CC BY
7
УДК 004.94:502.1
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-319-321
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И СБОР ДАННЫХ РАБОТЫ ГРАДИРНИ
А.А. Шишкина
Работа посвящена компьютерному моделированию и обработке информации, связанной с работой градирни. Проводится моделирование работы градирни для того, чтобы в дальнейшем оценить и исследовать влияние этого оборудования на экологию и окружающий климат. Делаются первые шаги в моделировании, так как работа градирни является сложным процессом, и следует учитывать не только температуры и скорость выдувания горячего воздуха, но и еще влажность, образование конденсата и каплей воды. Поэтому исследование является многоступенчатым и первые шаги на пути моделирования работы градирни описываются в данной работе. Описываются начальные условия, геометрические параметры, сам процесс моделирования, а также приводятся изображения движения воздуха из градирни. Делаются выводы о возможности или невозможности использования программных комплексов и математического моделирования для исследования выбросов и работы градирни. Также проводится анализ изменения скорости и температуры выдуваемого из градирни воздуха при его смешении с окружающей средой.
Ключевые слова: обработка информации, градирня, программное обеспечение, моделирование, экология, компьютерная программа, движение.
Введение. Градирня служит для интенсивного уменьшения температуры жидкости, а далее уже охлажденная попадает обратно в систему. Этот тип оборудования получил широкое распространение на промышленных предприятиях разного пода, а также на тепловых и атомных электростанциях для охлаждения оборудования [1-2]. Принцип работы оборудования основан на интенсивном охлаждении воды испарением, однако при испарении могут в воздух поступать и вредные вещества. Помимо нагретого воздуха, возможных вредных веществ выделения могут иметь повышенную влажность. Поэтому при оседании выделений могут образовываться наледи, менять локально климат, а также оседать вредные вещества, поэтому моделирование градирни является важной экологической задачей [3-5], а из-за большого числа факторов моделирование является еще и очень сложной задачей.
Методология и результаты. В работе описываются первые шаги на пути решения поставленной задачи. Первым этапом является создание трехмерной модели самой градирни. Была выбрана классическая ее схема (рис. 1), высота ее составляет 60 м, диаметр по нижней части равен 40 м. Для моделирования был выбран программный комплекс Ansys, в который заносится трехмерная модель, далее начальные условия и данные для дальнейшего расчета [610]. Температура воздуха на выходе из градирни составляет 30 градусов, а скорость 5 м/с. Температура окружающей среды равна 20°С, скорость движения ветра составляет 0,1 м/с, что практически считается его отсутствием.
Трехмерная модель предполагает наличие градирни и области, в которой будет распространяться выбросы (рис. 1).
Рис. 1. Трехмерная модель 319
Известия ТулГУ. Технические науки. 2022. Вып. 3
Согласно трехмерной модели были заданы начальные условия и были получены изображения движения воздушных масс, которые приведены на рис. 2.
Velocity
Рис. 2. Движение воздушных масс
Выводы. При моделировании использовалась параллелепипедная область, высотой 400 м, шириной 400 м и высотой 300 м. Вся область была разбита на сетку конечных элементов, а их число составило 3674528. Средний размер элемента составил примерно 0,5 м, что является приемлемым для такого вида и масштаба расчета. Средняя температура на высоте 300 метров составляет 25,1°С, а ее скорость 5,1 м/с.
В итоге была создана компьютерная модель, но на данном этапе она предполагает учет только нескольких факторов, а именно: температура окружающей среды, скорость движения ветра, температура воздуха и скорость ее выдувания из градирни. В дальнейшем предполагается в модель добавления других факторов, таких так влажность окружающего и выдуваемого воздуха, возможность каплеобразования, оседания вредных веществ и другие возможности. Таким образом использование компьютерного моделирования и создание математических моделей позволяет изучить работу градирни.
Список литературы
1. Пономаренко В.С., Арефьев Ю.И. Градирни промышленных и энергетических предприятий: Справочное пособие/ Под общ. ред. В.С. Пономаренко. М.: Энергоатомиздат: 1998. 376 с.
2. Уланова А.С., Михайлов А.Г. Классификация градирен // Техника и технологии: роль в развитии современного общества. 2016. № 9. С. 5.
3. Жиров А.И., Дмитриев В.В., Ласточкин А.Н. Прикладная экология. В 2 т. Том 2: учебник для академического бакалавриата; под ред. А. И. Жирова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Издательство Юрайт, 2019. 311 с.
4. Колесников Е.Ю. Оценка воздействия на окружающую среду. Экспертиза безопасности: учебник и практикум для бакалавриата и магистратуры / Е.Ю. Колесников, Т.М. Колесникова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Издательство Юрайт, 2017. 469 с.
5. 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 года. Абакан: Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 2020. С. 107-108.
6. Шишкина А.А. Аналитический метод исследований условий труда и компьютерное моделирование // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 9. С. 287-290.
7. Морозов В.В., Шилин П.Д., Равина А.А., Шалынков С.А. Верификация программного комплекса ANSYS Fluent для численного моделирования газодинамических процессов в воздухозаборных устройствах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 9. С. 385-388. DOI 10.24412/2071-6168-2021-9-385-388.
320
8. Газаров А.Р. Анализ и обработка информации, полученных с использованием метода конечных элементов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 241-243.
9. Райсген У., Шибан А., Мокров О.А. Численное исследование конструкции эжектор-ного устройства для электронно-лучевой сварки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 6. Ч. 2. С. 117-123.
10. Шишкина П.А. Компьютерный анализ климатического оборудования для обеспечения комфортных условий труда // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 264-266.
Шишкина Анастасия Андреевна, лаборант, shishkina5ap@yyandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPUTER SIMULATION AND DATA COLLECTION OF COOLING TOWER OPERATION
A.A. Shishkina
The work is devoted to computer modeling and processing of information related to the operation of the cooling tower. The simulation of the operation of the cooling tower is carried out in order to ^ further evaluate and investigate the impact of this equipment on the environment and the surrounding climate. The ^ first steps in modeling are being taken, as the operation of a cooling tower is a complex process, and not only temperatures and hot air blowing speed, but also humidity, condensation and water droplets must be taken into account. Therefore, the study is multi-stage and the first steps towards modeling the operation of the cooling tower are described in this paper. The initial conditions, geometric parameters, the modeling process itself are described, as well as images of the movement of air from the cooling tower. Conclusions are drawn about the possibility or impossibility of using software systems and mathematical modeling to study emissions and cooling tower operation. An analysis is also made of the change in the speed and temperature of the air blown out of the cooling tower when it is mixed with the environment.
Key words: information processing, cooling tower, software, modeling, ecology, computer program, motion
Shishkina Anastasia Andreevna, assistant, shishkina5ap@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 629.7.084
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-321-326
ПОСТАНОВКА И МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО ЭШЕЛОНИРОВАНИЯ КОМПЛЕКТА ЗАПАСНЫХ ЧАСТЕЙ
А.Н. Богдан, А.П. Поляков, Е.С. Демченко
В статье рассматривается актуальность эшелонирования комплекта запасных частей образца сложной технической системы. Предлагается постановка и методика решения задачи оптимального распределения запасных частей по эшелонам запасов, позволяющие обеспечить требуемый коэффициент готовности образца с учетом минимума затрат на обеспечение запасными частями. Делается вывод о целесообразности оптимального эшелонирования комплекта запасных частей образца сложной технической системы.
Ключевые слова: комплект запасных частей, коэффициент готовности, эшелонирование, образец, оптимизация затрат.
Обеспечение высокого уровня готовности образца сложной технической системы возможно по двум сценариям. Первый сценарий: при проектировании образца использовать высоконадежные и, как следствие, дорогостоящие составные части. Второй, менее затратный, это обеспечение требуемого уровня готовности образца за счет обоснованного комплекта запасных частей (ЗЧ).
