CC BY
5
УДК 004.94; 502.1
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-233-236
ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ И КОМПЬЮТЕРНОГО АНАЛИЗА ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ
РАБОТЫ ГРАДИРНИ
А.М. Бочарова
В работе описывается процесс создания компьютерной модели работы градирни, а именно движения воздушных масс, которые исходят в окружающую среду. Проводится сравнение различных характеристик воздушных масс при разных скоростях ветра в окружающей среде. Проводилось получение конкретных данных моделирования с последующим анализом информации, при которых делается ряд выводов по результатам моделирований. Приводятся этапы создания компьютерной модели, описывается число конечных элементов, размерность сетки и другие параметры модели, приводится визуальное представление трехмерных моделей. Описываются первоначальные условия трехмерного моделирования, и возможные дальнейшие пути расширения исследования, а также перспективы моделирования. Сравниваются скорости и температуры потоков, интенсивность их смешивания. Приводятся схемы направления, скорости и температуры движения воздуха в рассматриваемом объеме, которые были получены с помощью компьютерного моделирования в программном комплексе, основанном на методе конечных элементов.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, экология, градирня, программное обеспечение, моделирование, программное обеспечение.
Современное состояние компьютерной и вычислительной техники, а также программного обеспечения позволяет проводить исследования различных явлений, анализировать их, систематизировать и т.д. Для этого подходят специальные программы по типу Ansys [1-5]. Которые могут проанализировать работу градирни и ее влияние на окружающую среду. В этой работе будет проведено исследование того, как ведет себя выдуваемый из градирни воздух, его направление движения и другие характеристики с последующим обобщением и созданием выводов о работе градирни. [6-10]. Это позволит исследовать экологические аспекты работы градирни. Для этого было проведено моделирование в программе Ansys.
Была выбрана градирня высотой 60 м и диаметром 40 м. Выдуваемый из градирни воздух обладал температурой 30°С и скоростью 5 м/с при температуре воздуха, окружающего градирню равным 20°С. И была создана компьютерная модель с перечисленными условиями. Для проведения исследования была так же создана вторая модель, в которой скорость ветра в окружающей среде составляет 10 м/с, а не 0,1 м/с, как в первой. В качестве допущения было установлено, что плотность и другие характеристики воздуха и окружающей среды, и из градирни совпадают, включая влажность, теплоемкость. Отличались только скорости и начальные температуры. Такое моделирование необходимо как первый шаг для установления правильности модели перед дальнейшими исследованиями и моделированиями.
Количество элементов сетки составило в обоих случаях 3674528 шт. Размер одного элемента не превышал 3 м. Создавалась трехмерная модель, которая делилась на элементы и после внесения начальных данных происходил процесс расчета. Были получены скорости ветра в обоих рассматриваемых вариантах: при скорости ветра 0,1 м/с (рис. 1, а) и 10 м/с (рис. 1, б).
Так как происходит смешение двух потоков воздуха, то их скорость также меняется, как и направление. В первом варианте воздух из градирни поднимается вверх, почти не меняя своей траектории. При этом скорость падает в процессе поднятия. Во втором случае так как скорость ветра велика, то происходит смешение потоков и направление движения воздуха из градирни меняется в сторону направления движения ветра. За градирней создается область, в которой скорость ветра практически отсутствует, а по бокам конструкции имеются области с повышенным значением скорости, достигающим 16 м/с.
Также были определены температуры воздуха (рис. 2).
Из-за высокой скорости ветра во втором варианте происходит интенсивное смешивание потоков воздуха, и их температура также суммируется. На расстоянии 50 м от градирни температура потока из градирни падает на 9 градусов.
233
Velocity Plane 1
г 5.113e+00 3.835e+00
2.556e+00 -1,278e+00
L L 0.000e+00
[m sMI]
а
Velocity Plane 1
■ 1.6660+01 1.250e+01
8.332e+00 4.166e+00 0.000e+00 (f
[m sn-1]
6
Рис. 1. Скорость
Temperature Plane 1
I-т 3.032е+02
3.007е+02
2.981 е+02
- 2.956е+02
I
[К]
2.931 е+02
Temperature Plane 1
ГТ 3.032е+02
3,006е+02
-2.981 е+02
i
[К]
2.956е+02
2.931 е+02
б
Рис. 2. Температура
Как показало моделирование и его исследование показало адекватность полученной модели, которая повторяет известные данные, полученные экспериментально [11]. Что является положительным фактором для проведения последующих исследований. И при том, что настоящие исследования имитируют происходящее в настоящей реальности, то дальнейшие моделирования также могут быть отражением действительности, и при усовершенствовании существующей модели могут быть получены уже сведения о работе градирни с учетом разной плотности, влажности и других параметров.
Список литературы
1. Булавин Л.А., Выгорницкий Н.В., Лебовка Н.И. Компьютерное моделирование физических систем // Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2011. 352 с.
2. Лычкина Н.Н. Современные тенденции в имитационном моделировании. - Вестник университета, серия Информационные системы управления №2 - М., ГУУ., 2000. 136 с.
3. Шишкина П.А. Компьютерное моделирование работы системы вентиляции для определений условий труда в помещении // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 10. С. 360-362.
4. Шишкина А.А. Сравнительный анализ работы климатического оборудования методом математического моделирования // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 4. С. 400-403.
5. Вайцель А.А. Анализ потерь в трубопроводе с применением программных продуктов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 11. С. 336-339.
6. Гершензон В.Е. Информационные технологии в управлении качеством среды обитания. М.: Academia, 2019. 288 с.
7. Родионов А.И. Технологические процессы экологической безопасности. Гидросфера: учебник для академического бакалавриата / А.И. Родионов, В.Н. Клушин, В.Г. Систер. М.: Издательство Юрайт, 2018. 283 с.
8. Экология: учебник и практикум для прикладного бакалавриата / А. В. Тотай [и др.]; под общ. ред. А.В. Тотая, А.В. Корсакова. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Издательство Юрайт, 2019. 353 с.
9. Коряков А.Е., Шишкина А.А., Шишкина П.А. Математическое моделирование экосистем: уравнения и проблемы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 9. С. 355-358.
10. Шишкина А.А. Металлургическая промышленность и ее негативное влияние на экологию // Инженерные технологии: традиции, инновации, векторы развития: сборник материалов VI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием (Абакан, 11-13 ноября 2020 г.) / отв. ред. Д. Ю. Карандеев. - Абакан: Издательство ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова», 2020. C. 107-108.
11. Градирни промышленных и энергетических предприятий: Справочное пособие / Под общ. ред. В.С. Пономаренко. М.: Энергоатомиздат: 1998. 376 с.
Бочарова Алена Михайловна, студент, shishkina5ap@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STUDY OF THE POSSIBILITIES OF APPLICATION OF SOFTWARE COMPLEXES AND
COMPUTER ANALYSIS IN SIMULATION OF COOLING TOWER OPERATION
A.M. Bocharova
The paper describes the process of creating a computer model of the operation of the cooling tower, namely the movement of air masses that emanate into the environment. A comparison is made of various characteristics of air masses at different wind speeds in the environment. Specific simulation data were obtained with subsequent analysis of the information, in which a number of conclusions are drawn ^ from the simulation results. The stages of creating a computer model are given, the number of finite elements, the dimension of the grid and other parameters of the model are described, and a visual representation of three-dimensional models is given. The initial conditions of three-dimensional modeling are described, and possible further ways to expand the study, as well as the prospects for
235
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].
