CC BY
9
modeling. The speeds and temperatures of the flows, the intensity of their mixing are compared. Schemes of the direction, speed and temperature of air movement in the considered volume are given, which were obtained using computer simulation in a software package based on the finite element method.
Key words: computer simulation, ecology, cooling tower, software, simulation, software.
Bocharova Alena Mikhailovna, student, shishkina5ap@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 004.94; 69
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-236-239
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ И РЕШЕНИЙ ДЛЯ АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ПАРАМЕТРОВ АЭРОДИНАМИКИ
СООРУЖЕНИЙ
А.Р. Газаров
В работе проводится аналитическое исследование с использованием обработки информации, полученной из программно-аналитического комплекса и математического моделирования, проведенного в ней. Рассматривается возможность задувания ветра в помещение. Само помещение находится в холме (горе), т.е. окружено почвой или породой. При этом помещение имеет один вход, через который считается, что происходит и вентилирование. Рассматривается несколько вариантов движения воздушных потоков, направленных под разными углами, относительно холма. Исследуются данные о скорости, направления движения ветра, давлении на разных участках, приводятся схемы движения и изображения потоков, которые были смоделированы в программном комплексе Ansys. Обработка этой информации позволит оценить с помощью современных программных комплексов для математического моделирования возможные траектории движения воздушных масс и определить оптимальное место расположения подземного сооружения, а точнее его единственного входа-выхода. Приводятся численные характеристики скоростей ветра и его давления, оформленные в виде таблицы.
Ключевые слова: анализ информации, моделирование, обработка информации, аэродинамика здания, строительство, программный комплекс.
Анализ и обработка информации является сложной задачей, которая включает прежде всего получение требуемых данных. Основными способами получения являются: лабораторные экспериментальные, математические расчеты, компьютерное моделирование, аналитическое получение данных и пр. В настоящее время популярным стал метод исследования, заключающийся в математических и компьютерных моделированиях. Этот способ позволяет анализировать происходящие процессы практически во всех отраслях знаний: физика, химия, биология, нанотехнологии, электромагнитные и пр. В том числе и в строительной сфере все чаще применяются компьютерные моделирования для расчета конструкций, оценки аэродинамических характеристик сооружений, для оценки акустического и сейсмического воздействия [1-4]. Популярность и необходимость использования современных технологий и математического аппарата обусловлено целым рядом причин: быстрота и простота расчетов, хорошая визуализация процессов, небольшая трудоемкость. Поэтому в настоящей работе будет использоваться именно метод математического анализа в программном комплексе и дальнейшая обработка и анализ полученной информации.
В настоящей работе исследуются аэродинамические параметры подземного сооружения, расположенного в холме, и имеющего один вход. Для начала исследования принималось, что в помещении только один источник притока воздуха, отсутствует какая-либо вентиляция или другие пути входа. И рассматривалось несколько вариантов, отличающихся тем, что ветер направлен с разных сторон, а именно сбоку, спереди и сзади относительно входа. Оценивалось давление ветра и его скорость в проеме (табл. 1), ведущему в помещение, помещение при этом полностью скрыто в холме. Это эмулирует ситуацию при, например, шахтной работе [5-6].
Работа выполнена в программном комплексе Ansys, который может определить все необходимые характеристики [7-10]. Начальная скорость ветра составляла 16 м/с и рассматривался участок размерами около 100 м на 100 м и высотой 70 м. Холм схематично изображен в виде полусферы высотой 20 мм и соответственно диаметром 40 м.
Физические характеристики
Параметры Скорость ветра максимальная, м/с Давление ветра максимальное, Па Максимальная скорость ветра в проеме, м/с Максимальное давление ветра в проеме, Па
Подветренная сторона 26,5 155 3 110
Наветренная сторона 27 168 6,1 168
Боковой ветер 27,5 201 8,5 180
Так было установлено, что боковой ветер, направленный перпендикулярно ко входу в помещение, создает самое высокое давление и скорость движения ветра в проеме. При направлении ветра сзади холма создается наименьшая скорость и давление, что связано с наименьшим объемом попадающих воздушных масс в проем. Максимальная скорость ветра в рассматриваемом объеме примерно во всех случаях составляла 27 м/с.
Были также исследованы скорости и направления ветра во всем рассматриваемом объеме (рис. 1).
51геагт1|пе 1 г 2.726е+01
31геат1|пе 1 I 2.734е*01
1.162е-01 [ГП5Ч]
\/е1ог% Эищатйпе1 2.756е+01
2,068е+01
1.380е+01
6.924е+00
- 4.435е-02 [т 5Л-1)
б
а
в
Рис. 1. Схемы движения воздуха 237
Наибольшая скорость наблюдается вблизи поверхности холма. И достигает 27 м/с. Воздушные потоки во внутренней полости практически отсутствуют при всех ситуациях, одна имеют место быть в проеме.
В итоге было установлено, что боковой ветер, направленный перпендикулярно ко входу в помещение, создает самое высокое давление и скорость движения ветра в проеме, а при направлении ветра сзади холма создается наименьшая скорость и давление.
Таким образом, компьютерное моделирование позволяет провести получение, анализ и обработку необходимых данных, а также разработать математическую модель аэродинамики объекта.
Список литературы
1. Газаров А.Р. Анализ и обработка информации, полученных с использованием метода конечных элементов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 5. С. 241-243.
2. Газаров А.Р. Анализ и обработка информации при исследовании аэродинамических характеристик сооружений // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 8. С. 84-86.
3. Ветрянщиков И. А. Анализ и систематизация данных об аэродинамике купольных зданий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 11. С. 86-88.
4. Попов А.Г. Исследование скоростных и температурных параметров вентиляционной системы с использованием программного обеспечения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 4. С. 144-146.
5. Калинин К.А. Особенности конструктивных решений зданий для северной строительно-климатической зоны // Сборник статей студентов, аспирантов и профессорско- преподавательского состава. По результатам LXIII Международной научной конференции «Технокон-гресс», 21 апреля 2021 г. Кемерово: Плутон, 2021. С. 16-18.
6. Исаева Я.К. Современное состояние подземного строительства // Сборник статей студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава. По результатам LXVIII Международной научной конференции «Техноконгресс», 01 ноября 2021 г. С. 33-34.
7. Каплун А.Б. ANSYS в руках инженера. Практическое руководство / А.Б. Каплун, Е.М. Морозов, М.А. Олферьева. М.: Либроком, 2013. 272 с.
8. Rajendran S., Purushothaman Dr.K. Analysis of a centrifugal pump impeller using ANSYS-CFX // International Journal of Engineering Research & Technology (iJERT), Vol. 1 Issue 3, May - 2012. P. 1-6.
9. Басов К.А. ANSYS Справочник пользователя. М.: Книга по Требованию, 2005. 640 с
10. Матвеев С.А. Возможности конечно-элементного анализа при решении технологических задач обработки металлов давлением // С.А. Матвеев, В.С. Мамутов, К.М. Иванов. Обработка металлов давлением. 2002. № 8. С. 23-28.
Газаров Артур Робертович, магистрант, den-arti777@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STUDY OF THE POSSIBILITY OF APPLYING COMPUTER PROGRAMS AND SOLUTIONS FOR ANALYSIS AND PROCESSING OF STRUCTURES AERODYNAMICS PARAMETERS
A.R. Gazarov
In this work, an analytical study is carried out using the processing of information obtained from the software-analytical complex and mathematical modeling carried out in it. The possibility of blowing wind into the room is being considered. The room itself is located in a hill (mountain), i.e. surrounded by soil or rock. At the same time, the room has one entrance, through which it is considered that ventilation also occurs. Several options for the movement of air flows directed at different angles relative to the hill are considered. Data on speed, direction of wind movement, pressure in different areas are studied, motion patterns and images offlows that were modeled in the Ansys software package are given. The processing of this information will make it possible to evaluate, using modern software systems for mathematical modeling, the possible trajectories of the movement of air
238
masses and determine the optimal location of the underground structure, or rather its only entrance-exit. Numerical characteristics of wind speeds and its pressure are presented in the ^ form of a table.
Key words: information analysis, modeling, information processing, building aerodynamics, construction, Ansys.
Gazarov Artur Robertovich, undergraduate, den-arti777@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 629.78
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-239-246
МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОБЕСПЕЧЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ
Р.И. Горяинов, А.Ю. Коваленко, Д.А. Мосин
С позиций системного подхода рассматривается одно из важнейших свойств сложных систем - устойчивость их функционирования. Отмечаются основные проблемные вопросы комплексного исследования устойчивости. Предлагаются возможные пути формализации понятия устойчивости применительно к информационно-управляющим системам специального назначения, разработаны методы оценивания и обеспечения требуемых уровней устойчивости. Предложен методический подход к обеспечению устойчивости функционирования автоматизированных систем управления космическими аппаратами.
Ключевые слова: сложная система, возмущающие воздействия, устойчивость, цикл управления, жизненный цикл, программно-алгоритмические методы.
Современный этап развития науки предполагает новые подходы при исследовании и моделировании процессов функционирования сложных систем и объектов. При этом обязательным условием является обоснование концепций, положенных в основу исследования, формулировка и внедрение новых категорий, путей и способов изучения сложных, трудно формализуемых процессов поведения систем, интеграция научных знаний из различных областей в интересах успешного достижения результатов [1].
В настоящей статье рассматриваются основные проблемные вопросы комплексного исследования устойчивости функционирования автоматизированных систем управления космическими аппаратами (АСУ КА).
Основные определения и формализация понятия «устойчивость АСУ КА». Под устойчивостью в широком смысле понимают способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием возмущающих воздействий. Эта способность обычно присуща системам при постоянном значении выходных результатов в случаях, когда отклонения не превышают некоторого предела [2]. Устойчивость - способность системы сохранять текущее состояние при влиянии внешних воздействий. Применительно к техническим системам, под устойчивостью понимается свойство технических систем сохранять значения конструктивных и режимных параметров в заданных пределах при дестабилизирующих воздействиях. Если текущее состояние, при этом не сохраняется, то такое состояние называется неустойчивым. Устойчивость определяется живучестью, помехоустойчивостью, надежностью системы [3].
Определение понятия «устойчивость» подразумевает стабильность (способность) системы, возвращаться в исходное состояние после внешних воздействий и продолжать работу без изменений функциональных характеристик.
239
