών ρυθμών παραμόρφωσης. Εισάγεται ο συντελεστής τυρβώδους ιξώδους, η έννοια αυτή εκφράζεται ως:

. (17)

Ο πραγματικός συντελεστής ιξώδους υπολογίζεται ως το άθροισμα των μοριακών και ταραγμένων συντελεστών:

(18)

Η "υπερηχητική" προσέγγιση υποθέτει τη λύση, μαζί με τις παραπάνω εξισώσεις, της εξίσωσης της ιδανικής στάθμης αερίου:

ρ = Π/(RT) (19)

όπου Π - πίεση μέσα περιβάλλον; R- σταθερά αερίου.

Για ακριβέστερους υπολογισμούς, η πυκνότητα ακαθαρσίας μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας την τροποποιημένη εξίσωση van der Waals για πραγματικά αέρια και ατμούς

(20)

όπου σταθερές Νκαι Μ- λαμβάνει υπόψη τη συσχέτιση / διάσπαση μορίων αερίου ή ατμού · ένα- λαμβάνει υπόψη άλλες αλληλεπιδράσεις · σι" - λαμβάνοντας υπόψη το μέγεθος των μορίων αερίου, υ = 1 / ρ.

Διαχωρισμός από την εξίσωση (12) της πίεσης Rκαι διαφοροποιώντας τον κατ 'όγκο (λαμβάνοντας υπόψη τη θερμοδυναμική σταθερότητα), θα προκύψει η ακόλουθη σχέση:

. (21)

Αυτή η προσέγγιση καθιστά δυνατή τη σημαντική μείωση του χρόνου υπολογισμού σε σύγκριση με την περίπτωση χρήσης των πλήρων εξισώσεων για συμπιεστό αέριο χωρίς μείωση της ακρίβειας των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται. Δεν υπάρχει αναλυτική λύση στις παραπάνω εξισώσεις. Από αυτή την άποψη, χρησιμοποιούνται αριθμητικές μέθοδοι.

Για την επίλυση προβλημάτων εξαερισμού που σχετίζονται με τη μεταφορά κλιμακωτών ουσιών από μια ταραγμένη ροή, κατά την επίλυση διαφορικές εξισώσειςχρησιμοποιήστε ένα σχήμα διάσπασης για φυσικές διαδικασίες. Σύμφωνα με τις αρχές της διάσπασης, η ολοκλήρωση πεπερασμένων διαφορών των εξισώσεων υδροδυναμικής και μεταφοράς διάχυτης μεταφοράς μιας κλιμακωτής ουσίας σε κάθε χρονικό βήμα Δ τπραγματοποιείται σε δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο, υπολογίζονται οι υδροδυναμικές παράμετροι. Στο δεύτερο στάδιο, οι εξισώσεις διάχυσης λύνονται με βάση τα υπολογισμένα υδροδυναμικά πεδία.

Η επίδραση της μεταφοράς θερμότητας στον σχηματισμό του πεδίου ταχύτητας αέρα λαμβάνεται υπόψη χρησιμοποιώντας την προσέγγιση Boussinesq: ένας πρόσθετος όρος εισάγεται στην εξίσωση κίνησης για το στοιχείο κάθετης ταχύτητας, ο οποίος λαμβάνει υπόψη τις δυνάμεις άνωσης.

Υπάρχουν τέσσερις προσεγγίσεις για την επίλυση προβλημάτων ταραγμένης κίνησης ρευστού:

άμεση μοντελοποίηση "DNS" (λύση μη στατικών εξισώσεων Navier-Stokes).
λύση των μέσων εξισώσεων Reynolds "RANS", το σύστημα των οποίων, ωστόσο, δεν είναι κλειστό και χρειάζεται πρόσθετες σχέσεις κλεισίματος.
μέθοδος μεγάλου στροβιλισμού «LES » , η οποία βασίζεται στη λύση των μη στατικών εξισώσεων Navier - Stokes με την παραμετροποίηση των στροβίλων της κλίμακας υποπλέγματος.
μέθοδος "DES" , που είναι ένας συνδυασμός δύο μεθόδων: στη ζώνη των διαχωρισμένων ροών - "LES" και στην περιοχή της "ομαλής" ροής - "RANS".

Η πιο ελκυστική από την άποψη της ακρίβειας των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται είναι αναμφίβολα η μέθοδος της άμεσης αριθμητικής προσομοίωσης. Ωστόσο, προς το παρόν, οι δυνατότητες της τεχνολογίας υπολογιστών δεν επιτρέπουν ακόμη την επίλυση προβλημάτων με πραγματική γεωμετρία και αριθμούς. Σχετικά με, και με την ανάλυση στροβίλων όλων των μεγεθών. Επομένως, κατά την επίλυση ενός ευρέος φάσματος προβλημάτων μηχανικής, χρησιμοποιούνται αριθμητικές λύσεις των εξισώσεων Reynolds.

Επί του παρόντος, πιστοποιημένα πακέτα όπως "STAR-CD", "FLUENT" ή "ANSYS / FLOTRAN" χρησιμοποιούνται με επιτυχία για την προσομοίωση εργασιών εξαερισμού. Με ένα σωστά διατυπωμένο πρόβλημα και έναν ορθολογικό αλγόριθμο λύσης, ο όγκος των πληροφοριών που λαμβάνονται επιτρέπει στο στάδιο του σχεδιασμού να επιλέξει η καλύτερη επιλογή, αλλά η εκτέλεση υπολογισμών χρησιμοποιώντας αυτά τα προγράμματα απαιτεί κατάλληλη εκπαίδευση και η εσφαλμένη χρήση τους μπορεί να οδηγήσει σε εσφαλμένα αποτελέσματα.

Ως «βασική περίπτωση», μπορεί κανείς να λάβει υπόψη τα αποτελέσματα των γενικά αποδεκτών μεθόδων υπολογισμού υπολοίπου, που καθιστούν δυνατή τη σύγκριση των ολοκληρωμένων τιμών που είναι χαρακτηριστικές του υπό εξέταση προβλήματος.

Ενας από σημαντικά σημείαόταν χρησιμοποιείτε καθολικά συστήματα λογισμικού για την επίλυση προβλημάτων εξαερισμού, είναι η επιλογή ενός μοντέλου αναταράξεων. Μέχρι τώρα είναι γνωστό ένας μεγάλος αριθμός απόδιάφορα μοντέλα αναταραχής που χρησιμοποιούνται για το κλείσιμο των εξισώσεων του Ρέινολντς. Τα μοντέλα αναταραχής ταξινομούνται ανάλογα με τον αριθμό των παραμέτρων για τα χαρακτηριστικά της αναταραχής, αντίστοιχα, μιας παραμέτρου, δύο και τριών παραμέτρων.

Τα περισσότερα ημι-εμπειρικά μοντέλα στροβιλισμού, με τον έναν ή τον άλλο τρόπο, χρησιμοποιούν την «υπόθεση της τοποθεσίας του μηχανισμού αναταραχής μεταφοράς», σύμφωνα με την οποία ο μηχανισμός της τυρβώδους μεταφοράς ορμής προσδιορίζεται πλήρως καθορίζοντας τα τοπικά παράγωγα των μέσων ταχυτήτων και φυσικές ιδιότητεςυγρά. Αυτή η υπόθεση δεν λαμβάνει υπόψη την επίδραση των διαδικασιών που συμβαίνουν πολύ μακριά από το υπό εξέταση σημείο.

Τα πιο απλά είναι μοντέλα μιας παραμέτρου που χρησιμοποιούν την έννοια του τυρβώδους ιξώδους «n τ», Και η αναταραχή θεωρείται ότι είναι ισότροπη. Τροποποιημένη έκδοση του μοντέλου "n τ-92 "συνιστάται για μοντελοποίηση πίδακας και διαχωρισμένων ροών. Το μοντέλο μιας παραμέτρου "S-A" (Spalart-Almaras), το οποίο περιέχει την εξίσωση μεταφοράς για την ποσότητα, δίνει επίσης καλή συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα.

Η έλλειψη μοντέλων με μία μόνο εξίσωση μεταφοράς οφείλεται στο γεγονός ότι δεν διαθέτουν πληροφορίες σχετικά με την κατανομή της κλίμακας αναταράξεων μεγάλο... Κατά το ποσό μεγάλοεπηρεάζονται οι διαδικασίες μεταφοράς, οι μέθοδοι σχηματισμού αναταράξεων, η διάχυση της τυρβώδους ενέργειας. Καθολική εξάρτηση για τον προσδιορισμό μεγάλοδεν υπάρχει. Εξίσωση για την κλίμακα της αναταραχής μεγάλοσυχνά αποδεικνύεται ότι είναι ακριβώς η εξίσωση που καθορίζει την ακρίβεια του μοντέλου και, κατά συνέπεια, την περιοχή εφαρμογής του. Βασικά, το πεδίο εφαρμογής αυτών των μοντέλων περιορίζεται σε σχετικά απλές ροές διάτμησης.

Σε μοντέλα δύο παραμέτρων, εκτός από την κλίμακα αναταράξεων μεγάλο, ο ρυθμός διάχυσης της τυρβώδους ενέργειας χρησιμοποιείται ως δεύτερη παράμετρος . Τέτοια μοντέλα χρησιμοποιούνται συχνότερα στη σύγχρονη υπολογιστική πρακτική και περιέχουν τις εξισώσεις της αναταραχής μεταφοράς ενέργειας και της διάχυσης ενέργειας.

Ένα πολύ γνωστό μοντέλο περιλαμβάνει εξισώσεις για τη μεταφορά ενέργειας στροβιλισμού κ και ο ρυθμός διάχυσης της ταραγμένης ενέργειας ε. Μοντέλα όπως " κ- ε " μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για ροές κοντά στον τοίχο όσο και για πιο πολύπλοκες διαχωρισμένες ροές.

Μοντέλα δύο παραμέτρων χρησιμοποιούνται στην έκδοση Reynolds χαμηλού και υψηλού. Στην πρώτη, λαμβάνεται άμεσα υπόψη ο μηχανισμός αλληλεπίδρασης μοριακής και τυρβώδους μεταφοράς κοντά σε μια στερεή επιφάνεια. Στην έκδοση υψηλής Reynolds, ο μηχανισμός της ταραγμένης μεταφοράς κοντά σε ένα στερεό όριο περιγράφεται από ειδικές συναρτήσεις κοντά στον τοίχο που συσχετίζουν τις παραμέτρους ροής με την απόσταση από τον τοίχο.

Προς το παρόν, τα πιο ελπιδοφόρα μοντέλα περιλαμβάνουν τα μοντέλα SSG και Gibson-Launder, τα οποία χρησιμοποιούν μια μη γραμμική σχέση μεταξύ του ταραγμένου τανυστήρα τάσης Reynolds και του τανυστή των μέσων ρυθμών παραμόρφωσης. Σχεδιάστηκαν για να βελτιώσουν την πρόβλεψη των ρευμάτων διαχωρισμού. Δεδομένου ότι όλα τα στοιχεία τανυστή υπολογίζονται σε αυτά, απαιτούν μεγάλους πόρους υπολογιστών σε σύγκριση με μοντέλα δύο παραμέτρων.

Για πολύπλοκες διαχωρισμένες ροές, ορισμένα πλεονεκτήματα αποκαλύφθηκαν με τη χρήση μοντέλων μίας παραμέτρου «n τ-92 "," S-A "στην ακρίβεια της πρόβλεψης των παραμέτρων ροής και στον ρυθμό μέτρησης σε σύγκριση με μοντέλα δύο παραμέτρων.

Για παράδειγμα, το πρόγραμμα "STAR-CD" προβλέπει τη χρήση μοντέλων όπως " κ- e ”, Spalart - Almaras,“ SSG ”,“ Gibson -Launder ”, καθώς και η μέθοδος των μεγάλων στροβιλισμάτων“ LES ”, και η μέθοδος“ DES ”. Οι δύο τελευταίες μέθοδοι είναι πιο κατάλληλες για τον υπολογισμό της κίνησης του αέρα σε πολύπλοκες γεωμετρικές συνθήκες, όπου θα εμφανιστούν πολυάριθμες χωρισμένες περιοχές δίνης, αλλά απαιτούν μεγάλους υπολογιστικούς πόρους.

Τα αποτελέσματα του υπολογισμού εξαρτώνται σημαντικά από την επιλογή του υπολογιστικού πλέγματος. Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται ειδικά προγράμματα συγχώνευσης. Τα πλέγματα μπορούν να έχουν διαφορετικά σχήματα και μεγέθη για να ταιριάζουν καλύτερα στη συγκεκριμένη εφαρμογή σας. Ο απλούστερος τύπος πλέγματος είναι όταν τα κελιά είναι ίδια και έχουν κυβικό ή ορθογώνιο σχήμα. Τα καθολικά προγράμματα υπολογιστών που χρησιμοποιούνται σήμερα στην πρακτική της μηχανικής επιτρέπουν την εργασία σε αυθαίρετα μη δομημένα δίκτυα.

Για να εκτελέσετε υπολογισμούς για την αριθμητική προσομοίωση προβλημάτων εξαερισμού, είναι απαραίτητο να ορίσετε τις οριακές και αρχικές συνθήκες, δηλ. τιμές εξαρτημένων μεταβλητών ή κανονικές κλίσεις τους στα όρια του υπολογιστικού τομέα.

Προδιαγραφή με επαρκή βαθμό ακρίβειας των γεωμετρικών χαρακτηριστικών του υπό μελέτη αντικειμένου. Για τους σκοπούς αυτούς, είναι δυνατόν να προταθούν για την κατασκευή τρισδιάστατων μοντέλων πακέτα όπως "SolidWorks", "Pro / Engeneer", "NX Nastran". Κατά την κατασκευή ενός υπολογιστικού πλέγματος, ο αριθμός των κελιών επιλέγεται έτσι ώστε να ληφθεί μια αξιόπιστη λύση με ελάχιστο χρόνο υπολογισμού. Θα πρέπει να επιλεγεί ένα από τα ημι-εμπειρικά μοντέλα αναταραχής που είναι πιο αποτελεσματικό για την υπό εξέταση ροή.

V συμπέρασμαπροσθέτουμε ότι είναι απαραίτητη η καλή κατανόηση της ποιοτικής πλευράς των συνεχιζόμενων διαδικασιών προκειμένου να διατυπωθούν σωστά οι οριακές συνθήκες του προβλήματος και να αξιολογηθεί η αξιοπιστία των αποτελεσμάτων. Η μοντελοποίηση των εκπομπών αερισμού στο στάδιο του σχεδιασμού των εγκαταστάσεων μπορεί να θεωρηθεί ως μία από τις πτυχές της μοντελοποίησης πληροφοριών που αποσκοπεί στη διασφάλιση της περιβαλλοντικής ασφάλειας της εγκατάστασης.

Αναθεωρητές:

Volikov Anatoly Nikolaevich, Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών, Καθηγητής του Τμήματος Προμήθειας Θερμότητας και Αερίου και Προστασίας Λεκάνης Αέρος, FGBOU VPOI "SPBGASU", Αγία Πετρούπολη.
Polushkin Vitaly Ivanovich, Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών, Καθηγητής, Καθηγητής του Τμήματος Θέρμανσης, Εξαερισμού και Κλιματισμού, FGBOU VPO "SPbGASU", Αγία Πετρούπολη.

Βιβλιογραφική αναφορά

Datsyuk T.A., Sauts A.V., Yurmanov Β.Ν., Taurit V.R. ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΩΝ ΑΕΡΙΣΜΟΥ // Σύγχρονα προβλήματα της επιστήμης και της εκπαίδευσης. - 2012. - Αρ. 5.
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=6744 (ημερομηνία πρόσβασης: 17/10/2019). Σας παρουσιάζουμε τα περιοδικά που εκδίδονται από την "Ακαδημία Φυσικών Επιστημών"

Η αποστολή της καλής εργασίας σας στη βάση γνώσεων είναι απλή. Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα

Φοιτητές, μεταπτυχιακοί φοιτητές, νέοι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τη βάση γνώσεων στις σπουδές και την εργασία τους θα σας είναι πολύ ευγνώμονες.

Παρόμοια έγγραφα

Βασικές αρχές λειτουργίας του συστήματος αυτόματο έλεγχοπαροχή και εξαερισμός καυσαερίων, κατασκευή και μαθηματική περιγραφή. Εξοπλισμός τεχνολογική διαδικασία... Επιλογή και υπολογισμός του ρυθμιστή. Μελέτη της σταθερότητας του ATS, δείκτες της ποιότητάς του.

έγγραφο όρου, προστέθηκε 16/02/2011

γενικά χαρακτηριστικάκαι σκοπός, πεδίο πρακτικής εφαρμογής του συστήματος αυτόματου ελέγχου για παροχή και εξαερισμό καυσαερίων. Αυτοματοποίηση της διαδικασίας ρύθμισης, των αρχών της και των σταδίων εφαρμογής της. Η επιλογή κεφαλαίων και η οικονομική τους αιτιολόγηση.

διατριβή, προστέθηκε 04/10/2011

Ανάλυση των υφιστάμενων τυπικών σχεδίων αυτοματισμού αερισμού σε καταστήματα παραγωγής. Μαθηματικό μοντέλο της διαδικασίας εξαερισμού βιομηχανικούς χώρους, επιλογή και περιγραφή εργαλείων και στοιχείων ελέγχου αυτοματισμού. Υπολογισμός του κόστους ενός έργου αυτοματισμού.

διατριβή, προστέθηκε 06/11/2012

Συγκριτική ανάλυση τεχνικά χαρακτηριστικά τυπικά σχέδιαπύργους ψύξης. Στοιχεία συστημάτων ύδρευσης και ταξινόμησή τους. Μαθηματικό μοντέλο της διαδικασίας παροχής νερού κυκλοφορίας, επιλογή και περιγραφή εξοπλισμού αυτοματισμού και στοιχείων ελέγχου.

διατριβή, προστέθηκε 09/04/2013

Γενικά χαρακτηριστικά του αγωγού πετρελαίου. Κλιματικά και γεωλογικά χαρακτηριστικά της περιοχής. Γενική διάταξη του αντλιοστασίου. Αντλιοστάσια κορμού και αγροτεμάχιο PS-3 "Almetyevsk". Υπολογισμός του συστήματος εξαερισμού τροφοδοσίας και εξάτμισης του αντλιοστασίου.

διατριβή, προστέθηκε 17/04/2013

Ανάλυση της ανάπτυξης ενός σχεδίου σχεδιασμού για ένα διακοσμητικό μπαστούνι. Η Εραλδική ως ειδικός κλάδος που ασχολείται με τη μελέτη των θυρεών. Μέθοδοι για την κατασκευή εργαλείων για μοντέλα που μοιάζουν με κερί. Στάδια υπολογισμού τροφοδοσίας και εξαερισμού για το διαχωριστικό διαμέρισμα.

διατριβή, προστέθηκε 01/26/2013

Περιγραφή της εγκατάστασης ως αντικειμένου αυτοματισμού, επιλογές βελτίωσης της τεχνολογικής διαδικασίας. Υπολογισμός και επιλογή στοιχείων ενός συγκροτήματος τεχνικών μέσων. Υπολογισμός του συστήματος αυτόματου ελέγχου. Ανάπτυξη λογισμικού εφαρμογών.

διατριβή, προστέθηκε 24/11/2014