Моделирование течения в канале с гантелеобразными 2d лунками Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

5. Бигус Г.А. , Даниев Ю.Ф. , Быстрова Н.А. , Галкин Д.И. Основы диагностики технических устройств и сооружений. М.: Изд-во МВТУ им. Н.Э.Баумана. 2015. 448 с.

6. Самигуллин Г.Х., Кузеев И.Р. Безопасная эксплуатация зданий и сооружений нефтегазовых предприятий / Под общ. ред. проф. И.Р. Кузеева. Санкт-Петербург : Лема, 2015. 138 с..

7. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств». Серия09. Выпуск 37. М.: ЗАО «Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности», 2013. 126 с.

© Г.Х. Самигуллин, 2016

УДК 62-683

А.А.Степанова

Магистрант 2 года обучения Факультет инженерных систем и природоохранного строительства

ФБГУ ВО СГАСУ г. Самара, Российская Федерация

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ В КАНАЛЕ С ГАНТЕЛЕОБРАЗНЫМИ 2D ЛУНКАМИ

Аннотация

В данной работе предложено изменение гладких поверхностей теплообменников, работающих на газовых теплоносителях, на поверхности с гантелеобраными 2d лунками. Также проведено численное исследование поведения, потока воздуха при различных режимах турбулентности для данной поверхности. Для построения и исследования математической модели использовались программы математического моделирования Salome и Code-Saturne, имеющие свободную лицензию. Получена информация по распределению скорости воздуха вблизи поверхности с особенностями.

Ключевые слова

Гидрогазодинамика, поверхность, поток воздуха, численное моделирование

Введение.

В связи с непрекращающимся ростом объемов производства и стоимости энергоресурсов проблема рационального их использования является одной из самых актуальных в современном мире. Наиболее частым решением по экономии энергии на производствах является использование теплообменных аппаратов с интенсификаторами (котлов утилизаторов, регенератов, экономайзеров и др.). К теплообменному оборудованию предъявляются строгие критерии по энергоэффективности, надёжности и безопасности. [1, с.263]

Наиболее проблемным теплоносителем являются различные газы. В теплообменниках, работающих на газовых теплоносителях, затраты энергии на преодоление силы трения поверхности теплообменника могут достигать значительной величины. Количество тепловой энергии, отдаваемой теплообменником можно увеличить, увеличив скорость подачи теплоносителя, однако при этом увеличивается и сопротивление трения, которое изменяется пропорционально квадрату скорости, а соответственно возрастают затраты энергии на прокачку теплоносителя. [1, с.264]

Можно также увеличить поверхность теплообмена и организовать зоны местной турбулизации течения. Но в этом случае будут увеличиваться геометрические характеристики теплообменника. Такой путь решения требует дополнительных исследований для эксплуатации в конкретных условиях, так как стоимость теплообменного оборудования высока, из-за высокой металлоёмкости. [1, с265]

С целью увеличения количества передаваемой теплоты используют различные методы интенсификации теплообменных процессов, активные, пассивные и комбинированные. (таб 1) [5, с4]

Таблица 1

Методы интенсификации теплообмена

Активные:

Пассивные:

Комбинированные:

-Механическое перемешивание -Вибрация поверхности -Пульсация потока -Электростатические поля -Инжекция

-Отсос пограничного слоя -Струйные аппараты

-Обработанные поверхности -Шероховатые поверхности -Развитые поверхности -Перемешивающие устройства -Устройства, закручивающие поток -Змеевики

-Устройства поверхностного натяжения

-Добавки для жидкостей -Добавки для газов_

Два или более пассивных и/или

активных методов одновременно

Чаще всего используются пассивные методы интенсификации, т.к. они не требуют постоянного приложения каких-либо усилий со стороны человека, а заключаются в модернизации самого теплообменного аппарата.

Рассмотрим один из пассивных способов повышения теплосъема с поверхности теплообменника с помощью изменения его поверхности, а именно нанесения лунок на поверхность теплообменника. [2,4] По данным исследований [7] при обтекании потоками газа лунок образуются завихрения, увеличивающие теплосъем с поверхности теплообменника, при этом сопротивление поверхности потоку газа увеличивается не значительно, а при некоторых режимах течения газа остается таким же, как и у гладкой поверхности.

Исследование.

Для проведения исследования о возможности увеличения теплосъема при различных режимах течения газа с поверхности теплообменника при нанесении лунок была построена модель расчетной области в программе Salome [8,9] рис1.

Рисунок 1 - Расчетная область поверхности 2d с гантелеобразными лунками

Геометрия построенной в программе модели включает в себя 32 гантелеобразных лунки (рис1), и разбита при помощи треугольных призм на 636050 объемных элементов (рис 2). Размер граней призм составляет от 0,001м до 0,005м. Вблизи поверхности сетка дополнительно разбита на 4 слоя (рис 3).

Рисунок 2 - Сетка течения воздуха по поверхности с особенностями

Рисунок 3 - Разбиение поверхности с помощью треугольных призм(разрез)

Численный расчет производился с помощью программы Code-Saturne [10] в которой задавались параметры среды и условия для расчета: р = 1,165кг /м3, ju = 1,861 • 10"5 Па • с , Ср = 1,005Дж / кг • К, а также задавалась модель турбулентности. Замыкание системы дифференциальных уравнений: движения, неразрывности, энергии, и уравнения состояния, происходит с помощью выбранной модели турбулентности Система дифференциальных уравнений используемых в программе:

• Система дифференциальных уравнений движение Навье-Стокса [11]:

— + div (pu) = Г

dt

р+ Vu (pu) = -V P + div

+ STu - Ku + г(г - u)

M

Vu + Vu - 33 tr (Vu)td

\ + pg

div (pR )

+

Уравнение энергии [11]:

р— — -сИу (д ") + д т - Pdiv (и) + ^2 С/ — —

Уравнение неразрывности [3]

Рисунок 4 - Элементарный объем движущегося потока газа

-(ры) | -(pv) | -(pw) = 0

dx dy

dz

• Уравнение состояния Ван-дер-Ваальса:

P +

öfV

лЛ

(V - ¿v) = vRT

Рассмотрим результаты математического эксперимента протекания потока воздуха над облуненой

поверхностью при заданной скорости воздуха О — 10М / С и различных моделях турбулентности.

Модель k-epsilon:

Рисунок 5 - Распределение скорости по облуненой поверхности

Рисунок 6 - График распределения скоростей в поперечном разрезе на относительном расстоянии от

облуненой поверхности 1- 0,5; 2 - 0,1; 3 - 0,05

Уравнения для расчета модели k-epsilon [12]:

-k I и

-t

-k P -= Pk -£ + -

-X

J

-X ,

/ V -k

(v + —)

°k -XJ

Pk = 2vtSjSj; e = CT

' k J

3

kl

yD

l

C k2

vt = CM —

e

-t

= Ce

11 -x, ~e1

Pke ^ e2 -- Ce1 — + — k k -x,

. v -e (v I——)-

^ e -Xj

Постоянные модели k-epsilon:

Ce1 C e2 CM ^ e

1,44 1,92 0,09 1,0 1,3

Модель k-omega sst:

Рисунок 7 - Распределение скорости по облуненой поверхности

Рисунок 8 - График распределения скоростей в поперечном разрезе на относительном расстоянии от

облуненой поверхности 1- 0,5; 2 - 0,1; 3 - 0,05

Уравнения модели k-omega sst [12]:

dk / \ dk * d — + (U.)-= Pk - ß km +-

dt X j/dx.. k dx.

j

dm /т \ dm

— + (U.)-

dt X dx.

C = F1C1 + (1 - F1)c2 F1 = tanh(arg^)

/ vt ч dk

{v + — )

m „ л 2 d

= a-Pk -ßm + d k dx;

ak dxj

vt . dm (v + — )-

a m dxj

+ 2

(1 - F1) 1 dk dm

argj = min

f

max

4k 500v

A

0.09my y m

4pk

CDkmy2

a

m2

mdx j dx j

CDkm = max

2^-1-dk- ^Д0 - 20

am2m dxi dxi

v =

axk

max (alm; SF2 )

F2 = tanh(arg2)

2

arg2 = max

500v

0.09my ' y2m

V-----^ s ~ j

Постоянные модели k-omega sst:

a1 ß1 ak 1 am1 a1 k

ßl ß - k2/(am,V7) 0,075 1,176 2 0,31 0,41

a2 ß2 ak 2 am2 ß

ß2l ß - k2l(ae2>/ß) 0,0828 1,0 1,1682 0,09

Модель Rij-epsilon LRR:

Рисунок 9 - Распределение скорости по облуненой поверхности

1-— ^ —-1--Z-^^-- ! \ а : 1- \ ...V............/.... i-1-1 ^ Л ...............................liiB/.'i.....................V. Г 1- r

iT v v il ,.....______________________, V- : 1 1 ...........................................................1

7 I 1 k ri-----------------------^ 1 \ .....Li.................... Л 1 \ k\.......................... »\A Ц LÜ...................Ii.............................]

u pi ^ f\\ V i-------Г-------------------i — т ,------------------------------ |L.....Ü|....................................

: V 1 J_\_fii................ \ _____________fcs.__________I • Ais / \ v \y i \

1 r % 1 \ \ 1

10-

в-

4-

2-

- 1

-2 -3

0.2

0.4

0.6

0.0

Рисунок 10 - График распределения скоростей в поперечном разрезе на относительном расстоянии от

облуненой поверхности 1- 0,5; 2 - 0,1; 3 - 0,05

Уравнения модели Rij-epsilon ЬЯЯ [12]:

2

S (Uk)S Q Q S + 0

dt Х kl dx„ s1 k s1

ч

P --< ujuj)

v 2 du- duk V p - -p—'---

dxj dxt

k dxj

C k / , ,\ds

Cs-{ U j U j)

, . dUi duj V2p' --2p ' j

dxdX' ji

-p

d2

dx' dx f ij

(uj uJ - (Щ))

dx

j

f

ф, = -ClSby + C 2 kS, + + C3 k + C4 к (bft о jk + bjk Q к)

а .. (w ,'u') 1

b. = -is

У nir О V 3 j

2

л

bikSjk + bjkSik - ^ bmnSnmSij

s, =1 У 2

о ,= -2

У 2

У

2k 2k (

dx. dx.

V

d(U) _d_U

dx,

dx.

+

Ci C 2 с 3 C 4 C.1 C,2

3,0 0,8 1,75 1,31 1,44 1,90

Модель Rij-epsilon SSG:

Рисунок 11 - Распределение скорости по облуненой поверхности

\1 Ч /\1 j_._______________________4_ _ 4vJ Ч r-Г ---V-. ч t L \ !

1 ■ л. % ___________________________________________________________Ii, 1

i 1 !................................ i * i г _____j____________________j fl 1 f\ k, 1 * 11 1' 'n > ' 1 * Ъ , 1 : \ 1 t J____t__________________________ij_______i____________________J___ \ lA.............................J

г Ц / г/ Хм/ 1 А ......д\...................■L^U!............. 1............................. \ .........................

\\ TA A Iii У .........V............1 м1/........... Л

v* y V

ю-

8-

2-

0.2

0.4

0.6

0,8

1 X

Рисунок 12 - График распределения скоростей в поперечном разрезе на относительном расстоянии от

облуненой поверхности 1- 0,5; 2 - 0,1; 3 - 0,05

Уравнения модели Rij-epsilon SSG [12]:

Для данной модели используются те же уравнения что и для модели Rij-epsilon LRR, кроме:

Ф = -С1еК + C1 е

У 1 J

( V

' ( 1

bkbk -- bb 1 + C2 kSy +

V

ik Jk 3 ~ nm

'2™iJ

+ C3 k

2

Л

bikSJk + bJkSik 3 bmnSnm^J

+ C 4 k {bik Q Jk + bjk Пл)

C, f Q C2 с 3 C4 Се1 C е2

3,4 +1,8 P / е 4,2 0,8 - 1,3(b JbJ )05 1,25 0,4 1,44 1,83

Рисунок 13 - График скоростей в поперечном разрезе потока воздуха на относительном расстоянии 0,05 от

поверхности с особенностями

Рисунок 14 - График скоростей в поперечном разрезе потока воздуха на относительном расстоянии 0,1 от

поверхности с особенностями

10-

-4

8-

6-

4-

0

0.2

0.4

0.6

0.8

Рисунок 15 - График скоростей в поперечном разрезе потока воздуха на относительном расстоянии 0,5 от

поверхности с особенностями

Из графиков распределения скоростей рис. (6,8,10,12) мы видим, что для построенной математической модели адекватны все 4 просчитанных модели турбулентности.

Так же мы видим при попадании потока воздуха в лунку происходит турбулизация потока и резкое увеличение скорости воздуха. Рис (6,8,10,12) по сравнению с гладкой поверхностью. Следовательно, на облуненой части поверхности увеличивается теплосъем.

При анализе значений скоростей потока воздуха на относительных расстояниях от поверхности пластины в 0,05, 0,1, 0,5 (рис 13,14,15) мы можем сделать вывод что наибольшие скорости достигаются при использовании модели k-omega sst.

Синим цветом на рис 5, 7, 9, 11 показаны области ламиризации потока воздуха. Также на рис 5, 7, 9, 11 вы видим, что сразу за лунками образуются возвратные течения (они отображены зеленым цветом)

В результате численного исследования выявлено наличие зон ламинаризации, что позволяет предположить снижение гидравлического трения для каналов с гантелеобразными 2d лунками. Список использованной литературы:

1. Бурцев С. А., и др. Экспериментальное исследование характеристик поверхностей, покрытых регулярным рельефом. // электронный научно-технический журнал «Наука и техника» - №1-2013 с 263-290. (Дата обращения 11.11.2015)

2. . Гортышов, Ю.Ф. и др. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования. Интенсификация теплообмена: монография Ю.Ф. Гортышов, И.А. Попов, В.В. Олимпиев, А.В. Щелчков, С.И. Каськов под общ. ред. Гортышова Ю.Ф. -Казань: Центр инновационных технологий, 2009. - 531 с.

3. Ковальногов, Н. Н. Прикладная механика жидкости и газа / Н. Н. Ковальногов. - Ульяновск УлГТУ, 2010.

4. Леонтьев, А.И. и др. Разработка фундаментальных основ создания прототипов энергоэффективных теплообменников с поверхностной интенсификацией теплообмена/ Материалы конференции РНКТ-4. [М.], 2006. URL: http://www.rnhtc.ru/year/2006/lib/1-253.pdf (дата обращения 07.03.2015)

5. Попов И.А., Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В. Промышленное применение интенсификации теплообмена - современное состояние проблемы (обзор) // ежемесячный теоретический и научно-практический журнал «Теплоэнергетика» - №1-2012 с 3-14 (Дата обращения 15.11.2015)

6. Степанова А. А., Таркаева А. Д., Цынаева А. А. Повышение эффективности систем вентиляции с теплоизоляционными установками систем.// В сборнике: Материалы трудов XIX Всероссийской научно-

Модели турбулентности: 1- k-epsilon; 2 - k-omega sst; 3 - Rij-epsilon LRR; 4 - Rij-epsilon SSG

Результаты и обсуждения.

Вывод.

- 219 с.

технической конференции: «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность»/ Томский политехнический университет, 4-6 декабря 2013 - Томск: Изд-во ООО «Скан», 2013. Т. I. - 425 с.

7. . Титов А. А. Экспериментальное исследование влияния поверхностных углублений на теплообмен и сопротивление в потоке сжимаемого газа // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М.: Изд. ОИВТ РАН, 2010. - 20 с.

8. Цынаева, А. А. Моделирование задач теплообмена и гидрогазодинамики с помощью свободного программного обеспечения/ Цынаева А.А., Цынаева Е.А.// Вестник УлГТУ. Ульяновск, УлГТУ,2014. №4. с. 42-45

9. http://salome.org/

10. http://code-saturne.org/cms/

11. http://code-saturne.org/cms/sites/default/flles/docs/3.0/theory.pdf

12.http://cfd.mace.manchester.ac.uk/twiki/pub/CfdTm/ResPub34/thesis_juan_04_10_06.pdf

©А.А.Степанова, 2016

УДК 004.056

А.Р. Сухова

студентка 4 курса

Института управления и безопасности предпринимательства ФГБОУ ВПО Башкирский государственный университет

г. Уфа, Российская Федерация E-mail: [email protected]

МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ОЦЕНКИ РИСКОВ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Аннотация

Данная статья посвящена обзору основных методов проведения оценки рисков информационной безопасности

Ключевые слова

Информационная безопасность, оценка рисков, защита информации, методы оценки рисков

Оценка рисков информационной безопасности (далее - ИБ) заключается в выявлении угроз, рисков, уязвимостей, которые могут отрицательно повлиять на процесс управления предприятием, его ресурсы. Цель такого мероприятия - идентификация рисков и их последующая нейтрализация. Результаты оценки рисков помогут в определении конкретных мер и приоритетов в области менеджмента рисков информационной безопасности, а также внедрению мер и средств контроля и управления, выбранных для защиты от этих рисков [1].

Специалисты выделяют два основных метода оценки рисков информационной безопасности: качественный и количественный. Также часто встречается еще один метод, который объединяет в себе указанные ранее методы [2].

Для реализации количественной оценки рисков необходимы действительные, корректные данные, чтобы впоследствии получить точные значения, которые можно выразить в процентах, валюте, трудоднях и т.д. С помощью данного метода можно оценить вероятность и ущерб при наступлении угроз, стоимость системы защиты информации.

Итогом количественной оценки рисков должен стать список, содержащий следующую информацию: возможные угрозы, частота их возникновения, потенциальный ущерб и предлагаемые меры по защите информации.

В качественном методе используются шкалы (трехбалльная, пятибалльная или десятибалльная) для определения величины риска информационной безопасности. Основными вспомогательными средствами