Modelarea matematică a ventilației plantelor. Probleme moderne de știință și educație Modelul matematic al ventilației subtile

1

Lucrarea discută procesele de modelare a ventilației și dispersia emisiilor sale în atmosferă. Modelarea se bazează pe rezolvarea sistemului Navier-Stokes, legile de conservare a masei, pulsului, căldurii. Sunt luate în considerare diverse aspecte ale soluției numerice ale acestor ecuații. Se propune un sistem de ecuații care vă permite să calculați valoarea coeficientului de fundal al turbulenței. Pentru aproximarea ipocoului, a fost propusă o soluție împreună cu ecuațiile stării de gaze reale perfecte și aburului dat în articol prin ecuațiile de hidrozodinamică. Această ecuație este o modificare a ecuației van der Waals și ia în considerare cu mai precis dimensiunea moleculelor de gaz sau abur și interacțiunea acestora. Pe baza condițiilor stabilității termodinamice, a fost obținută o relație, ceea ce face posibilă excluderea rădăcinilor fizice imposibile în rezolvarea ecuației în raport cu volumul. Se efectuează analiza modelelor bine cunoscute și a pachetelor de hidrozodinamice de calcul.

modelare

ventilare

turbulenţă

ecuațiile de TeplomassPerenos

ecuația de stare

gaz real.

disipare

1. Berilind M. E. Probleme moderne Difuzia atmosferică și contaminarea atmosferei. - L.: Hydrometeoisdat, 1975. - 448 p.

2. Belyaev N. N. Modelarea procesului de dispersie a gazelor toxice în condiții de construcție // Buletin Dieta. - 2009. - № 26 - p. 83-85.

3. Byzov N. L. Studii experimentale de difuzie atmosferică și calcule ale împrăștierii impurităților / N. L. Byzov, E. K. Gerger, V. N. Ivanov. - l.: Hydrometeoizdat, 1985. - 351 p.

4. Datsyuk T. A. Modelarea dispersiei emisiilor de ventilație. - St. Petersburg: SpbGas, 2000. - 210 s.

5. Sapet A. V. Aplicarea algoritmilor pentru grafică cognitivă și metode de analiză matematică pentru a studia proprietățile termodinamice ale izobutanului R660A pe linia de saturație: Grant nr. 2C / 10: Raportul privind NIR (încheiat.) / Govpo SpbGas; Mâinile. Gorokhov V.L., IZ.: Sauts A.V.- SPB, 2011.- 30 p.: Il.- Bibliogr. 30.- Nu GR 01201067977.-INV. №02201158567.

Introducere

La proiectarea complexelor de producție și a obiectelor unice, problemele legate de asigurarea calității aerului și a parametrilor normalizați ai microclimatului ar trebui să fie justificate. Având în vedere prețul ridicat al producției, instalării și funcționării sistemelor de ventilație și aer condiționat, cerințe sporite pentru calculele ingineriei. Pentru alegerea rațională soluții de proiectare În domeniul ventilației, este necesar să se poată analiza situația ca întreg, adică. Revedeți relația spațială a proceselor dinamice care apar în interior și atmosferă. Evaluați eficacitatea ventilației, care depinde nu numai de cantitatea de aer furnizată în cameră, ci și din schema de distribuție și concentrare a aerului adoptat substanțe dăunătoare În aerul exterior în locația admisiei de aer.

Scopul articolului - utilizarea dependențelor analitice prin care se efectuează calculele numărului de descărcare dăunătoare, determină dimensiunea canalelor, a conductelor de aer, a minelor și a alegerii metodei de tratare a aerului etc. În acest caz, este recomandabil să utilizați produsul software "flux" cu modulul "VSV". Pentru a pregăti datele sursă, este necesar ca prezența schemelor de sisteme de ventilație proiectate, indicând lungimile parcelelor și costurile de aer în zonele finale. Datele de intrare pentru calcul reprezintă o descriere a sistemelor de ventilație și a cerințelor pentru acesta. Folosind modelare matematică, sunt rezolvate următoarele întrebări:

  • alegerea opțiunilor optime pentru hrănirea și îndepărtarea aerului;
  • distribuția parametrilor de microclimat în termeni de încăperi;
  • evaluarea modului de dezvoltare aerodinamică;
  • selectarea locurilor de admisie a aerului și îndepărtarea aerului.

Câmpul de viteză, presiune, temperatură, concentrații în cameră și atmosferă sunt formate sub acțiunea unei multitudini de factori, dintre care combinația este destul de dificil de luat în considerare în metodele de inginerie, fără a aplica computere.

Utilizarea modelării matematice în sarcinile de ventilație și aerodinamica se bazează pe rezolvarea sistemului de ecuații Navier - Stokes.

Pentru a simula fluxurile turbulente, este necesar să se rezolve un sistem de ecuații de conservare în masă și Reynolds (economisire a impulsurilor):

(2)

unde t. - timpul, X.= X I. , J. , K. - coordonatele spațiale, u.=u I. , J. , K. - componente vectoriale de viteză r. - presiune piezometrică, ρ - densitate, τ IJ. - componentele tensorului de stres, s M. - sursa de masă, s I. - Componentele sursei pulsului.

Tensorul de stres este exprimat în formă:

(3)

unde s ij. - Tensorul ratei de tensiune; Δ. IJ. - tensor de stres suplimentar care apare din cauza prezenței turbulențelor.

Pentru informații despre câmpurile de temperatură T.și concentrarea din Substanțele nocive sunt completate de următoarele ecuații:

ecuația de menținere a cantității de căldură

ecuația pasivă de impuritate din

(5)

unde C. R. - coeficientul de capacitate de căldură, λ este coeficientul conductivității termice, k.= k I. , J. , K. - Coeficientul de turbulență.

Coeficientul de bază al turbulențelor k. Bazele sunt determinate utilizând sistemul de ecuație:

(6)

unde k. F. - coeficientul de fond al turbulenței, k. F \u003d 1-15 m 2 / s; ε \u003d 0,1-04;

Coeficienții de turbulență sunt determinați utilizând ecuații:

(7)

Într-o zonă deschisă la disipare scăzută, valoarea k. Z este determinat prin ecuație:

k K. = k. 0 z. /z. 0 ; (8)

unde k. 0 - valoare k K. la inaltime z. 0 (k. 0 \u003d 0,1 m 2 / s z. 0 \u003d 2 m).

În zona deschisă, profilul vitezei vântului nu este deformat, adică.

Cu stratificarea necunoscută a atmosferei în zona deschisă, profilul vitezei vântului poate fi determinat:

; (9)

unde z 0 este înălțimea setată (înălțimea vremii); u. 0 - Viteza vântului la înălțime z. 0 ; B. = 0,15.

Sub rezerva condiției (10) Criteriul local Richardson Ri. Determinată ca:

(11)

Diferențiați ecuația (9), egalizarea ecuațiilor (7) și (8), exprima de acolo k. Baz.

(12)

Noi echivalează ecuația (12) cu ecuațiile de sistem (6). În egalitatea rezultată, înlocuim (11) și (9), în forma finală obținem sistemul de ecuații:

(13)

Elementul de pulsare, în urma ideilor Boussinesca, apare în forma:

(14)

unde μ. T. - Viscozitatea turbulentă și membrii suplimentari în ecuațiile de transfer energetic și componentele impurităților sunt simulate după cum urmează:

(15)

(16)

Închiderea sistemului de ecuații are loc cu unul dintre modelele de turbulență descrise mai jos.

Pentru fluxurile turbulente studiate în practica de ventilație, este recomandabil să utilizați ipoteza Bousinescului despre micul schimbărilor de densitate sau așa-numita armonizare "ipocoo". Reynolds Tensiunile sunt considerate proporționale cu ratele de deformări. Este introdus un coeficient de vâscozitate turbulentă, acest concept este exprimat ca:

. (17)

Coeficientul efectiv de vâscozitate este calculat ca suma coeficienților moleculari și turbulenți:

(18)

Apropierea "ipocoului" implică o soluție în legătură cu ecuațiile de ecuație de mai sus ale poziției gazului ideal de mai sus:

ρ = p./(Rt) (19)

unde p. - Presiunea B. mediu inconjurator; R. - Constanta de gaze.

Pentru calcule mai precise, densitatea impurității poate fi determinată utilizând o ecuație modificată Van der Waals pentru gazele reale și vaporii

(20)

unde constantele N. și M. - să ia în considerare asocierea / disocierea moleculelor de gaz sau abur; dar - ia în considerare altă interacțiune; b." - luând în considerare dimensiunea moleculelor de gaz; υ \u003d 1 / ρ.

Evidențierea presiunii din ecuația (12) r. Și diferențierea acestuia în volum (contabilizarea stabilității termodinamice) va fi următorul raport:

. (21)

Această abordare poate reduce semnificativ momentul calculelor în comparație cu utilizarea ecuațiilor complete pentru gazul comprimabil, fără a reduce acuratețea rezultatelor obținute. Soluția analitică a ecuațiilor de mai sus nu există. În acest sens, sunt utilizate metode numerice.

Pentru a rezolva problemele de ventilație asociate cu transferul fluxului turbulent al substanțelor scalare, în rezolvarea ecuațiilor diferențiale, se utilizează circuitul de despicare pe procesele fizice. Conform principiilor divizării, desigur, diferența de integrare a ecuațiilor de hidrodinamică și transmiterea convectivă-difuză a substanței scalare la fiecare dată când δ t. efectuate în două etape. În prima etapă, se calculează parametrii hidrodinamici. În a doua etapă, ecuațiile de difuzie sunt rezolvate pe baza câmpurilor hidrodinamice calculate.

Efectul transferului de căldură asupra formării câmpului de viteză a aerului este luat în considerare prin ajutorul armonizării Boussinesca: un termen suplimentar este introdus în componenta verticală a vitezei, care ia în considerare forțele de flotabilitate.

Pentru a rezolva problemele de mișcare turbulentă a fluidului, sunt cunoscute patru abordări:

  • modelarea directă "DNS" (soluție de nontationary - ecuații Stokes);
  • soluția ecuațiilor medii de Rens Reynolds, din care sistemul, cu toate acestea, este deblocată și are nevoie de rapoarte suplimentare de scurtcircuit suplimentar;
  • metoda de vigoare mari "les » care se bazează pe soluționarea ecuațiilor non-staționare - Stokes cu parametrizarea vârtejului de subsudență;
  • des. , care este o combinație de două metode: în zona fluxurilor de rupere - "les" și în zona "Fluxul" neted "-" Rans ".

Cea mai atractivă în ceea ce privește exactitatea rezultatelor obținute este, fără îndoială, metoda de modelare numerică directă. Cu toate acestea, în prezent posibilitățile de calcul tehnologia nu permit încă rezolvarea problemelor cu geometria și numerele reale Re.și cu rezoluția voturilor de toate dimensiunile. Prin urmare, atunci când se rezolvă o gamă largă de probleme de inginerie, sunt utilizate soluțiile numerice ale ecuațiilor Reynolds.

Utilizate în prezent pentru a simula sarcini de ventilație Pachete certificate, cum ar fi Star-Cd, "Fluent" sau "ANSYS / FLTRAN". Cu o problemă corect formulată și algoritmul soluției raționale, volumul obținut de informații vă permite să alegeți în stadiul de proiectare optiune optimăDar executarea calculelor care utilizează datele programului necesită o formare adecvată, iar utilizarea lor incorectă poate duce la rezultate eronate.

Ca o "versiune de bază", putem lua în considerare rezultatele metodelor echilibrate în general acceptate, care vă permit să comparați valorile integrate caracteristice problemei în cauză.

Unul dintre momente importante Când utilizați pachete de software universale pentru a rezolva sarcinile de ventilație, se selectează modelul de turbulență. Până în prezent, este cunoscut un numar mare de Diferite modele de turbulențe care sunt utilizate pentru a închide ecuațiile Reynolds. Modelele de turbulență sunt clasificate în funcție de numărul de parametri pentru caracteristicile turbulențelor, respectiv, parametrul unic, două și trei parametri.

Majoritatea modelelor de turbulențe semi-empirice, într-un fel sau altul, utilizează "ipoteza localității mecanismului de transfer turbulent", conform căreia mecanismul de transfer de impulsuri turbulente este determinat pe deplin de sarcina derivatelor locale din vitele medii și proprietăți fizice lichide. Influența proceselor care apar departe de punctul în cauză, această ipoteză nu ia în considerare.

Cele mai simple sunt modele unu parametrice care utilizează conceptul de vâscozitate turbulentă "n T.", Iar turbulența se presupune a fi izotropă. Versiune modificată a modelului "n T.-92 "este recomandat la modelarea fluxurilor de cerneală și decupare. O bună coincidență cu rezultatele experimentului oferă, de asemenea, un model de un singur parametru "S-A" (Spoolder - Almaras), care conține ecuația de transfer pentru magnitudine.

Lipsa modelelor cu o singură ecuație de transfer este asociată cu faptul că acestea nu au informații despre distribuția turbulențelor L.. Prin magnitudine L. Procesele de transfer, metodele de formare a turbulențelor, disiparea energiei turbulente sunt influențate. Dependența versatilă pentru a determina L. nu exista. Ecuația turbulențelor. L. Deseori se transformă exact la ecuația care determină acuratețea modelului și, în consecință, aplicabilitatea acestuia. Practic, domeniul de aplicare al acestor modele este limitat la fluxurile de schimb relativ simple.

În modelele cu două parametri, cu excepția amplorii turbulențelor L.folosit ca al doilea parametru viteza de disipare a energiei turbulente . Astfel de modele sunt utilizate în mod obișnuit în practica modernă de calcul și conțin ecuațiile de transfer de energie de turbulență și disiparea energiei.

Modelul bine cunoscut, inclusiv ecuațiile de energie turbulențe k. și viteza de disipare a energiei turbulente ε. Modele precum " k.- e » acesta poate fi folosit atât pentru curenții intensivi, cât și pentru fluxurile mai complexe de rupere.

Modelele cu două parametri sunt utilizate în versiunea cu axă scăzută și înaltă. În primul rând, mecanismul de interacțiune al transferului molecular și turbulent în apropierea suprafeței solide este luat în considerare direct. Într-o versiune înaltă, mecanismul de transfer turbulent în apropierea limitei solide este descris de funcții speciale de intrare care leagă parametrii debitului cu distanța până la perete.

În prezent, cele mai promițătoare includ modelele SSG și Gibson-spălat, care utilizează un tensor neliniar de tensiuni turbulente din Reynolds și un tensor al ratelor de deformare medii. Ei au fost dezvoltați pentru a îmbunătăți predicția fluxurilor de rupere. Deoarece acestea calculează toate componentele tensorilor, acestea necesită resurse mari de calculator comparativ cu modelele cu două parametri.

Pentru fluxurile perturbatoare complexe, unele avantaje au evidențiat utilizarea modelelor cu un singur parametru "n T.-92 "," S-A "cu acuratețea predicției parametrilor de flux și la rata contului, comparativ cu modelele cu două parametri.

De exemplu, în programul STAR-CD, utilizarea modelelor de tip " k-e ", Spookerta - Almaras," SSG "," Gibson-spălare ", precum și metoda de voturi mari" les "și metoda des. Ultimele două metode sunt mai bine potrivite pentru calcularea mișcării aerului într-o geometrie complexă, unde vor apărea numeroase zone de vatex de rupere, dar necesită resurse mari de calcul.

Rezultatele calculelor sunt semnificativ dependente de selectarea rețelei computaționale. În prezent, sunt utilizate programe speciale pentru construirea de grile. Mesh Cells pot avea o altă formă și dimensiuni care sunt cel mai potrivite pentru a rezolva o sarcină specifică. Cea mai simplă suprafață a grilajului, când celulele sunt aceleași și au o formă cubică sau dreptunghiulară. Programele de computere universale utilizate acum în practica ingineriei vă permit să lucrați la rețelele arbitrare nestructurate.

Pentru a efectua calculele modelării numerice a sarcinilor de ventilație, este necesar să se solicite condițiile limită și inițiale, adică valorile variabilelor dependente sau gradientele lor normale la limitele zonei de decontare.

Sarcină cu un grad suficient de precizie a caracteristicilor geometrice ale obiectului studiat. În aceste scopuri, se recomandă construirea unor modele tridimensionale astfel de pachete, cum ar fi "SolidWorks", "Pro / Engeneer", "Nx Nastran". La construirea unei grilă calculată, numărul de celule este selectat astfel încât să se obțină o soluție fiabilă la un timp minim de calcul. Selectați unul dintre modelele de turbulențe semi-empirice, care este cel mai eficient pentru fluxul în cauză.

ÎN concluzie Adăum că o bună înțelegere a părții calitative a proceselor care apar este necesară pentru a formula corect condițiile limită ale sarcinii și pentru a evalua acuratețea rezultatelor. Modelarea emisiilor de ventilație în stadiul de proiectare a obiectelor pot fi considerate ca fiind un aspect al modelării informațiilor care vizează asigurarea siguranței mediului a obiectului.

Recenzenii:

  • Volikov Anatoly Nikolaevich, Doctor de Științe Tehnice, profesor de Departamentul de Heat-Goes și Protecția Bazinului Air, FGBou VPOU ", Sf. Petersburg.
  • Polushkin Vitaly Ivanovich, Doctor de Științe Tehnice, Profesor, profesor de Departamentul de Încălzire, Ventilație și Aer condiționat, FGBou VPO SpbGas, St. Petersburg.

Referință bibliografică

Datsyuk T.A., Sautz A.V., YUMANOV B.N., TAURIT V.R. Modelarea proceselor de ventilație // Probleme moderne ale științei și educației. - 2012. - № 5;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id\u003d6744 (data manipulării: 10/17/2019). Vă aducem în atenția dvs. revistele care publică în editura "Academia de Științe Naturale"

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplă. Utilizați formularul de mai jos

Elevii, studenți absolvenți, tineri oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Documente similare

    Elementele de bază ale funcționării sistemului control automat influențarea ventilație de evacuare, Construcția și o descriere matematică. Echipamente proces tehnologic. Selectarea și calculul autorității de reglementare. Studiul stabilității SAR, indicatorii de calitate.

    cursuri, a fost adăugată 02/16/2011

    caracteristici generale și numirea, aplicarea practică a sistemului de control automat suport și ventilație de evacuare. Automatizarea procesului de reglementare, principiile și etapele sale de implementare. Alegerea fondurilor și raționamentul lor economic.

    teza, a fost adăugată 04/10/2011

    Analiza sistemelor de automatizare tipică de ventilație existente ateliere de lucru. Model matematic Procesul de ventilație a spațiilor industriale, alegerea și descrierea instrumentelor și comenzilor de automatizare. Calcularea costului proiectului de automatizare.

    teza, a adăugat 11.06.2012

    Analiza comparativa caracteristici tehnice structuri tipice Gradiren. Elemente ale sistemelor de alimentare cu apă și clasificarea acestora. Modelul matematic al procesului de alimentare cu apă rotativă, selectarea și descrierea instrumentelor și comenzilor de automatizare.

    teza, a fost adăugată 04.09.2013

    Caracteristicile generale ale conductei. Caracteristicile climatice și geologice ale site-ului. Planul de master pentru stația de pompare. Pompe principale și parcul rezervorului NPS-3 "Almetyevsk". Calculul sistemului de ventilație de alimentare și evacuare al magazinului de pompe.

    teza, a fost adăugată 04/17/2013

    Analiza dezvoltării unui proiect de proiectare a bastoanelor decorative. Heraldică ca o disciplină specială angajată în studiul stema. Modalități de a face echipament pentru modele de ceară. Etapele de calculare a alimentării și a ventilației de evacuare pentru compartimentul de topire.

    teza, a fost adăugată 01/26/2013

    Descrierea instalării ca obiect de automatizare, opțiuni pentru îmbunătățirea procesului tehnologic. Calculul și selectarea elementelor unui complex de mijloace tehnice. Calculul sistemului de control automat. Dezvoltarea software-ului de aplicație.

    teza, a adăugat 24.11.2014

Prognoza regimul termic În zonele servite este o sarcină multifactorică. Se știe că modul termic este creat folosind sisteme de încălzire, ventilație și aer condiționat. Cu toate acestea, la proiectarea sistemelor de încălzire, impactul fluxurilor de aer create de restul sistemelor nu este luat în considerare. În parte, acest lucru este justificat de faptul că efectul fluxurilor de aer asupra regimului termic poate fi nesemnificativ la mobilitatea aerului de reglementare în zonele servite.

Sisteme de aplicații încălzire radiantă Necesită noi abordări. Aceasta include necesitatea de a îndeplini normele de iradiere umană la locul de muncă și contabilizarea distribuției căldurii radiante pe suprafețele interioare ale structurilor de închidere. La urma urmei, cu încălzire radiantă, aceste suprafețe sunt de preferință încălzite, care, la rândul lor, dau căldură în cameră cu convecție și radiații. Este în dealul astea, este susținută temperatura necesară a aerului intern.

De regulă, pentru majoritatea tipurilor de camere, împreună cu sistemele de încălzire, este necesar un dispozitiv pentru sisteme de ventilație. Deci, atunci când utilizați sisteme de încălzire cu radiant, camera trebuie să fie echipată cu sisteme de ventilație. Schimbul minim de aer de spații cu eliberarea de gaze nocive și vapori stipulate SP 60.13330.12. Încălzire ventilație și aer condiționat și nu este mai puțin unică și la o înălțime mai mare de 6 m - cel puțin 6 m 3 pe o suprafață de 2 m 2. În plus, performanța sistemelor de ventilație este determinată și de scopul spațiilor și se calculează din condițiile de asimilare a diviziilor de căldură sau de gaze sau de compensare a soarelor locale. Bineînțeles, magnitudinea schimbului de aer trebuie verificată și pe starea de asimilare a produselor de combustie. Compensarea volumului de aer eliminat este efectuată de sisteme ventilație de aprovizionare. În același timp, un rol semnificativ în formarea regimului termic în zonele deservite aparține jetului de aprovizionare și căldurii introduse de acestea.

Metoda și rezultatele cercetării

Astfel, este necesar să se dezvolte un model matematic aproximativ de procese complexe de transfer de căldură și de masă care apar într-o cameră cu încălzire și ventilație radiantă. Modelul matematic este un sistem de ecuații de balanțe termice aer-termice pentru volume și suprafețe caracteristice ale camerei.

Soluția de sistem vă permite să determinați parametrii aerului în zonele servite când diferite opțiuni Plasarea dispozitivelor de încălzire radiante luând în considerare influența sistemelor de ventilație.

Construirea unui model matematic ia în considerare un exemplu al unei camere de producție echipate cu un sistem de încălzire radiantă și având alte surse de generare de căldură. Fluxurile de căldură de la emițătoare sunt distribuite după cum urmează. Fluxurile convective se ridică la zona superioară sub suprapunere și dau căldura suprafeței interioare. Componenta radiantă a fluxului termic al emițătorului este percepută de suprafețele interioare ale modelelor de cameră exterioare. La rândul lor, aceste suprafețe oferă aer și radiații interioare de convecție termică - alte suprafețe interne. O parte din căldură este transmisă prin intermediul designului exterior al aerului exterior. Circuitul de schimb de căldură calculat este prezentat în fig. 1a.

Building Matmodel ia în considerare pe exemplul unei camere de producție echipate cu un sistem de încălzire radiantă și având alte surse de generare de căldură. Fluxurile convective se ridică la zona superioară sub suprapunere și dau căldura suprafeței interioare. Componenta radiantă a fluxului termic al emițătorului este percepută de suprafețele interioare ale structurilor camerei exterioare

Apoi, considerăm construcția circulației fluxurilor de aer (figura 1B). Vom lua o schemă a organizării schimbului de aer "de sus". Aerul este servit într-o sumă M. PR în direcția zonei deservite și este îndepărtată din zona superioară cu consum M. în \u003d. M. Ave. La nivelul superior al zonei servite, fluxul de aer din jet este M. Pagina Creșterea fluxului de aer în jetul de alimentare se datorează aerului de circulație deconectat de jetul.

Introducem limitele condiționate ale fluxurilor - suprafețele pe care numai componentele normale au viteze. În fig. 1b limitele fluxurilor sunt afișate de linia de bord. Apoi evidențiam volumele calculate: zona servită (spațiu cu o ședere constantă a oamenilor); Fluxuri complete și fluxuri convective așezate. Direcția fluxurilor convective așezate depinde de raportul dintre temperatura suprafeței interioare a structurilor de îmbunătățire externă și a aerului înconjurător. În fig. 1B prezintă o schemă cu un flux convectiv fără drop-down.

Deci, temperatura aerului din zona deservită t. WZ este format ca urmare a amestecării aerului de jeturi de aprovizionare, fluxurile convective utilizate și conversia căldurii convective de la suprafețe interne Paul și pereții.

Luând în considerare schemele de schimb de căldură și de circulație dezvoltate (figura 1), ecuațiile balanțelor de aer termic pentru volumul selectat:

Aici din - capacitatea de căldură a aerului, J / (kg · ° C); Q. de la - puterea sistemului de încălzire cu radiant gaz, W; Q. cu I. Q.* C - Transferul de căldură convective în suprafețele interioare ale peretelui în zona servită și peretele deasupra zonei deservite, W; t. pagină t. C I. t. WZ - temperatura aerului în jetul de alimentare la intrarea în zona de lucru, într-un curent convectiv utilizat și în zona de lucru, ° C; Q. TP - pierderea de căldură, WT, egală cu suma pierderii de căldură prin intermediul unor structuri externe de închidere:

Fluxul de aer în jetul de alimentare la orificiul de intrare în zona deservit este calculat folosind dependențele obținute de M. I. Grimitlin.

De exemplu, pentru distribuitorii de aer care creează jeturi compacte, debitul în jet este:

unde m. - coeficientul de atenuare a vitezei; F. 0 este zona transversală a țevii de admisie a distribuitorului de aer, M 2; x. - Distanța de la distribuitorul de aer la locul de intrare în zona deservită, M; LA H este coeficientul de non-erozitate.

Fluxul de aer într-un flux convectiv utilizat este determinat de:

unde t. C este temperatura suprafeței interioare a pereților exteriori, ° C.

Ecuații balanța termică Pentru suprafețele de frontieră, uite:

Aici Q. c, Q.* C, Q. PL I. Q. PT - transferul de căldură convective în suprafețele interioare ale peretelui în zona servită - pereții deasupra zonei deservi, sexul și acoperirea, respectiv; Q. TP.S. Q.* TP.S. Q. Tp.pl, Q. TP PT - pierderea de căldură prin structurile corespunzătoare; W. din, W.* C, W. PL. W. PT - fluxurile termice radiante din emițător care intră pe aceste suprafețe. Transferul de căldură convectiv este determinat de o anumită dependență:

unde m. J - Coeficientul determinat ținând cont de poziția suprafeței și direcției fluxului de căldură; F. J - suprafața suprafeței, M 2; Δ. t. J este diferența în temperatura suprafeței și aerul înconjurător, ° C; J. - Indicele tipului de suprafață.

Teplopotieri Q. TJ poate fi exprimată ca

unde t. H este temperatura exterioară, ° C; t. J - temperatura suprafețelor interioare ale structurilor exterioare de închidere, ° C; R. și R. H - Transfer termic și termic de rezistență de gard extern, m 2, ° C / W.

Sunt obținute procesele mameodel de căldură și transfer de masă în timpul acțiunii comune ale încălzirii și ventilației radiante. Rezultatele soluției permit obținerea principalelor caracteristici ale regimului termic la proiectarea sistemelor de încălzire radiantă a clădirilor diferitelor scopuri echipate cu sisteme de ventilație

Radiant fluxuri termice de la radiatoarele sistemelor de încălzire radiante WJ.calculată prin zona reciprocă a radiațiilor conform procedurii de orientare arbitrară a emițătoarelor și a suprafețelor înconjurătoare:

unde din 0 - coeficientul de radiații a corpului absolut negru, W / (m 2,5); ε ij - gradul redus de negri care participă la schimbul de suprafețe de căldură I. și J.; H. IJ - Zona reciprocă a suprafețelor de radiații I. și J., m 2; T. I - temperatura medie Suprafață radială, determinată din echilibrul termic al emițătorului, K; T. J - suprafața vizibilă a temperaturii, K.

La înlocuirea expresiilor pentru fluxurile de căldură și cheltuielile de aer în jeturi, obținem un sistem de ecuații care sunt un model matematic aproximativ al proceselor de căldură și transfer de masă în timpul încălzirii radiații. Pentru a rezolva sistemul, pot fi utilizate programe standard de calculator.

Se obține un model matematic de procese de transfer de căldură și de masă în acțiunea comună a încălzirii și ventilației radiante. Rezultatele soluției permit obținerea principalelor caracteristici ale regimului termic la proiectarea sistemelor de încălzire radiantă a clădirilor diferitelor scopuri echipate cu sisteme de ventilație.

Daria Denisikhina, Maria Lukanina, Mikhail Airplanes

ÎN lumea modernă Nu mai este posibil să faceți o modelare matematică a debitului de aer atunci când proiectați sisteme de ventilație.

În lumea modernă, nu mai este posibil să se facă fără modelarea matematică a fluxului de aer atunci când se proiectează sisteme de ventilație. Tehnicile convenționale de inginerie sunt potrivite pentru camere tipice și soluții standard privind distribuția aerului. Când designerul se confruntă cu obiecte non-standard, metodele de modelare matematică ar trebui să vină la salvare. Articolul este dedicat studiului distribuției aerului în cursul anului rece al anului în atelierul de producere a țevilor. Acest atelier face parte din complexul fabrică situat sub un climat puternic continental.

Înapoi în secolul al XIX-lea au fost obținute ecuatii diferentiale Pentru a descrie fluxul de lichide și gaze. Acestea au fost formulate de fizicianul francez Louis Navier și matematicianul britanic George Stokes. Ecuațiile Navier - Stokes sunt una dintre cele mai importante în hidrodinamică și sunt utilizate în modelarea matematică Multe fenomene naturale și sarcini tehnice.

Pe anul trecut O mare varietate de obiecte geometrice și termodinamic în construcții au acumulat. Utilizarea metodelor de hidrodinamică a calculatorului îmbunătățește semnificativ posibilitățile de proiectare a sistemelor de ventilație, permițând un grad ridicat de precizie pentru a prezice distribuția vitezei, presiunii, temperaturii, concentrației componentelor în orice punct al clădirii sau al acestuia.

Utilizarea intensivă a metodelor de hidrodinamică computațională a început în 2000, când au apărut cochilii de software universal (pachete CFD), care dau posibilitatea de a găsi soluții numerice ale sistemului de ecuații Navier - Stokes în raport cu obiectul de interes. Din acest moment de data aceasta, Biroul Tehnologiei este angajat în modelarea matematică în raport cu sarcinile de ventilație și aer condiționat.

Descrierea sarcinii

În acest studiu, simularea numerică a fost efectuată utilizând pachetul STAR-CCM + - CFD dezvoltat de CD-ADAPCO. Performanța acestui pachet la rezolvarea sarcinilor de ventilație a fost
Se testează în mod repetat pe obiectele de diferite complexități, de la spațiul de birou la sălile de teatre și stadioane.

Sarcina este de mare interes din punctul de vedere al modelului și modelarea matematică.

Temperatura aerului exterior -31 ° C. În cameră există obiecte cu câștiguri esențiale de căldură: un cuptor ordin, un cuptor de vacanță etc. Astfel, există diferențe mari de temperatură între structurile exterioare de închidere și obiectele de combustibil intern. În consecință, contribuția schimbului de căldură a radiațiilor în timpul modelării nu poate fi neglijată. Complexitate suplimentară în formularea matematică a problemei este că o compoziție ferată severă este furnizată de mai multe ori în cameră, având o temperatură de -31 ° C. Se încălzește treptat, răcirea aerului în jurul lui.

Pentru a menține temperatura dorită a aerului în volumul atelierului (în sezonul rece, nu mai mică de 15 ° C), proiectul oferă sisteme de ventilație și aer condiționat. În etapa de proiectare, debitul și temperatura aerului furnizat necesară pentru a menține parametrii necesari au fost calculate. Întrebarea a rămas - Cum să trimiteți aerul la volumul atelierului pentru a asigura distribuția cea mai uniformă a temperaturii pe tot parcursul volumului. Modelarea permisă pentru o limită de timp relativ mică (două sau trei săptămâni) pentru a vedea modelul de flux de aer pentru mai multe opțiuni de alimentare cu aer și apoi comparați-le.

Etape de modelare matematică

  • Construcția de geometrie solidă.
  • Fracționarea spațiului de lucru pe celulele grilajului de compactare. Ar trebui să fie furnizată în zone în avans în care va fi necesară o măcinare suplimentară a celulelor. Atunci când construiți o rețea, este foarte important să găsiți că mijlocul de aur, în care dimensiunea celulei este destul de mică pentru a obține rezultatele corecte, în timp ce numărul total de celule nu va fi atât de mare pentru a strânge timpul de calcul la timpul inacceptabil. Prin urmare, construcția grilajului este o întreagă artă care vine cu experiență.
  • Sarcina limitelor și a condițiilor inițiale, în conformitate cu formularea problemei. Necesită o înțelegere a specificului sarcinilor de ventilație. Rolul mare în pregătirea jocului de calcul alegerea potrivita Modele de turbulențe.
  • Alegerea unui model fizic și a unui model de turbulență adecvat.

Modelarea rezultatelor

Pentru a rezolva problema examinată în acest articol, au fost transmise toate etapele de modelare matematică.

Pentru compararea eficienței ventilației, au fost alese trei opțiuni pentru alimentarea cu aer: la un unghi față de vertical 45 °, 60 ° și 90 °. Aeroportul a fost realizat din laturi standard de distribuție a aerului.

Temperatura și câmpurile de viteză obținute ca rezultat al calculului la diferite unghiuri de hrană aerul de admisie, prezentată în fig. unu.

După analizarea rezultatelor, unghiul de alimentare a aerului egal cu 90 ° a fost selectat ca cele mai reușite opțiuni pentru ventilarea atelierului. Cu această metodă de aprovizionare, nu sunt create viteze mai mari în zona de lucru și este posibilă obținerea unui model suficient de uniform de temperatură și viteză pe tot parcursul volumului atelierului.

Decizia finala

Câmpurile de temperatură și viteză în trei secțiuni transversale care trec prin grilajele de admisie sunt prezentate în fig. 2 și 3. Distribuția temperaturii pe cameră este uniformă. Numai în zona de concentrație de cuptoare există temperaturi mai ridicate sub tavan. În zona dreaptă a colțului camerei există o zonă mai rece. Acesta este locul în care mașinile reci intră de pe stradă.

Din fig. 3 Este clar vizibil modul în care sunt distribuite jeturile orizontale ale aerului furnizat. Cu această metodă de aprovizionare, jetul de alimentare are o gamă suficient de mare. Deci, la o distanță de 30 m de la lattice, debitul este de 0,5 m / s (la ieșirea vitezei de zăbrele - 5,5 m / s). În restul camerei, mobilitatea aerului este scăzută, la nivelul de 0,3 m / s.

Aerul încălzit din cuptorul de întărire deflectă jetul aerului de alimentare în sus (fig.4 și 5). Cuptorul încălzește foarte mult aerul din jurul lui. Temperatura podelei este mai mare decât în \u200b\u200bmijlocul camerei.

Câmpul de temperatură și linia de curent în două secțiuni ale atelierului fierbinte sunt prezentate în fig. 6.

Concluzii

Calculele făcute au permis să analizeze eficacitatea căi diferite Alimentarea cu aer la atelierul de fabricare a țevilor. Sa obținut că atunci când a fost depus jetul orizontal, aerul de tăiere se aplică în continuare în cameră, contribuind la încălzită mai uniformă. În același timp, nu există zone cu mobilitate prea mare în zona de lucru, așa cum se întâmplă atunci când aerul de alimentare este aplicat la un unghi în jos.

Utilizarea metodelor de modelare matematică în sarcinile de ventilație și aer condiționat este o direcție foarte promițătoare care vă permite să corectați decizia la etapa proiectului, să împiedicați necesitatea corectă a soluțiilor de proiectare nereușită după punerea în funcțiune a obiectelor. ●

Daria Denisikhina. - Șeful departamentului "Modelarea matematică";
Maria Lukanina. - Inginer principal "Modelarea matematică";
Mikhail Avion. - Director executiv al MM-Tehnologii




Glebov R. S., Aspirant Tumanov M.P., candidat la științe tehnice, profesor asociat

Antyushin S. S., student absolvent (Moscova institutul de Stat. Electronică și matematică (Universitatea Tehnică)

Aspecte practice ale identificării modelului matematic

Unitatea de ventilație

Datorită apariției de noi cerințe pentru sistemele de ventilație, metodele experimentale pentru setarea circuitelor de control închise nu pot rezolva pe deplin sarcina de automatizare a procesului. Setările experimentale au criteriile de optimizare stabilite (criteriile de management), ceea ce limitează domeniul lor de aplicare. Sinteza parametrică a sistemului de management care ia în considerare toate cerințele sarcina tehnicănecesită un model matematic al obiectului. Articolul analizează structurile modelelor matematice unitatea de ventilațieSe ia în considerare metoda de identificare a instalației de ventilație, se estimează posibilitatea aplicării modelelor obținute pentru utilizare în practică.

Cuvinte cheie: identificare, modelul matematic, instalarea ventilației, studiu experimental Model matematic, criterii pentru calitatea modelului matematic.

Aspecte practice ale identificării modelului matematic

De instalare de ventilare

În legătură cu apariția unor noi cerințe la ventilația sistemelor, metodele experimentale de ajustare a contururilor închise ale managementului nu pot rezolva o problemă de automatizare a procesului tehnologic la deplin. Metodele experimentale de ajustare au criteriile de optimizare (criteriu de calitate de management) care limitează zona de aplicare a acestora. Sinteza parametrică a sistemului de control, proiectul tehnic având în vedere toate cerințele, cere un model matematic al obiectului. În articol rezultă analiza structurilor modelelor matematice de instalare a ventilației, metoda De identificarea instalației de ventilație este luată în considerare, se estimează posibilitatea aplicării modelelor primite pentru aplicare în practică.

Cuvinte cheie: identificarea, modelul matematic, instalarea ventilației, cercetarea experimentală a modelului matematic, criteriile de calitate a modelului matematic.

Introducere

Gestionarea sistemului de ventilație este una dintre principalele sarcini de automatizare. sisteme de inginerie Clădire. Cerințele pentru sistemele de instalare a ventilației sunt formulate ca criterii de calitate în domeniul timpului.

Criterii principale de calitate:

1. Timpul de tranziție (TNN) - timpul de ieșire al modului de ventilație în modul de funcționare.

2. Eroarea stabilită (EUST) este abaterea maximă admisibilă a temperaturii aerului furnizat de la cea specificată.

Criterii de calitate indirectă:

3. Perpecție de putere (AH) - Perpecție de putere atunci când controlați unitatea de ventilație.

4. Gradul de oscilalitate (Y) este uzura excesivă a echipamentului de ventilație.

5. Gradul de atenuare (Y) - caracterizează calitatea și viteza de stabilire a modului de temperatură dorit.

Sarcina principală a automatizării sistemului de ventilație este sinteza parametrică a regulatorului. Sinteza parametrică este de a determina coeficienții de reglementare pentru a furniza criteriile de calitate ale sistemului de ventilație.

Pentru sinteza unității de ventilație, sunt selectate metode de inginerie, convenabil pentru utilizare în practică, care nu necesită cercetarea modelului matematic al obiectului: metoda nr. SubSO18-21§1EG (g), metoda de Syep-ngope8- KE8, SCS (SNK). LA sisteme moderne Automatizarea ventilației Cererile ridicate de indicatori de calitate sunt impuse, condițiile limită admisibile ale indicatorilor sunt reduse, apar sarcini de gestionare multicriterială. Metodele de inginerie pentru înființarea de reglementare nu permit schimbarea criteriilor de calitate stabilite în ele. De exemplu, atunci când se utilizează metoda N2 pentru ajustarea regulatorului, criteriul de calitate este scăderea atenuării este egală cu patru și atunci când se utilizează metoda de referință, criteriul de calitate este rata de creștere maximă în absența globală. Folosind aceste metode în rezolvarea sarcinilor de gestionare multi-criterii necesită o corecție manuală suplimentară a coeficienților. Timpul și calitatea configurației circuitelor de control, în acest caz, depind de experiența unui inginer al dispozitivului de reglare.

Aplicație mijloace moderne Modelarea matematică pentru sinteza sistemului de control al sistemului de ventilație îmbunătățește semnificativ calitatea proceselor de control, reduce timpul de timp al sistemului și vă permite, de asemenea, să sintetizați mijloace algoritmice de detectare și să preveniți accidentele. Pentru a simula sistemul de control, trebuie să creați un model matematic adecvat al unității de ventilație (obiectul de control).

Utilizarea practică a modelelor matematice fără evaluarea adecvării provoacă o serie de probleme:

1. Setările autorității de reglementare obținute în timpul modelării matematice nu garantează respectarea indicatorilor de calitate în practică.

2. Aplicarea în practica regulatorilor cu un model matematic ipotecat (management forțat, Smith Extrapolator etc.) poate provoca deteriorarea indicatorilor de calitate. Dacă constanta constantă constantă sau un câștig subevaluat mărește timpul de ieșire al unității de ventilație pe modul de lucru, cu un coeficient de câștig copleșit, apare o uzură excesivă de echipamente de ventilație și așa mai departe.

3. Aplicarea în practică Regulatoarele adaptive cu o evaluare a modelului de referință provoacă, de asemenea, deteriorarea indicatorilor de calitate la același exemplu.

4. Setările de ajustare obținute prin metode optime de control nu garantează conformitatea indicatorilor de calitate în practică.

Scopul acestui studiu este de a determina structura modelului matematic al unității de ventilație (conform circuitului de comandă regimul de temperatură) și evaluarea adecvării proceselor reale de încălzire fizică în sistemele de ventilație.

Experiența în proiectarea sistemelor de management arată că este imposibil să se obțină un model matematic, un sistem real adecvat, numai pe baza studiilor teoretice ale proceselor fizice ale sistemului. Prin urmare, în timpul sintezei modelului uzinei de ventilație, au fost efectuate experimente în același timp cu studiile teoretice au fost efectuate pentru a determina și clarifica modelul matematic al sistemului - identificarea acestuia.

Procesul tehnologic al sistemului de ventilație, organizarea experimentului

și identificarea structurală

Obiectul de control al sistemului de ventilație este aparatul de aer condiționat central, în care fluxul de aer este accesat și hrănirea acesteia în camere ventilate. Sarcina sistemului de control al ventilației locale menține automat temperatura aerului de alimentare în canal. Valoarea curentă a temperaturii aerului este estimată de senzorul instalat în canalul de alimentare sau în camera de întreținere. Ajustarea temperaturii aerului de alimentare este efectuată prin calorifer electric sau de apă. Când utilizați un suport de apă, servomotorul este o supapă cu trei căi, atunci când se utilizează un suport electric - un regulator de putere de impuls și tiristor.

Algoritmul standard de control al temperaturii aerului este un sistem automat de control automat (SAR), cu un controler PID ca dispozitiv de comandă. Structura sistemului automatizat de control pentru controlul temperaturii aerului a ventilației de aer este dată (figura 1).

Smochin. 1. Diagrama structurală a unui sistem automat de control al ventilației (canalul de comandă a aerului de alimentare). WTP - regulator PF, LIFE - PF a organului executiv, WCAL - Calrifer PF, WW - Funcția de transmisie a conductelor de aer. și1 este valoarea de referință a temperaturii, Xi - temperatura în canal, xi - citirile senzorului, E1 este eroarea de control, efectul de control U1 al regulatorului, U2 - Testarea actuatorului semnalului de reglare, U3 - căldură transmisă de calorior în canal.

Sinteza modelului matematic al sistemului de ventilație presupune că structura fiecărei funcții de transfer este cunoscută, care este inclusă în compoziția sa. Utilizarea unui model matematic care conține funcțiile de transfer ale elementelor individuale ale sistemului este o sarcină provocatoare și nu garantează în practică suprapunerea elementelor individuale cu sistemul sursă. Pentru a identifica un model matematic, structura sistemului de control al ventilației este împărțită convenabil în două părți: a priori cunoscut (regulator) și un necunoscut (obiect). Raportul de transmisie al obiectului ^ 0) include: funcția de transfer a servomotorului ^ io), funcția de transfer a canalului callifer ^), funcția de transfer a canalului ^ Bb), raportul de transmisie al datelor senzorului ^ . Sarcina de identificare a unității de ventilație la controlul temperaturii debitului de aer este redusă la definirea dependenței funcționale dintre semnalul de control la servomotorul callifer U1 și temperatura fluxului de aer XI.

Pentru a determina structura modelului matematic al unității de ventilație, este necesar să se efectueze un experiment asupra identificării. Obținerea caracteristicilor dorite este posibilă prin experiment pasiv și activ. Metoda experimentului pasiv se bazează pe înregistrarea parametrilor procesului controlat în funcționarea normală a obiectului fără a face perturbări intenționate. La etapa de configurare, sistemul de ventilație nu este în funcționare normală, astfel încât metoda experimentului pasiv nu este potrivită pentru scopurile noastre. Metoda experimentului activ se bazează pe utilizarea anumitor perturbații artificiale introduse într-un obiect pe un program predeterminat.

Există trei metode principiale pentru identificarea activă a obiectului: metoda caracteristică tranzitorie (reacția obiectului la "etapa"), metoda de perturbare a obiectului prin semnale ale formei periodice (reacția obiectului pentru perturbațiile armonice cu diferite frecvențe) și metoda de reacție a obiectului de pe delta-impuls. Datorită inerției mari a sistemelor de ventilație (Tobul este de zeci de secunde la câteva minute) identificarea prin semnale de rasă

Pentru a citi în continuare articolul, trebuie să achiziționați un text complet. Articolele sunt trimise în format PDF. la poșta specificată la plata. Timpul de livrare este mai puțin de 10 minute. Costul unui articol - 150 ruble.

Lucrări științifice alimentare pe tema "Probleme generale și complexe ale științelor naturale și corecte"

  • Controlul adaptiv al unității de ventilație cu consumul de aer dinamic de alimentare

    Glebov R.S., Tumanov p.t. - 2012.

  • Problema managementului și modelarea situațiilor de urgență pe minele de ulei

    Liskova M.Yu., Naumov I.S. - 2013.

  • Privind utilizarea teoriei reglementării parametrice pentru modelele computabile de echilibru general

    Adilov zhkshentbek makeevich, Ashimov Abdykappar Ashimovich, Ashimov Askar Abdykapparovici, Borovsky Nikolay Yuryevich, Borovsky Yuri Vyacheslavich, Sultanov Bakhyt Turlyovaanovich - 2010

  • Modelarea unui acoperiș bioclimatic folosind ventilație naturală

    Ouedraogo A., Ouedraogo I., Palm K., Zeghmati B. - 2008

mob_info.