CC BY
6
FEATURES OF NUMERICAL CALCULATION OF AERODYNAMIC HEATING
D.V. Sladkov
The article considers the possibility of solving the problem of aerodynamic heating of an axisymmetric aircraft by numerical simulation of the processes of gas-dynamic flow around the airflow and the non-stationary temperature field of the fairing. The relative accuracy of calculations of the software systems Gas2, Term2 is determined when solving this kind ofproblems.
Key words: aerodynamic heating, software package, supersonic flow, aircraft.
Sladkov Dmitri Valeryevich, student, sladckov.d@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Scientific adviser - Dunaev Valery Alexandrovich, doctor of technical sciences, professor, dwa222@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 004.94:502.1
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-272-275
МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ГРАДИРНИ КОМПЬЮТЕРНЫМ МОДЕЛИРОВАНИЕМ И АНАЛИЗОМ ДАННЫХ
А.М. Бочарова
В статье затрагивается тема о том, как влияет величина элемента при расчете в программных комплексах, основанных на методе конечных элементов на некоторые параметры, в числе которых качество расчета и затраченное на моделирование время. Дается сравнение компьютерного моделирования работы градирни при различных условиях. Рассматривается несколько вариантов разбиения сетки конечных элементов, а именно в зависимости от размера одного элемента. Особое внимание уделено оценке влияния количества и размеров отдельных элементов на различные параметры процесса, такие как скорость выдуваемого из градирни воздуха, его температура, смешение воздуха из градирни с окружающей средой, и нескольких других параметров. Целью статьи является сравнительный анализ параметров нескольких вариантов компьютерных моделирований, которые отличаются между собой исключительно сеткой конечных элементов. Приводятся конкретные значения оцениваемых величин в зависимости от размера одного элемента. Автор приходит к выводу, о том, какой вариант наиболее предпочтительный и оптимальный с точки зрения погрешности расчета и его скорости.
Ключевые слова: анализ, информация, данные, программное обеспечение, программа, компьютерное моделирование, экология.
Разнообразное программное обеспечение закрепилось в жизни современной науки, она помогает во многих видах научной деятельности: автоматизация расчетов по известным формулам, оцифровка карт, подготовка рукописей, коммуникация с коллегами, проверка орфографии и заимствований, патентный поиск, исследование литературы, а также большое значение имеют программные комплексы для решения прикладных физических, химических и иных задач [1-8].
272
Большинство комплексов основаны на методе конечных элементов, который приобрел популярность во многом за счет того, что позволяет решать широкий круг задач. В том числе и экологические. Например, с помощью программы Ansys, которая, собственно, и основана на методе конечных элементов, позволяет исследовать работу градирни, а именно оценить исходящий из нее переувлажненный воздух с возможной примесью вредных и загрязняющих веществ [9,10]. Поэтому исследование градирни является важной задачей, решение которой возможно с помощью программных комплексов и компьютерных моделирований.
Однако расчет методом конечных элементов имеет особенность, которая заключается в том, что качество расчета и его скорость напрямую зависят от числа конечных элементов, на которые разбит исследуемый объект. Поэтому необходимо соблюдение баланса между качеством и временем расчета. При этом возможны случаи, при которых увеличение числа элементов приводит к ухудшению качества расчета.
В программе Ansys количество элементов можно изменять за счет изменения размера одного элемента. Поэтому в работе будет рассмотрено несколько моделей с разным размером элементов (3, 5, 10 м) и соответственно с разным их числом. И на основе моделирования проводится оценка таких характеристик как скорость и температура потоков, которые занесены в таблице, при одинаковых иных условиях и параметрах расчета.
Основные исследуемые характеристики и их величины
Размер элемента, м 3 5 10
Количество элементов, шт. 175584 1018712 3674528
Скорости ветра средняя на выходе из горловины, м/с 4.79239 4.67063 4.64581
Скорость ветра средняя на верхней плоскости рассматриваемой области, м/с 0.123742 0.131274 0.13784
Температура средняя на верхней плоскости рассматриваемой области, K 293.264 293.281 293.341
Было установлено, что при разном количестве конечных элементов существенно отличаются исследуемые параметры. Так скорость ветра на выходе из горловины падает при укрупнении размеров элементов, а вот средняя скорость на верхней плоскости моделируемой области, наоборот, растет, также, как и средняя температура.
Далее оцениваются изображения скорости ветра в сечении (рис. 1).
щщ 1
а 6 в
Рис. 1. Скорости ветра в сечениях при размере элемента сетки конечных
элементов: а — 3м, б — 5м, в — 10м
Установлено, что с уменьшением размера элементов и соответственно с увеличением их числа происходит значительное сужение области с повышенной скоростью, то есть уменьшения площади поперечного сечения потока воздуха из горловины. При этом также существенно уменьшается площадь и высота столба с максимальной скоростью воздуха из градирни.
Таким образом, было установлено, что на качественные и количественные характеристики потоков воздуха из градирни существенное влияние оказывает сетка конечных элементов. В данном случае сложно судить о том, какой из вариантов расчета более правильный. Однако существуют общие рекомендации по увеличению числа элементов для достижения наилучшего результата [3].
Список литературы
1. Мягков Ю.В., Шипелов Ю.С. Моделирование охлаждения цилиндра двигателя средствами программного комплекса ANSYS CFX // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. Вып. 6. Ч. 1. С. 131-135.
2. Шишкина А.А. Сравнительный анализ данных для улучшения условий труда // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 9. С. 250-252.
3. Андреев С.М. Разработка и компьютерное моделирование элементов систем автоматизации с учетом специфики технологических процессов: учебник. М.: Academia, 2017. 36 c.
4. Кузин В.Ф. Бочаров С.М., Ерошкин И.Ю. Расчёт методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния при холодной сварке // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2009. Вып. 1. Ч. 1. С. 124128.
5. Шишкина А.А. Аналитический метод исследований условий труда и компьютерное моделирование // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 9. С. 287-290.
6. Городецкий А.С. Компьютерное моделирование в задачах строительной механики. М.: АСВ, 2016. 338 с.
7. Поршнев С.В. Компьютерное моделирование физических систем с использованием пакета MathCAD: Учебное пособие. М.: Горячая линия -Телеком, 2011. 320 с.
8. Сулейманов Р.Р. Компьютерное моделирование математических задач. Элективный курс: Учебное пособие. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2011. 384 с.
9. Шакирбеков Н.А., Смагулова Э.М. Сравнительный анализ типов градирен // Студенческий электронный научный журнал 2019, № 11(55). [Электронный ресурс] URL: https://sibac.info/iournal/student/55/135317 (дата обращения: 01.03.2022).
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: Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, 2020. С. 107-108.
Бочарова Алена Михайловна, студент, shishkina5ap@yanJex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
METHOD OF STUDYING COOLING TOWER OPERATION BY COMPUTER SIMULATION
AND DATA ANALYSIS
A.M. Bocharova
The article touches upon the topic of how the value of the element in the calculation in software systems based on the finite element method affects some parameters, including the quality of the calculation and the time spent on modeling. A comparison of computer simulation of the operation of the cooling tower under various conditions is given. Several options for partitioning the mesh of finite elements are considered, namely, depending on the size of one element. Particular attention is paid to assessing the influence of the number and size of
274
individual elements on various process parameters, such as the speed of the air blown out of the cooling tower, its temperature, mixing of air from the cooling tower with the environment, and several other parameters. The purpose of the article is a comparative analysis of the parameters of several variants of computer simulations, which differ only in the finite element mesh. Specific values of the estimated values are given depending on the size of one element. The author comes to the conclusion about which option is the most preferable and optimal in terms of calculation error and its speed.
Key words: analysis, information, data, software, program, computer simulation,
ecology.
Bocharova Alena Mikhailovna, student, shishkina5ap@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.791
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-275-278
К ВОПРОСУ О СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ И ВЫБОРЕ ОБОРУДОВАНИЯ
В.Г. Новиков
Сварка является распространенной операцией для изготовления различных деталей, в том числе и в машиностроительном производстве, которая сопровождается необходимостью в применении специализированного сварочного оборудования. Такое оборудование имеет различные свойства и характеристики, каждые из которых необходимы в своем конкретном случае применения сварки, поэтому вопрос о выборе сварочного оборудования является важным. В работе описываются основные виды оборудования, используемого в процессе сварки, которое применяется в различных условиях проведения операции, при сваривании различных видов материалов, для получения различного по качеству сварного шва. Приводятся наиболее распространенные виды оборудования с описанием их достоинств и недостатков. Делаются выводы о том, какое оборудование необходимо использовать в зависимости от нескольких факторов: качество сварного шва, возможность использования и доступ к источникам электрического питания, размеров получаемого изделия, стоимость оборудования и расходного материала, а также квалификации специалиста, которым проводится сваривание материалов.
Ключевые слова: сварка, оборудование, технологический процесс, черные металлы, цветные металлы.
Сварка является важной частью машиностроения и других отраслей промышленности. С ее помощью изготовляют большое разнообразие деталей как по форме, так и по габаритным размерам [1-4]. При этом для каждого свариваемого материала и для разных условий, при которых необходимо провести сваривание, необходимо различное оборудование [5-11].
Сварочное оборудование включает в себя огромную группу аппаратов. Используют его для сварки узлов, производства некоторых видов деталей. Фактически это межмолекулярный процесс, происходящий под нагревом.
Главное отличие между бытовыми и промышленными сварочными аппаратами - мощность и ПВ (продолжительность включения). Если производитель заявляет о цикле в 10 минут, то аппарат может беспрерывно работать 5 минут, после чего столько же времени должен охлаждаться. Чем выше показатель ПВ, тем продуктивнее и надежнее сварочный аппарат. Некоторые промышленные модели достигаю 100% ПВ.
275
