CC BY
13
5. ШФОРМАЩЙШ ТЕХНОЛОГИ
ГАЛУЗ1
УДК 681.3+674.047 Проф. Я.1. Соколовський, д-р техн. наук;
доц. М.В. Дендюк, канд. техн. наук; асист. М.С. Варениця;
магктр Ю.В. Прусак - НЛТУ Украти, м. Rbeie
РОЗРОБЛЕННЯ СИСТЕМИ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ СУШИЛЬНИХ КАМЕР ЗАСОБАМИ
COSMOSFLOWORKS
Здшснено математичне моделювання та аналiз фiзичних потоков у люосушиль-них камерах з використанням iнформацiйних технологий проектування COSMOSFlo-Works. Для твердотшьного моделювання л1сосушильно'1' камери та створення триви-мiрних моделей ii компонент1в використано систему автоматизованого проектування SolidWorks.
Актуальнiсть проблеми. Комп'ютерне моделювання запроваджують у вс сфери практичноi д1яльност1. Воно е необхщним шструментом для проектування та створення сучасних енергоощадних технолопчних об'екпв, зок-рема у деревообробнш галуз1 - сушильних камер для осушування деревини та й шших капшярно-пористих матер1ал1в.
Одним i3 можливих шлях1в математичного моделювання ф1зичних процеЫв у камерах сушшня деревини е використання систем автоматизованого проектування та шженерного анашзу - CAE-систем (Computer Aided Engineering). У цьому аспект важливими е програмнi системи, якi штегруються у геометричнi САПР (системи автоматизованого проектування), а також да-ють змогу дослщжувати складнi теплофiзичнi та аеродинамiчнi процеси в ба-гатокомпонентних амiзотропних середовищах. До класу таких систем нале-жить COSMOSFloWorks, який базуеться на сучасних досягненнях обчислю-вальних методiв та iнтегруеться iз автоматизованою системою геометричного проектування SolidWorks.
Тому пошук ефективних шляхiв щодо проектування люосушильних камер безпосередньо пов'язаний з розробленням систем автоматизованого проектування на основi комп'ютерного моделювання та прийняття оптималь-них проектних рiшень.
Аналiз результат дослiджень. Аналiз лiтературних джерел [2-4] та практика проектування люосушильних камер (ЛК) свiдчить про те, що досль дження ЛК як об'екпв проектування та iхне комп'ютерне моделювання вима-гае подальшого iстотного вдосконалення. Наявнi математичнi моделi тепло-масообмшних полiв у ЛК базуються на рiвняннях матерiального та теплового баланЫв [2, 4], якi визначають змшш потоки маси i тепла теплоноЫя. На осно-вi такого шдходу комп'ютерне моделювання камер сушiння здшснюеться пе-реважно з точки зору систем керування [3]. Треба зазначити, що комп'ютерш моделi iнженерного аналiзу тепломасообмiну у ЛК е досить рщюсними.
Останнiми роками, у зв'язку з штенсивним розвитком комп'ютерно! технiки та програмного забезпечення, ютотно розширилися можливостi числового анашзу завдяки CAE (Computer Aided Engineering) технолопям, тобто технологiям шженерного аналiзу. У межах САЕ юнуе такий клас програм, як CFD (Computational Fluid Dynamics), що призначет для комп'ютерного аналь зу фiзичних полiв [7, 8]. До цього класу належать таю програми, як COS-MOSFloWorks, Fluent, Flowvision та ш. CFD-програми добре себе зарекомен-дували для наукових дослiджень тепломасообмшних полiв у рiзноманiтних галузях промисловость У цьому дослiдженнi наведено можливост та доцшь-нiсть використання COSMOSFloWorks у поеднаннi з SolidWorks для проекту-вання конструкцiй й аналiзу тепломасообмiнних процесiв у камерах сушшня.
Геометричне моделювання об'екту ЛК засобами SolidWorks. Для створення тривимiрноi моделi люосушильно! камери перюдично! д11 вико-ристано систему автоматизованого проектування SolidWorks. Ii середовище та iнструменти добре пристосоваш до побудови складних поверхонь та збь рок. До комплекту цього програмного забезпечення входить система автома-тизованого розрахунку COSMOSFloWorks, що штегруеться у середовище проектування [1, 6].
Для побудови експериментально!" моделi було вибрано конвективну камеру з поперечним потоком повггря. Камера такого типу мютить калорифе-ри та вентилятори, кшьюсть яких розраховуеться за вщповщними формулами [5], залежно вiд розмiрiв та об'ему камери.
Спочатку засобами SolidWorks побудовано 3D-модель складових ЛК як калорифера та вентилятора. Схему побудови зображено вщповщно на рис. 1 i 2.
Далi побудовано 3D-модель камери та штабелю пиломатерiалiв (рис. 3). Ц елементи здiйсненi без деталiзацii, а лише для зображення наоч-но1 моделi укомплектовано! сушильно! камери.
Наступним етапом е комплектування описаних вище елеменпв та створення завершено! конструкци камери сушiння деревини (рис. 4).
Рис. 1. Побудова калорифера: а) побудова основи калорифера; б) побудова водяних труб та ребер радиатора; в) тривим1рна модель калорифера
Рис. 2. Побудова осьового вентилятора: а) побудова корпуса та основи кртлення вентилятора; б) побудова двигуна та лопатей вентилятора; в) тривиморна модель
вентилятора
Рис. 3. Побудова камери та штабелю: а) побудова конструкци ЛК з вхгдними воротами; б) побудова штабелю пиломатериалов на тдштабельному в1зку; в) штабель пиломатериалов на тдштабельному в1зку
H^iBiti LE ч- V «««««¡«.и UJ ш ч,
, : tit О • > & t& ' : @ №
Рис. 4. Твердотта ЗБ-модель л^осушильноХ камери конвективно'1 ди у 36ipщ,
виконанш засобами SolidWorks
Отож, 36ipKa складаеться: з п'яти вентиляторiв, п'яти калориферiв, фальш-стелi, штабелю на шдштабельному Bi3Ky, само! камери та стелi каме-ри, а також вентиляцшних заглушок.
Математичне моделювання об'екта ЛК засобами COSMOSFlo-Works. Пiсля того, як ми повшстю спроектували ЭБ-модель камери у середо-вищi SolidWorks, можемо приступати до процесу автоматизованого розра-хунку фiзичних полiв у ЛК. Однак, чим бшьше в област розрахунку повер-хонь та об'екпв, тим бiльше часу та апаратних ресурЫв доведеться затрачати на розрахунок. З метою економй цих факторiв, побудовано спрощену модель камери, на якш проводились розрахунки.
Для початку автоматизованого розрахунку необхщно створити проект в COSMOSFloWorks, задати вхщш данi та початковi i граничш умови. Для цього у COSMOSFloWorks виконано таю етапи:
А и | _
• як зазвичай, спочатку задаемо iм я проекту;
• обираемо систему одиниць вимiрювання. У нашому випадку - це система SI;
• обираемо тип задачi - внутрiшня чи зовтшня. Внутрiшня задача, це коли об-числюються змiни в серединi моделi (як у нашому випадку), а зовтшня - це коли модель помщена у рщину або обчислюються зовнiшнi чинники, котрi впливають на змшу параметрiв моделi. Отже, обираемо тип задачi Internal (Внутршнш);
• вибираемо тип речовини в середин моделi, в нашому випадку - це Air (По-втря);
• наступним кроком задаемо теплофiзичнi параметри поверхонь моделi. Нап-риклад, коефщенти теплопровiдностi, температури зовнiшнього повiтря та iншi характеристики;
• задаемо теплофiзичнi та аеродинамiчнi параметри калориферiв та вентилято-
рiв;
• визначаемо точтсть отримуваних результатов, тобто наскшьки точними вони будуть, але тут варто пам'ятати, що чим бшьша точтсть результатов, тим бiльший час та апаратний ресурс затрачаеться на обчислення моделi.
Коли проект створено, необхщно ввести вiдповiднi вхiднi данi у пане-лi керування Flo Works, зокрема: тиск (статичний) - 101Э25 Ра, початкову температуру пов^я у камерi - 20 °С та iншi параметри. Нагрiвання повiтря у камерi здiйснюеться нагрiвними елементами - калориферами, встановлюемо !хню потужнiсть близько 2 КВт. У напрямку калориферiв подаються потоки повiтря пiд дiею осьових вентиляторiв iз кутовою швидкiстю 100 рад /с. Також необхщно задати фiзичнi параметри елементiв камери: матерiал та теп-лопровiднiсть.
Зазначимо, що для такого шдходу досягаеться необхщна штегрова-нiсть COSMOSFloWorks iз SolidWorks. Це дае змогу здшснювати автомати-зований розрахунок дослiджуваних фiзичних полiв у ЛК без додаткових мапстралей передавання даних мiж програмними оболонками геометричного проектування об'екта i математичного моделювання та розрахунку. Також за-дання вхщних даних та вiзуалiзацiя здiйснюеться безпосередньо у середови-щi SolidWorks.
Аналiз отриманих результат. Автоматизована система розрахунку COSMOSFloWorks мае змогу отримувати результати у графiчному виглядi, що робить !х бшьш доступними та зрозумiлими.
Рис. 5. Фнальний етап створення проекту в COSMOSFloWorks
Пщ час процесу моделювання роботи елеменпв люосушильно! камери можемо в реальному час спостерiгати за змтою температури у камерi iз кожною ^еращею обчислень.
Рис. 6. Графшрозподлу температур вiдносно часу
У верхнш частит рис. 6 показан значення уЫх параметрiв, ми
задавали як цiлi розрахунку, а у нижнш - вони зображеш у виглядi графiка. На графжу ми бачимо, як змшюеться температура повiтря i поверхонь камери у зв'язку iз на^ванням калорифера. Початкова температура повiтря у се-рединi камери становить 20 °С. З часом вона починае зростати, а за нею i температури поверхонь. Пiсля позначки у 20 одиниць часу спостертаемо, як температура повггря стрiмко пiднiмаеться вгору (це пов'язано iз змiшуванням нагрггих потокiв та повiтря, що поступило до камери), а температура повер-хш штабеля теж пiднiмаеться, але плавно i поступово.
На час завершення експерименту маемо такi результати: температура пов^я становить приблизно 191 °С, середня температура поверхнi штабеля близько 73 °С. На рис. 7, 8 представлено графiчнi зображення тепломасооб-мiнних розподiлiв потокiв повггря у камерь На шкалi (шворуч зображень) рiзними кольорами вiдзначено вщповщт значення температури.
(вид з переду) (вид зверху)
Рис. 7. Розподт температур у KaMepi
Рис. 8. Тpaeктоpiя руху nomoKie повтря у KaMepi
COSMOSFloWorks дае змогу дослщжувати вщповщш параметри у потрiбних точках камери та в будь-як моменти часу. Система видае результата i для шших дослiджуваних параметрiв, наприклад, швидкiсть, тиск, гус-тину, штенсившсть та багато iнших.
Висновки. Таким чином, засобами SolidWorks /COSMOSFloWorks запроектовано шдхщ для розроблення системи автоматизованого проектування люосушильних камер конвективно! дп.
У цьому аспект комплексне використання S olid Works та COS-MOSFloWorks дало нам змогу:
• побудувати 3Б-модел1 вентилятора i калорифера;
• побудувати 3Б-модель камери i3 розмiщенням у нiй необхщних компонентов;
• задати вхiднi параметри: параметри калориферiв i вентиляторiв, температуру повггря у камерi та назовт, тиск повiтря, характеристики матерiалiв камери та об'екив у нш;
• ввести чи змшити потрГ6ш параметри процесу мтщйного моделювання;
• змоделювати процес сушшня деревини, зокрема розподш пов^яних та теп-лових потоюв у камерi;
• отримати та проаналiзувати вихщт данi, як у числовому, так i графiчному виглядг
Л1тература
1. Алямовський А.А. SolidWorks /COSMOSFloWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов. - М. : Изд-во ДМК Пресс, 2004.
2. Б|лей П.В. Теоретичш основи теплово'1 оброблення i сушшня деревини. - К. : Вид-во "ВЖ, 2005.
3. Прник М.Л. Автоматизащя процеав сушшня деревини у буд1вельнш шдустри: структурний синтез САК / Прник М.Л., Воронов В.Г., Сафарок В.О. та ш - К. : Вид-во "Буд1вельник", 1992.
4. Озаркчв I. Диагностика властивостей деревини в технолопчних процесах дерево-обробки / Озарк1в I., Басалига G., Соколовський I., Кобринович М. - Льв1в : Вид-во "Панорама", 2003.
5. Копинець З.П. Методичш вказ1вки для виконання курсових проекпв з дисциплши "Технология сушшня i захисту деревини" / Копинець З.П., Губер Ю.М. - Льв1в : Вид-во "Панорама", 2005.
6. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://www.solidworks.ru /.
7. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://www.pro-technologies.ru /.
8. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://www.fsapr2000.ru /.
Соко ловский Я.И., Дендюк М.В., Варениця М.С., Прусак Ю.В. Разрабатывание системы автоматизированного проектирования сушильных камер средствами COSMOSFloWorks
Осуществлены математическое моделирование и анализ физических потоков в лесосушильных камерах с использованием информационных технологий проектирования COSMOSFloWorks. Для твердотельного моделирования лесосушильной камеры и создания трехмерных моделей ее компонентов использована система автоматизированного проектирования SolidWorks.
Sokolowskyy Ya.I.; DendyukM.V., VarenycyaM.S., Prusak Yu.V. Development of computer-aided system of dryings chambers design by facilities of COSMOSFloWorks.
Mathematical modeling and analysis of physical streams carried out in forest drying chambers with the use of information technologies of COSMOSFloWorks planning are made in the article. A computer-aided of SolidWorks design is used for the 3D modeling of forest drying chamber and creation of three-dimensional models of it's components.
