Matematické modelovanie vetrania zariadenia. Moderné problémy vedy a vzdelávania matematický model jemného vetrania

Príspevok sa zaoberá procesmi modelovania vetrania a disperzie jeho emisií v atmosfére. Modelovanie je založené na riešení systému Naviber-Stokes, zákony o zachovanie hmotnosti, pulzu, tepla. Zvažujú sa rôzne aspekty číselného riešenia týchto rovníc. Navrhuje sa systém rovníc, ktorý vám umožní vypočítať hodnotu koeficientu pozadia turbulencie. Pre aproximáciu hypokoo bolo riešenie navrhnuté v spojení s rovnicami postavenia dokonalého reálneho plynu a pary uvedenej v článku rovnicou hydrogonodynamiky. Táto rovnica je modifikácia rovnice van der Waals a presnejšie berie do úvahy veľkosť molekúl plynu alebo pary a ich interakciu. Na základe podmienok termodynamickej stability sa získal vzťah, čo umožňuje vylúčiť fyzikálne nemožné korene pri riešení rovnice vzhľadom na objem. Vykonáva sa analýza dobre známych vypočítaných modelov a výpočtových hydrogonodynamických balíkov.

modelovanie

ventilácia

turbulencia

rovnice Teplomassoperenos

stavová rovnica

skutočný plyn.

rozptýlenie

1. Berlind M. E. Moderné problémy Atmosférická difúzia a kontaminácia atmosféry. - L .: HYDROMETEOISDAT, 1975. - 448 p.

2. Belyaev N. N. Modelovanie procesu rozptylu toxického plynu za stavebných podmienok / / Bulletin Diéta. - 2009. - № 26 - s. 83-85.

3. Byzov N. L. Experimentálne štúdie atmosférickej difúzie a výpočtov rozptylu nečistôt / N. L. Byzov, E. K. Garger, V. N. Ivanov. - L.: HYDROMETEOIZDAT, 1985. - 351 p.

4. Datsyuk T. A. Modelovanie disperzie emisií vetrania. - St. Petersburg: SPBGAS, 2000. - 210 s.

5. SAPEET A. V. Aplikácia algoritmov pre kognitívnu grafiku a metódy matematickej analýzy na štúdium termodynamických vlastností ISOBUTANE R660A na nasýtenej linke: Grant č. 2c / 10: Správa o NIR (DOKUME) / GOVPO SPBGA; Ruky. Gorokhov V.L., Iz.: Jeuts A.V.- SPB, 2011.- 30 p.: IL.- BiBLIGR.: S. 30.- NU GR 01201067977.-Inv. №9201158567.

Úvod

Pri navrhovaní výrobných komplexov a jedinečných objektov by mali byť komplexne odôvodnené otázky súvisiace s zabezpečením kvality vzduchu a normalizovaných parametrov mikroklímu. Vzhľadom na vysokú cenu výroby, inštalácie a prevádzky ventilačných a klimatizačných systémov, zvýšené požiadavky na inžinierske výpočty. Pre výber racionálneho dizajnové riešenia V oblasti ventilácie je potrebné analyzovať situáciu ako celok, t.j. Preskúmajte priestorový vzťah dynamických procesov, ktoré sa vyskytujú v interiéri a atmosfére. Vyhodnoťte účinnosť vetrania, ktorá závisí nielen na množstve vzduchu dodávaného do miestnosti, ale aj z prijatého systému distribúcie vzduchu a koncentrácie škodlivé látky Vo vonkajšom vzduchu v mieste príjmu vzduchu.

Účel článku - Použitie analytických závislostí, ktorými sa vykonávajú výpočty počtu škodlivého vypúšťania, určujú veľkosť kanálov, vzduchových kanálov, baní a výber metódy úpravy vzduchu atď. V tomto prípade sa odporúča použiť softvérový produkt "Stream" s modulom "VSV". Na prípravu zdrojových údajov je potrebné na prítomnosť schém premietaných ventilačných systémov, čo naznačuje dĺžky pozemkov a nákladov na ovzdušie v koncových oblastiach. Vstupné údaje pre výpočet je popis vetracích systémov a požiadaviek na to. Používanie matematického modelovania sa riešia nasledujúce otázky:

výber optimálnych možností na kŕmenie a odstraňovanie vzduchu;
distribúcia mikroklimatických parametrov z hľadiska miestností;
vyhodnotenie režimu aerodynamického vývoja;
výber miest na príjem vzduchu a odstraňovanie vzduchu.

Oblasť rýchlosti, tlaku, teploty, koncentrácií v miestnosti a atmosféra sú tvorené pôsobením množstva faktorov, ktorých kombinácia je dosť ťažká zvážiť v inžinierskych metódach bez použitia počítačov.

Použitie matematického modelovania vo ventilačných úlohách a aerodynamike je založené na riešení systému NAVER - STOKES.

Na simuláciu turbulentných tokov je potrebné vyriešiť systém rovníc hromadných konzervačných rovníc a reynolds (impulzné úspory):

(2)

kde t. - čas, X.= X I. , J. , K. - priestorové súradnice, \\ t u.=u I. , J. , K. - Vectorové komponenty ročník - piezometrický tlak, ρ - hustota, τ Ij. - zložky napätia stresu, \\ t s M. - zdroj hmoty, \\ t s I. - Pulzné zdroje.

Tensorový tenzor je vyjadrený vo forme:

(3)

kde s ij. - Trenzor snímača; Δ. Ij. - Tensor dodatočných stresov vyplývajúcich z dôvodu prítomnosti turbulencie.

Informácie o poliach teploty T.a koncentrácia z Škodlivé látky sú doplnené nasledujúcimi rovnicami: \\ t

rovnica udržiavania množstva tepla

pasívna rovnica nečistôt z

(5)

kde C. Ročník - koeficient tepelnej kapacity, λ je koeficient tepelnej vodivosti, \\ t k.= k I. , J. , K. - koeficient turbulencie.

Základný koeficient turbulencie k. Základy sa určujú pomocou systému rovnice:

(6)

kde k. F. - koeficient pozadia turbulencií, k. F \u003d 1-15 m 2 / s; ε \u003d 0,1-04;

Turbulenčné koeficienty sa určujú pomocou rovníc:

(7)

V otvorenom priestore pri nízkom rozptyl, hodnota k. Z je určený rovnicou:

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

kde k. 0 - hodnota k K. na vysokej úrovni z. 0 (k. 0 \u003d 0,1 m 2 / s z. 0 \u003d 2 m).

V otvorenom priestore sa profil rýchlosti vetra netvorí, t.j.

S neznámou stratifikáciou atmosféry v otvorenom priestore je možné určiť profil rýchlosti vetra:

; (9)

kde Z 0 je nastavená výška (výška počasia); u. 0 - rýchlosť vetra vo výške z. 0 ; B. = 0,15.

S výhradou stavu (10) Miestne Richardson kritérium RI. Určené ako:

(11)

Diferencovať rovnice (9), vyrovnávať rovnice (7) a (8), vyjadriť odtiaľ k. Bazovať

(12)

Vyrovnávame rovnicu (12) so systémovými rovnicami (6). Vo výslednej rovnosti, nahrádzame (11) a (9), v konečnej podobe získame systém rovníc:

(13)

Pultačný člen podľa myšlienok Bousssinesca sa objaví vo forme:

(14)

kde μ. T. - turbulentná viskozita a dodatoční členovia v rovniciach pre prenos energie a zložky nečistôt sú simulované takto: \\ t

(15)

(16)

Uzavretie systému rovníc sa vyskytuje jedným z modelov turbulencie opísaných nižšie.

Pre turbulentné toky študovali vo ventilačnej praxi, odporúča sa použiť bouscinesque hypotézu o malej zmene hustoty alebo takzvaných "hypokoo" aproximácia. Napätie Reynolds sa považujú za úmerné miera deformácií. Zavádza sa turbulentný koeficient viskozity, tento koncept je vyjadrený ako:

. (17)

Efektívny koeficient viskozity sa vypočíta ako súčet molekulárnych a turbulentných koeficientov: \\ t

(18)

Aproximácia "hypokoo" znamená riešenie v spojení s vyššie uvedenými rovnicovými rovnicami postavenia ideálneho plynu vyššie:

ρ = p. \\ t/(Rt) (19)

kde p. \\ t - Tlak B. prostredie; R. - Konštanta plynu.

Pre presnejšie výpočty môže byť hustota nečistôt určená pomocou modifikovanej van der Waals rovnice pre reálne plyny a výpary

(20)

kde konštanty N. a M. - zohľadniť pridruženie / disociáciu molekúl plynu alebo parných; ale - zohľadňuje inú interakciu; b." - berúc do úvahy veľkosť molekúl plynu; υ \u003d 1 / ρ.

Zvýraznenie tlaku z rovnice (12) ročník A rozlišovanie v objeme (účtovníctvo termodynamickej stability) bude nasledujúci pomer:

. (21)

Tento prístup môže významne znížiť čas výpočtov v porovnaní s prípadom použitia kompletných rovníc stlačiteľného plynu bez zníženia presnosti získaných výsledkov. Analytické riešenie vyššie uvedených rovníc neexistuje. V tomto ohľade sa používajú numerické metódy.

Ak chcete vyriešiť problémy so vzduchom spojené s prenosom turbulentného toku skalárnej látky, pri riešení diferenciálnych rovníc sa používa rozdeľovací obvod na fyzikálnych procesoch. Podľa princípov rozdelenia, samozrejme, rozdiel integrácie rovníc hydrodynamiky a konvekčného difúzneho prenosu skalárnej látky v každom čase δ t. v dvoch etapách. V prvej fáze sa vypočítajú hydrodynamické parametre. V druhej fáze sa difúzne rovnice riešia na základe vypočítaných hydrodynamických polí.

Účinok prenosu tepla na vytvorenie poľa rýchlosti vzduchu sa berie do úvahy pomocou aplikácie Boussinesca Aproximácia: dodatočný termín sa zavádza do vertikálnej zložky rýchlosti, ktorá berie do úvahy vztlakové sily.

Na riešenie problémov turbulentného pohybu tekutiny sú známe štyri prístupy:

priamy modelovanie "DNS" (riešenie nonstationary navirad - Stokes rovnice);
riešenie priemeru Rans Reynolds rovnice, ktorého systém je však odomknutý a potrebuje ďalšie skratové pomery;
metóda veľkých vortices "les » ktorý je založený na riešení nestacionárneho námorníka - Stokes rovníc s parametrizáciou vírenia poklesu;
metóda , ktorý je kombináciou dvoch metód: v zóne trhlín-off tokov - "Les" a v oblasti "hladkého" prúdenia - "výsluch".

Najatraktívnejší z hľadiska presnosti získaných výsledkov je nepochybne metóda priameho číselného modelovania. V súčasnosti však možnosti výpočtovej techniky ešte neumožňujú riešenie problémov so skutočnou geometriou a číslami Re.as rozlíšením vortices všetkých veľkostí. Preto pri riešení širokej škály inžinierskych problémov sa používajú číselné riešenia REYNOLDS rovnice.

V súčasnosti používa na simulovanie ventilačných úloh certifikovaných balíkov, ako napríklad STAR-CD, "plynule" alebo "ansys / flotran". So správne formulovaným problémom a algoritmom racionálneho riešenia, získaný objem informácií vám umožní vybrať si v štádiu návrhu optimálna možnosťVykonávanie výpočtov využívajúcich programové údaje si však vyžaduje vhodné školenie a ich nesprávne použitie môže viesť k chybným výsledkom.

Ako "základná verzia" môžeme zvážiť výsledky všeobecne akceptovaných vyvážených metód výpočtu, čo vám umožní porovnávať integrálne hodnoty charakteristické pre posudzovaný problém.

Jeden z dôležité momenty Pri použití univerzálnych softvérových balíkov na riešenie ventilačných úloh je výber modelu turbulencie. K dnešnému dňu je známe veľký počet Rôzne modely turbulencie, ktoré sa používajú na zatvorenie REYNOLDS rovníc. Modely turbulencie sú klasifikované podľa počtu parametrov pre charakteristiky turbulencie, resp. Jednostranné parametre, dvoj- a tri parametr.

Väčšina semi-empirických turbulenčných modelov, jednosmerným spôsobom alebo druhým, použite "hypotézu lokality turbulentného prenosového mechanizmu", podľa ktorého je mechanizmus turbulentného pulzného prenosu plne určený úlohou lokálnych derivátov z priemerných rýchlostí a fyzikálne vlastnosti kvapaliny. Vplyv procesov vyskytujúcich sa od posudzovaného bodu, táto hypotéza neberie do úvahy.

Najjednoduchšie sú jednosmerné modely, ktoré používajú koncepciu turbulentnej viskozity "n T."A turbulencia sa predpokladá, že je izotropná. Modifikovaná verzia modelu "n T.-92 "sa odporúča pri modelovaní atramentových a odtrhnutých tokov. Dobrá náhoda s výsledkami experimentu tiež poskytuje model s jedným parametrom "S-A" (Spoolder - Almaras), ktorý obsahuje prenosovú rovnicu pre veľkosť.

Nedostatok modelov s jednou prevodovou rovnicou je spojený so skutočnosťou, že nemajú informácie o distribúcii turbulencie L.. Rozsah L. Procesy prenosu, spôsoby tvarovania turbulencií, rozptyl búrlivú energiu sú ovplyvnené. Univerzálna závislosť na určenie L. neexistuje. Turbulencia rovnica L. Často sa presne obráti na rovnicu, ktorá určuje presnosť modelu a podľa toho jeho uplatniteľnosť. V podstate je rozsah pôsobnosti týchto modelov obmedzený na relatívne jednoduché toky posunu.

V modeloch dvoch parametrov, okrem rozsahu turbulencie L.Používa sa ako druhý parameter rýchlosť rozptylu turbulentnej energie . Takéto modely sa najčastejšie používajú v modernej výpočtovej praxi a obsahujú rovnice prevodu energie turbulencie a rozptylu energie.

Známy model, vrátane energetických rovníc turbulencie k. a rýchlosť rozptylu turbulentnej energie ε. Modely ako " k.- e » môže sa použiť ako pre intenzívne prúdy a pre zložitejšie odtrhávacie toky.

Dvojparametré modely sa používajú v verzii s nízkou a vysokou osou. V prvom rade sa mechanizmus interakcie molekulárneho a turbulentného prenosu v blízkosti pevného povrchu zohľadňuje priamo. V high-aldold verzii je turbulentný mechanizmus prenosu v blízkosti pevnej hranicu opísaný špeciálnymi vstupnými funkciami, ktoré viažu parametre prietoku so vzdialenosťou k stene.

V súčasnej dobe, najsľubnejšie zahŕňajú modely SSG a Gibson-Launch, ktoré používajú nelineárny tenzor Tensor Reynolds Turbulentný stresu a tenzor priemernej deformácie sadzieb. Boli vyvinuté, aby zlepšili predikciu odtrhávacích tokov. Keďže vypočítajú všetky komponenty tenzorov, vyžadujú veľké počítačové zdroje v porovnaní s dvojparametrovými modelmi.

Pre zložité rušivé toky, niektoré výhody odhalili použitie modelov jednotlivých parametrov "n T.-92 "," S-A "s presnosťou predikcie parametrov prúdenia a rýchlosťou účtu v porovnaní s modelmi dvoch parametrov.

Napríklad v programe STAR-CD, používanie modelov typu " k-e ", Spookerta - Almaras," SSG "," Gibson-Launder ", ako aj metóda veľkých vortítov" LES "a Metóda des. Posledné dve metódy sú lepšie vhodné na výpočet pohybu vzduchu v komplexnej geometrii, kde vzniknú mnohé odtrojené vortexové oblasti, ale vyžadujú veľké výpočtové zdroje.

Výsledky výpočtov sú významne závislé od výberu výpočtovej siete. V súčasnosti sa používajú špeciálne programy na stavebné mriežky. Bunky MESH môžu mať inú formu a rozmery, ktoré sú najvhodnejšie na vyriešenie konkrétnej úlohy. Najjednoduchší povrch mriežky, keď sú bunky rovnaké a majú kubický alebo obdĺžnikový tvar. Univerzálne výpočtové programy, ktoré sa teraz používajú v inžinierskej praxi, vám umožňujú pracovať na ľubovoľných neštruktúrovaných sieťach.

Na vykonanie výpočtov číselného modelovania ventilačných úloh je potrebné za úlohu za úlohu Hraniče a počiatočné podmienky, t.j. Hodnoty závislých premenných alebo ich normálnych gradientov na hranice oblasti osídlenia.

S dostatočným stupňom presnosti geometrických znakov podľa študijného objektu. Na tieto účely možno odporučiť vybudovať trojrozmerné modely takéto balíky, ako napríklad "solidworks", "Pro / Engoneer", "NX Nastran". Pri výstavbe vypočítanej mriežky je vybratý počet buniek tak, aby sa získal spoľahlivý roztok v čase minimálneho počtu výpočtov. Vyberte jednu z polo-empirických modelov turbulencie, čo je najúčinnejšie pre posudzovaný prietok.

V záver Dodávame, že dobré pochopenie kvalitatívnej strany vyskytujúcich procesov je potrebná na správne formulovanie hraničných podmienok úlohy a vyhodnotiť presnosť výsledkov. Emisie vetrania modelovania v štádiu dizajnu objektov možno považovať za jedno aspekty modelovania informácií zamerané na zabezpečenie environmentálnej bezpečnosti predmetu.

Recenzenti:

Anatoly Volikov Nikolavich, Doktor technických vied, profesor oddelenia tepelného hľadiska a ochrany proti vzduchu, FGBO VPOU "SPBGASU", St. Petersburg.
Pollushkin Vitaly Ivanovič, Doktor technických vied, profesor, profesora Katedry vykurovania, vetrania a klimatizácie, FGBOU VPO SPBGAS, Petrohrad.

Bibliografická referencia

Datsyuk T.A., Sautz A.V., Yurmanov B.N., Taaurit V.R. Modelovanie ventilačných procesov // Moderné problémy vedy a vzdelávania. - 2012. - № 5;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id\u003d6744 (dátum manipulácie: 10/17/2019). Prinesieme do vašej pozornosti časopisy publikovanie vo vydavateľstve "Akadémia prírodných vied"

Pošlite svoju dobrú prácu v znalostnej báze je jednoduchá. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, absolventi študenti, mladí vedci, ktorí používajú vedomostnú základňu vo svojich štúdiách a práce, budú vám veľmi vďační.

Podobné dokumenty

Základy fungovania systému automatické ovládanie ovplyvňovanie vetranie, Jeho konštrukcia a matematický opis. Vybavenie technologický proces. Výber a výpočet regulátora. Štúdium stability SAR, jej indikátory kvality.

kurz, pridané 02/16/2011

všeobecné charakteristiky a menovanie, rozsah praktického uplatňovania automatického riadiaceho systému podpora a výfukové vetranie. Automatizácia regulačného procesu, jej princípov a etáp implementácie. Výber finančných prostriedkov a ich hospodárskeho odôvodnenia.

práca, pridané 04/10/2011

Analýza existujúcich typických systémov automatizácie vetrania výrobné dielne. Matematický model Proces ventilácie priemyselných priestorov, výber a popis automatizačných nástrojov a ovládacích prvkov. Výpočet nákladov na automatizačný projekt.

práca, pridané 11.06.2012

Porovnávacia analýza technické charakteristiky typické štruktúry Gradiren. Prvky systémov zásobovania vodou a ich klasifikácia. Matematický model procesu otáčania prívodu vody, výberu a popisu automatizačných nástrojov a ovládacích prvkov.

práca, pridané 04.09.2013

Celkové charakteristiky potrubia. Klimatické a geologické charakteristiky lokality. Hlavný plán pre čerpaciu stanicu. Hlavné čerpacie a rezervoár park NPS-3 "Almetyvsk". Výpočet systému dodávky a výfukových plynov.

diplomová práca, pridaná 04/17/2013

Analýza vývoja projektu dizajnu dekoratívnych palubov. Heraldry ako špeciálna disciplína zaoberajúca sa štúdia srsti zbraní. Spôsoby, ako vybaviť vybavenie pre voskové modely. Fázy výpočtu prívodu a výfukové vetranie pre tajnú priehradku.

diplomová práca, pridaná 01/26/2013

Popis inštalácie ako objekt automatizácie, možnosti zlepšenia technologického procesu. Výpočet a výber prvkov komplexu technických prostriedkov. Výpočet automatického riadiaceho systému. Vývoj aplikačného softvéru.

diplomová práca, pridaná 24.11.2014

Prognózovanie tepelný režim V podávaných zónach je multifaktorická úloha. Je známe, že tepelný režim je vytvorený pomocou vykurovacích, ventilačných a klimatizačných systémov. Pri navrhovaní vykurovacích systémov však nie je zohľadnený vplyv vzduchových tokov vytvorených zvyškom systémov. Čiastočne je to odôvodnené skutočnosťou, že účinok prúdu vzduchu na tepelnom režime môže byť nevýznamný v oblasti regulačnej mobility vzduchu v podávaných zónach.

Aplikačné systémy sálavý kúrenie Vyžaduje nové prístupy. To zahŕňa potrebu splniť normy ožarovania ľudí na pracoviskách a účtovanie distribúcie žiarivého tepla vo vnútorných povrchoch obklopujúcich štruktúr. Koniec koncov, so sálavým ohrevom, tieto povrchy sa výhodne zahrievajú, čo zase poskytujú teplo do miestnosti s konvekciou a žiarením. Na úkor toho, že je podporovaná potrebná teplota vnútorného vzduchu.

Rovnako ako pravidlo, pre väčšinu typov izieb, spolu s vykurovacími systémami, je potrebné zariadenie na ventilačné systémy. Pri použití plynových vykurovacích systémov musí byť miestnosť vybavená vetracími systémami. Minimálna výmena priestorov vzduchu s uvoľňovaním škodlivých plynov a výparov SP 60.133330.12. Vykurovacie vetranie a klimatizácia a nie je menej jednoduchá a vo výške viac ako 6 m - najmenej 6 m 3 na 1 m 2 podlahovej plochy. Okrem toho, výkon ventilačných systémov je tiež určený účelom priestorov a vypočíta sa z podmienok pre asimiláciu rozdielov tepla alebo plynu alebo kompenzácie miestnych slnka. Samozrejme, že veľkosť výmeny vzduchu sa musí skontrolovať a na podmienku asimilácie produktov spaľovania. Kompenzácia objemu odstráneného vzduchu vykonáva systémy dodávka vetrania. Zároveň významnú úlohu pri vytváraní tepelného režimu v servisných zónach patrí do dodávateľského prúdu a teplom zavedeným nimi.

Výskumná metóda a výsledky

Je teda potrebné vyvinúť približný matematický model komplexných procesov tepla a hmoty, ktoré sa vyskytujú v miestnosti s vyžarujúcim vykurovaním a vetraním. Matematický model je systém rovníc vzduchotesných bilancií pre charakteristické objemy a povrchy miestnosti.

Systémové riešenie umožňuje určiť parametre vzduchu v podávaných zónach, keď rôzne možnosti Umiestnenie žiarivých vykurovacích zariadení berúc do úvahy vplyv ventilačných systémov.

Budovanie matematického modelu zváži v príklade výrobnej miestnosti vybavenej systémom sálavého vykurovania a s inými zdrojmi výroby tepla. Tepelné toky z žiaričov sú distribuované nasledovne. Konvektívne toky stúpajú na hornú oblasť pod prekrytím a dávať teplo vnútorného povrchu. Sálavý komponent tepelného prúdu EMITTER je vnímaný vnútornými povrchmi vonkajšieho uzavretého konštrukcie miestnosti. Na druhej strane, tieto povrchy poskytujú tepelný konvekčný vnútorný vzduch a žiarenie - iné vnútorné povrchy. Časť tepla sa prenáša cez externé šermové vzory vonkajšieho vzduchu. Vypočítaný okruh výmeny tepla je znázornený na obr. 1A.

Budovanie Matmodel zvážiť príklad výrobnej miestnosti vybavenej systémom sálavého vykurovania a s inými zdrojmi výroby tepla. Konvektívne toky stúpajú na hornú oblasť pod prekrytím a dávať teplo vnútorného povrchu. Sálavý komponent tepelného toku EMITTER je vnímaný vnútornými plochami vonkajších obvodových konštrukcií miestnosti

Ďalej považujeme stavbu cirkulácie vzduchových tokov (obr. 1b). Zoberieme systém organizácie výmeny ovzdušia "zhora nadol". Vzduch sa podáva v množstve M. Pr v smere servisnej zóny a je odstránený z hornej zóny so spotrebou M. v \u003d. M. Ave. Na najvyššej úrovni podávanej zóny je prúd vzduchu v prúde M. Zvýšenie prúdenia vzduchu v prívodnom prúde je spôsobený cirkulačným vzduchom odpojeným od prúdového prúdu.

Predstavujeme podmienené hranice prúdov - povrchov, na ktorých majú len bežné komponenty rýchlosti. Na obr. 1b Hranice prúdov sú zobrazené Dash Line. Potom zvýrazníme vypočítané objemy: podávaná zóna (priestor s neustálym pobytom ľudí); Kompletné prúdy a sediaci konvekčné toky. Smer sediacich konvektívnych prúdov závisí od pomeru teploty vnútorného povrchu vonkajších vylepšovacích štruktúr a okolitého vzduchu. Na obr. 1B ukazuje schému s rozbaľovacím konvekčným prúdom.

Teplota vzduchu v servisnej zóne t. WZ je vytvorený v dôsledku zmiešania vzduchu dodávateľských trysiek, použité konvekčné prúdy a konverzia konvekčného tepla vnútorné povrchy Pavol a steny.

S prihliadnutím na vyvinuté systémy výmeny a cirkulácie (obr. 1), rovnice zostatkov tepelných vzduchu pre vybrané objemy: \\ t

Tu z - kapacita tepla vzduchu, j / (kg · ° C); Q. Od - sila vykurovacieho systému s žiarením plynu, W; Q. s I. Q.* C - konvekčný prenos tepla vo vnútorných povrchoch steny v podávanej zóne a stenu nad servisnou zónou, W; t. strana t. C I. t. WZ - Teplota vzduchu v dodávateľskom prúde pri vstupe do pracovného priestoru, v použitom konvekčnom prúde av pracovnej oblasti, ° C; Q. TP - tepelná strata, WT, rovnajúca sa súčtu tepelnej straty prostredníctvom externých spojovacích štruktúr: \\ t

Prietok vzduchu v prívodnom prúde na prívode do prívodu do servisnej zóny sa vypočíta pomocou závislostí získaných M. I. Grimitlin.

Napríklad pre distribútorov vzduchu vytvárajú kompaktné trysky, prietok v prúde je:

kde m. - koeficient útlmového stupňa; F. 0 je prierezová oblasť vstupného potrubia vzduchového rozdeľovača, m2; x. - vzdialenosť od distribútora vzduchu do miesta vstupu do servisnej zóny, m; Na H je koeficient nerustí.

Prietok vzduchu v použitom konvekčnom prúde je určený:

kde t. C je teplota vnútorného povrchu vonkajších stien, ° C.

Rovnice tepelná rovnováha Pre hraničné povrchy, pozrite sa:

Tu Q. c, Q.* C, Q. Pl I. Q. PT - konvekčný prenos tepla vo vnútorných povrchoch steny v podávanej zóne - steny nad servisnou zónou, pohlaviemi a povlakom; Q. TP.S. Q.* TP.S. Q. Tp.pl, Q. TP PT - Tepelné straty prostredníctvom zodpovedajúcich štruktúr; W. z, W.* C, W. pl W. PT - sálavé tepelné toky z emititky vstupujúceho do týchto povrchov. Konvektívny prenos tepla je určený určitou závislosťou:

kde m. J - koeficient určený s prihliadnutím na pozíciu povrchu a smeru tepelného toku; F. J - Povrchová plocha, m 2; Δ. t. J je rozdiel v povrchovej teplote a okolitého vzduchu, ° C; J. - Index typu povrchu.

Teplopotrieri Q. TJ môže byť vyjadrený ako

kde t. H je vonkajšia teplota, ° C; t. J - teplota vnútorných povrchov vonkajšieho obklopujúceho konštrukcií, ° C; R. a R. H - Termovaný tepelný a tepelný prenos tepla vonkajšieho plotu, M 2 · ° C / W.

Získa sa matmeodel procesy tepla a hmoty počas kĺbového pôsobenia sálavého vykurovania a vetrania. Výsledky riešenia umožňujú získať hlavné charakteristiky tepelného režimu pri navrhovaní systémov sálavého vykurovania budov rôznych účelov vybavených ventilačnými systémami

Sálavé tepelné toky z radiátorov sálych vykurovacích systémov WJ.vypočítané prostredníctvom vzájomnej plochy žiarenia podľa postupu pre ľubovoľnú orientáciu žiaričov a okolitých povrchov:

kde z 0 - Radiačný koeficient absolútne čierneho tela, W / (M 2 · K 4); ε IJ - znížený stupeň černochov zúčastňujúcich sa na výmene tepla povrchu I. a J.; H. IJ - Vzájomná plocha radiačných povrchov I. a J., m 2; T. I - priemerná teplota vyžarujúce povrch, určený z tepelnej rovnováhy Eminta, K; T. J - Teplota tepelne viditeľný povrch, K.

Pri nahradení výrazov pre tepelné fluxy a výdavky na vzduch v tryskách sa získame systém rovníc, ktoré sú približným matematickým modelom procesov tepelného a hmoty prenosu počas vyžarujúceho zahrievania. Na vyriešenie systému je možné použiť štandardné počítačové programy.

Získa sa matematický model procesov tepla a prenosu hmoty v spoločnom pôsobení sálavého vykurovania a vetrania. Výsledky riešenia umožňujú získať hlavné charakteristiky tepelného režimu pri navrhovaní systémov sálavého vykurovania budov rôznych účelov vybavených vetracími systémami.

Daria Denisikhina, Maria Lukanina, Mikhail Airplanes

V moderný svet Pri navrhovaní ventilačných systémov nie je možné urobiť bez matematického modelovania prúdenia vzduchu.

V modernom svete už nie je možné robiť bez matematického modelovania prúdenia vzduchu pri navrhovaní ventilačných systémov. Konvenčné inžinierske techniky sú vhodné pre typické miestnosti a štandardné riešenia na rozvody vzduchu. Keď dizajnér čelí neštandardným objektom, metódy matematického modelovania by mali prísť na záchranu. Článok je venovaný štúdiu distribúcie vzduchu v chladnom roku roka v dielni na výrobu rúrok. Tento workshop je súčasťou výrobného komplexu, ktorý sa nachádza pod ostro kontinentálne klímy.

Získali sa v XIX storočí diferenciálne rovnice Opísať tok kvapalín a plynov. Boli formulované francúzskym fyzikom Louis Naver a britský matematik George Stokes. Naviob - Stokesove rovnice sú jednou z najdôležitejších v hydrodynamike a používajú sa v matematické modelovanie Mnoho prírodných javov a technických úloh.

Za posledné roky Zhromažďovala sa široká škála geometricky a termodynamicky zložitých predmetov v stavebníctve. Využívanie metód výpočtovej hydrodynamiky výrazne zlepšuje možnosti navrhovania ventilačných systémov, čo umožňuje vysokým stupňom presnosti predpovedať distribúciu rýchlosti, tlaku, teploty, koncentrácie komponentu v ktoromkoľvek bode budovy alebo jej miesto.

Intenzívne používanie metód výpočtovej hydrodynamiky sa začalo v roku 2000, keď sa objavili univerzálne softvérové \u200b\u200bškrupiny (CFD pakety), ktoré dávajú možnosť nájsť číselné riešenia NAVER - Stokes systému rovnice vo vzťahu k predmetu záujmu. Od tejto doby od tejto doby je predsedníctvo technológie zapojený do matematického modelovania vo vzťahu k úlohám vetrania a klimatizácie.

Popis úlohy

V tejto štúdii sa číselná simulácia uskutočnila pomocou Balíka STAR-CCM + - CFD, vyvinutý CD-CD adap. Výkon tohto balíka pri riešení úloh ventilácie bol
Opakovane sa testuje na objektoch rôznych zložitosti, z kancelárskych priestorov na haly divadiel a štadiónov.

Úloha je veľký záujem z hľadiska dizajnu aj matematického modelovania.

Teplota vonkajšej vzduchu -31 ° C. V miestnosti sú objekty so základnými tepelnými ziskami: presunu pec, dovolenkové pece, atď. Takto existujú veľké teplotné rozdiely medzi vonkajšími uzavretými štruktúrami a vnútornými palivami. V dôsledku toho je možné zanedbávať príspevok výmeny radiačnej tepla počas modelovania. Ďalšou zložitosťou v matematickom formulácii problému je, že ťažká železničná kompozícia sa niekoľkokrát dodáva do miestnosti, ktorá má teplotu -31 ° C. Postupne sa zahrieva, chladí vzduch okolo neho.

Na udržanie požadovanej teploty vzduchu v objeme workshopu (v chladnom období, nie je nižšia ako 15 ° C) Projekt poskytuje vetracie a klimatizačné systémy. V štádiu návrhu sa vypočítal prietok a teplota dodaného vzduchu potrebného na udržanie požadovaných parametrov. Otázka zostala - ako odosielať vzduch do objemu workshopu, aby sa zabezpečila najjednoduchšia distribúcia teploty v celom objeme. Modelovanie povolené pre relatívne malý časový limit (dva alebo tri týždne), aby ste videli vzor prúdenia vzduchu pre niekoľko možností napájania vzduchu a potom ich porovnajte.

Štádiá matematického modelovania

Konštrukcia pevnej geometrie.
Frakcionovanie pracovného priestoru na bunkách zhutňovej mriežky. Mali by byť poskytnuté v predstihových oblastiach, v ktorých sa vyžaduje dodatočné brúsenie buniek. Pri budovaní mriežky je veľmi dôležité zistiť, že zlatý stred, v ktorom je veľkosť buniek je pomerne malá na získanie správnych výsledkov, zatiaľ čo celkový počet buniek nebude tak veľký na to, aby sa dosiahol čas výpočtu do neprijateľného času. Preto je výstavba mriežky celé umenie, ktoré prichádza so skúsenosťami.
Úlohu hraniciach a počiatočných podmienok v súlade s formulovaním problému. Vyžaduje pochopenie špecifických úloh vetrania. Veľká úloha pri príprave výpočtu správna voľba Modely Turbulencie.
Výber vhodného modelu fyzického modelu a turbulencie.

Výsledky modelovania

Na vyriešenie problému pri posudzovaní v tomto článku sa uskutočnili všetky fázy matematického modelovania.

Na porovnanie účinnosti vetrania boli zvolené tri možnosti prívodu vzduchu: v uhloch na vertikálne 45 °, 60 ° a 90 °. Prívod vzduchu sa uskutočnil zo štandardných rozvodov vzduchu.

Polia teploty a rýchlosti získané v dôsledku výpočtu v rôznych uhloch krmiva vstupný vzduch, prezentovaný na obr. jeden.

Po analýze výsledkov bol uhol dodávacieho vzduchu rovný 90 ° vybratý ako najúspešnejšie možnosti pre vetranie dielnu. S touto metódou dodávky nie sú v pracovnom priestore vytvorené žiadne vyššie rýchlosti a je možné dosiahnuť dostatočne jednotný vzor teploty a rýchlosti v celom objeme dielnu.

Konečné rozhodnutie

Oblasti teploty a rýchlosti v troch prierezoch prechádzajúcich cez saciu mriežky sú znázornené na obr. 2 a 3. Distribúcia teploty na miestnosti je jednotná. Len v oblasti koncentrácie pecí sú pod stropom vyššie teploty. V pravej časti rohu miestnosti je chladnejšia oblasť. Toto je miesto, kde z ulice vstupujú studené autá.

Z obr. 3 Je jasne viditeľné, ako sa distribuujú horizontálne trysky dodávaného vzduchu. S touto metódou dodávok má prívodný prúd dostatočne veľký rozsah. Takže vo vzdialenosti 30 m od mriežky, prietok je 0,5 m / s (pri výkone otáčok mriežky - 5,5 m / s). V zvyšku miestnosti je mobilita vzduchu nízka, na úrovni 0,3 m / s.

Vyhrievaný vzduch z vytvrdzovacej pece vyvráti prúd prívodného vzduchu smerom nahor (obr. 4 a 5). Pec veľmi zahrieva vzduch okolo neho. Teplota podlahy je vyššia ako uprostred miestnosti.

Teplotné pole a prúdový riadok v dvoch častiach horúcej dielne sú znázornené na obr. 6.

závery

Výpočty umožnili analyzovať účinnosť rôzne cesty Prívod vzduchu do dielne výrobu rúrok. Získa sa, že keď bol podaný horizontálny prúd, orezávací vzduch sa ďalej vzťahuje na miestnosti, čo prispieva k jeho rovnomernejšiemu vyhrievaniu. Zároveň neexistujú žiadne oblasti s príliš veľkou mobilitou vzduchu v pracovnom priestore, pretože sa to stane, keď sa dodáva prívodný vzduch aplikuje v uhle nadol.

Použitie metód matematického modelovania vo ventilátoch a klimatizačných úlohách je veľmi sľubný smer, ktorý vám umožní opraviť rozhodnutie v štádiu projektu, zabrániť potrebe opraviť neúspešné dizajnové riešenia po uvedení do prevádzky. ●

Daria Denisikhina - Vedúci oddelenia "Matematické modelovanie";
Maria Lukanina - Vedúci inžinier "matematické modelovanie";
MIKHHAIL lietadlo - Výkonný riaditeľ technológií MM-technológií

GLEBOV R. S., Aspirant TUMANOV M.P., Kandidát technických vied, Associate

ANTYUSHIN S. S., AGLIPTUÁLNY STUDENTY (MOSKVA Štátny inštitút Elektronika a matematika (Technická univerzita)

Praktické aspekty identifikácie matematického modelu

Ventilačná jednotka

Kvôli vzniku nových požiadaviek na ventilačné systémy, experimentálne metódy na nastavenie uzavretých riadiacich obvodov nemôžu úplne vyriešiť úlohu automatizácie procesu. Experimentálne nastavenia položili optimalizačné kritériá (kritériá kvality riadenia), čo obmedzuje ich rozsah. Parametrická syntéza systému riadenia, ktorá zohľadňuje všetky požiadavky technická úlohavyžaduje matematický model objektu. Článok analyzuje štruktúry matematických modelov ventilačná jednotkaMetóda identifikácie ventilačného zariadenia sa predpokladá, že sa odhaduje možnosť uplatnenia získaných modelov na použitie v praxi.

Kľúčové slová: identifikácia, matematický model, vetracia inštalácia, experimentálna štúdia Matematický model, kritériá pre kvalitu matematického modelu.

Praktické aspekty identifikácie matematického modelu

Ventilačnej inštalácie

V súvislosti s výskytom nových požiadaviek na vetranie systémov môžu experimentálne metódy úpravy uzavretých obrysov riadenia "t vyriešiť problém automatizácie technologického procesu plné. Experimentálne metódy úpravy majú dávkové kritériá optimalizácie (kritérium kvality riadenia), ktorá obmedzuje oblasť ich uplatňovania. Parametrická syntéza riadiaceho systému, technický projekt Vzhľadom na všetku požiadavku, vyžaduje matematický model objektu. V článku, ktorý má byť výsledkom analýzy štruktúr matematických modelov vetracieho zariadenia, metódy Zohľadňuje sa identifikácia vetracieho zariadenia, odhaduje sa možnosť použitia prijatých modelov na aplikáciu v praxi.

Kľúčové slová: identifikácia, matematický model, vetracia inštalácia, experimentálny výskum matematického modelu, kritériá kvality matematického modelu.

Úvod

Ventilačné riadenie systému je jednou z hlavných úloh automatizácie. inžinierske systémy budovy. Požiadavky na systémy na inštaláciu vetrania sú formulované ako kritériá kvality v časovej oblasti.

Hlavné kritériá kvality:

1. Doba prechodu (TNN) - Výstupný čas režimu vetrania do prevádzkového režimu.

2. Ustavená chyba (Eust) je maximálna prípustná odchýlka teploty dodaného vzduchu zo stanoveného.

Nepriame kritériá kvality:

3. OverBill (AH) - Perpekcia výkonu pri regulácii ventilačnej jednotky.

4. Stupeň ostibility (Y) je nadmerné opotrebovanie vetracieho zariadenia.

5. Stupeň útlmu (Y) - charakterizuje kvalitu a rýchlosť vytvorenia požadovaného režimu teploty.

Hlavnou úlohou automatizácie ventilačného systému je parametrická syntéza regulátora. Parametrická syntéza je určiť koeficienty regulátora, aby poskytli kritériá kvality ventilačného systému.

Pre syntézu ventilačnej jednotky, inžinierske metódy sú vybrané, vhodné na použitie v praxi, ktoré nevyžadujú výskum matematického modelu objektu: Metóda č. SUBSO18-21§1EG (g), spôsob syep-ngope8- KE8, SCS (SNK). Na moderné systémy Automatizácia vetrania Vysoké požiadavky indikátorov kvality sa ukladajú, prípustné hraničné podmienky ukazovateľov sa zúžili, objavujú sa viackriteriálne úlohy riadenia. Inžinierske metódy na zriadenie regulačných orgánov neumožňujú zmenu kritérií kvality stanovených v nich. Napríklad, ak používate metódu N2 na úpravu regulátora, kritériom kvality je zníženie útlmu sa rovná štyrom a pri použití metódy referencie je kritériom kvality maximálnu zvýšenie miery absencie celkovo. Pomocou týchto metód pri riešení úloh riadenia viacerých kritérií si vyžaduje dodatočnú manuálnu korekciu koeficientov. Čas a kvalita konfigurácie riadiacich obvodov, v tomto prípade závisí od skúseností inžiniera nastavovača.

Žiadosť moderné prostriedky Matematické modelovanie syntézy systému riadenia systému vetrania výrazne zlepšuje kvalitu kontrolných procesov, znižuje časový čas systému a tiež umožňuje syntetizovať algoritmické prostriedky detekcie a zabrániť nehodám. Na simuláciu riadiaceho systému musíte vytvoriť primeraný matematický model vetracieho zariadenia (riadiaci objekt).

Praktické použitie matematických modelov bez hodnotenia primeranosti spôsobuje množstvo problémov:

1. Nastavenia regulátora získaného počas matematického modelovania nezaručujú dodržiavanie ukazovateľov kvality v praxi.

2. Uplatňovanie v praxi regulačných orgánov s hypotemovaným matematickým modelom (nútený manažment, Smith Extrapolator atď.) Môže spôsobiť zhoršenie indikátorov kvality. Ak konštantná časová konštanta alebo podhodnotený zisk zvyšuje čas výstupu ventilačnej jednotky na pracovný režim, s ohromeným koeficientom zisku, nadmerné opotrebovanie vetracieho zariadenia nastáva, a tak ďalej.

3. Aplikácia v praxi Adaptívne regulátory s posúdením referenčného modelu tiež spôsobujú zhoršenie indikátorov kvality do toho istého príkladu.

4. Nastavenia nastavenia získané optimálnymi metódami riadenia nezaručujú dodržiavanie indikátorov kvality v praxi.

Účelom tejto štúdie je určiť štruktúru matematického modelu ventilačnej jednotky (podľa riadiaceho obvodu teplotný režim) a vyhodnotenie jeho primeranosti na reálne fyzikálne vykurovacie procesy vo ventilačných systémoch.

Skúsenosti s navrhovaním systémov riadenia ukazujú, že nie je možné získať matematický model, primeraný skutočný systém, len na základe teoretických štúdií fyzikálnych procesov systému. Počas syntézy modelu ventilačného zariadenia sa preto uskutočnili experimenty v rovnakom čase, keď sa uskutočnili teoretické štúdie na určenie a objasnenie matematického modelu systému - jeho identifikáciu.

Technologický proces vetracieho systému, organizácia experimentu

a štrukturálna identifikácia

Kontrolný predmet vetracieho systému je centrálna klimatizácia, v ktorej je prístup vzduchu prístupný a jeho kŕmenie na vetrané miestnosti. Úlohou lokálneho riadiaceho systému vetrania sa automaticky udržiava teplota napájacieho vzduchu v kanáli. Aktuálna hodnota teploty vzduchu sa odhaduje senzorom inštalovaným v prívodnom kanáli alebo v priestorovej miestnosti. Nastavenie teploty prívodného vzduchu sa vykonáva elektrickým alebo vodným kalórigiom. Pri použití vodného nosiča je servopohon trojcestný ventil, pri použití elektrického nosiča - impulz a tyristorový výkon.

Štandardný algoritmus regulácie teploty vzduchu je uzavretý automatický ovládací systém (SAR), s PID regulátora ako riadiaceho zariadenia. Podáva sa štruktúra automatizovaného riadiaceho systému na riadenie teploty vzduchu vzduchu vetrania (obr. 1).

Obr. 1. Konštrukčný diagram automatizovaného systému riadenia vetrania (kanál ovládania vzduchu). WTP - PF regulátor, život - PF výkonného orgánu, WCAL - Calrifer PF, FUNKCIE WW - AIR FUNKCIE. a1 je požadovaná hodnota teploty, XI - teplota v kanáli, XI - senzorové čítanie, E1 je chybou kontroly, U1-kontrolný účinok regulátora, U2 - testovanie ovládača signálu regulátora, U3 - teplo prenášané kalorior v kanáli.

Syntéza matematického modelu ventilačného systému predpokladá, že je známa štruktúra každej prenosovej funkcie, ktorá je zahrnutá vo svojej kompozícii. Použitie matematického modelu obsahujúceho prenosové funkcie jednotlivých prvkov systému je náročná úloha a nezaručuje v praxi superpozíciu jednotlivých prvkov so zdrojovým systémom. Ak chcete identifikovať matematický model, štruktúra systému riadenia vetrania je vhodne rozdelená na dve časti: a priori známy (regulátor) a neznámy (objekt). Prevodový pomer objektu ^ O) obsahuje: prenosová funkcia ovládača ^ io), prenosová funkcia Calrifer ^ kanála), prenosovej funkcie potrubia ^ bb), prevodový pomer snímača ^ dátumy) . Úlohou identifikácie ventilačnej jednotky pri regulácii teploty prietoku vzduchu je znížená na definíciu funkčnej závislosti medzi riadiacim signálom na servopohonu kalrifer U1 a teploty prietoku vzduchu XI.

Na určenie štruktúry matematického modelu ventilačnej jednotky je potrebné vykonať experiment na identifikáciu. Získanie požadovaných vlastností je možné pasívnym a aktívnym experimentom. Metóda pasívneho experimentu je založená na registrácii kontrolných parametrov procesu v normálnej prevádzke objektu bez toho, aby sa akékoľvek úmyselné poruchy. V štádiu nastavenia nie je ventilačný systém v normálnej prevádzke, takže metóda pasívneho experimentu nie je vhodná na naše účely. Aktívna metóda experimentu je založená na používaní určitých umelých rušívkov zapísaných do objektu na vopred určený program.

Existujú tri zásadné metódy pre aktívnu identifikáciu objektu: prechodná charakteristika (objektová reakcia na "krok"), spôsob rušnice objektu signalizovanými periodickým tvarom (reakcia objektu pre harmonické rušenie s rôznymi frekvencie) a spôsob reakcie objektu na delta-impulz. Vzhľadom k veľkej zotrvačnosti ventilačných systémov (TOB je od desiatok sekúnd na pár minút) identifikáciu pretekárskych signálov

Ak chcete ďalej prečítať článok, musíte zakúpiť celý text. Články sú zasielané vo formáte Pdf. pri platbe. Dodacia lehota je menej ako 10 minút. Náklady na jeden článok - 150 rubľov.

Powered Vedecké práce na tému "Všeobecné a komplexné problémy prírodných a presných vedy"

Adaptívna regulácia ventilačnej jednotky s dynamickým spotreba vzduchu
GLEBOV R.S., TUMANOV M.P. - 2012
Problém riadenia a modelovania núdzových situácií na ropných baniach
Liskova M.YU., Naumov I.S. - 2013
O používaní teórie parametrických regulácií pre výpočtové modely všeobecnej rovnováhy
Adilov Zhkshenbek Mateevich, Ashimov Abdykappar Ashimovich, Ashimov Askar Abdykaparovich, Borovsky Nikolay Yuryvich, Borovsky Yuri Vyacheslavovich, Sultanov Bakhyt Turryovaanovich - 2010
Modelovanie bioklimatickej strechy pomocou prirodzeného vetrania
Ouedraogo A., Ouedraogo I., Palm K., Zeghmati B. - 2008