close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Исследование гидродинамических и газодинамических процессов в машинах и агрегатах бытового назначения..pdf

код для вставкиСкачать
ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ В МАШИНАХ И АГРЕГАТАХ БЫТОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ
А.Г. Лепеш1, А.Д. Кузнецова2, А.А.Телицын3
Санкт-Петербургский государственный экономический университет (СПбГЭУ),
191023, г. Санкт-Петербург, ул. Садовая, 21.
В статье производятся исследование газодинамических процессов с помощью пакета FlowSimulation
программы SolidWorks 2016
Ключевые слова: расчеты, газодинамика, SolidWorks, FlowSimulation, мотор-компрессор, струйный
насос.
RESEARCH OF HYDRODYNAMIC AND GAS-DYNAMIC PROCESSES IN MACHINES AND
AGGREGATES DOMESTIC PURPOSES
A.G. Lepesh, A.D. Kuznetsova, A.A. Telitsyn
St. -Petersburg state university of economics (SPbGEU),
191023, St. Petersburg, Sadovaya str., 21.
The article presents a study of gas dynamic processes using package Flow Simulation software SolidWorks
2016.
Keywords: calculations, gas dynamics, SolidWorks, Flow Simulation, the motor-compressor, a jet pump.
Современные
программные
САЕпродукты (Computer Aided Engineering –
компьютернаяподдержка инженерного анализа)
стали основным средством при расчетных исследованиях, применяемых на стадии проектирования изделий[1-10].
В настоящее время CAE-продукты удобны в эксплуатации, а применение современного
программного обеспечения обеспечивает снижение стоимости и повышение их вычислительной мощности. На стадии проектирования
особое значение придается моделированию
процессов, происходящих при работе машин и
агрегатов различного назначение. Наиболее
сложные из них связаны с обеспечением прочности элементов [1-6] либо с анализом рабочих
процессов, обеспечиваемых движением и изменением состояния рабочих сред [7-10].
В данной работе проведены исследования
на базе программного продукта SolidWorks
FlowSimulation [11]. Программа является распространенным в практике проектирования
САЕ-продуктом и позволяет проводить расчеты
в области аэрогидродинамики, теплопередачи и
теплообмена. SolidWorks FlowSimulation предназначен для использования в различных отраслях промышленности (вентиляция, тепло________________________________________
обмен в помещениях, трубопроводная арматура
и др.).
Основная задача, решаемаяпри проектировании с помощью САЕ-продуктов – постановка и проведение численных экспериментальных исследований, позволяющих определить работоспособность объектов в конкретных
условиях, при этом практически заменяющих
во многих случаях натурные эксперименты.
Для того, чтобы рассчитать изменение
физических параметров в пространстве и времени необходимо провести его математическое
моделирование. При этом физические процессы
наиболее адекватно описываются системой
дифференциальных и/или интегральных уравнений с привлечением эмпирических констант
и зависимостей с граничными и начальными
условиями, привязывающими данную математическую модель к конкретной инженерной
задаче.
Поскольку используемые при этом системы дифференциальных и/или интегральных
уравнений обычно не имеют аналитического
решения, они приводятся к дискретному виду и
решаются на некоторой расчетной сетке. Это и
определяет сущность программных САЕпродуктов.
1
Лепеш Алексей Григорьевич – кандидат технических наук, доцент кафедры Машины и оборудование бытового и жилищно-коммунального назначения, СПбГЭУ, тел.: +7 904 5105271, e-mail: alepeshn@yandex.ru;
2
Кузнецова Анна Дмитриевна – доцент кафедры Машины и оборудование бытового и жилищнокоммунального назначения, СПбГЭУ, тел.: +7 921 332 03 28, e-mail: ctoubt@mail.ru;
2
Телицын Антон Александрович, магистрант СПбГЭУ, тел.:+7 981 1248185, e-mail: antontelitsyn@mail.ru.
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА № 1(35) 2016
39
А.Г. Лепеш, А.Д. Кузнецова, А.А.Телицын
Решение математической задачи существенно зависит от способов дискретизации
уравнений и методов их решения. Например,решение задачи будет точнее при использовании более мелкой расчетной сетки в области нелинейного поведения решения уравнений.Однако при применении SolidWorks FlowSimulation в большей части сводится к опыту
исследователя в построении расчетной области
и определению граничных условий.
Рассмотрим примеры проведение анализа возможности применения продукта
SolidWorksFlowSimulation для расчета гидродинамических и газодинамических процессов в
струйном насосе и мотор-компрессоре, моделирование которых требует численного решения уравнений движения сплошной среды [8].
Перейдем непосредственно к моделированию и решению задачи, в качестве модели в
статье рассматривается корпус роторного компрессора холодильника, (см. рис. 1). Граничные
условия указаны в Таблице 1.
.Таблица 1 – Граничные условия
Статическое давление
Давление окружающей среды
Объемный расход на входе
Статическое давление
10,1МПа
50,1 МПа
0,23 м3 /с
5,1 МПА
Рисунок 2 –Траекториядвижения частиц
По полученным данным видно, что давление на входе в компрессор, значительно
меньше, чем на выходе.Рабочий газ в компрессоре сжимается при помощи эксцентрика, установленного на вал двигателя. При вращении
вала эксцентрик катится по внутренней поверхности цилиндра компрессора, и находящийся перед ним воздух сжимается, а затем
выталкивается через выпускной клапан компрессора. Из-за движения вала воздух в цилиндре компрессора сжимается и его давление возрастает, на выходе оно больше практически в 7
раз.
Далее рассмотрим, что произошло с температурой сжатого воздуха (рис.3.).
Рисунок 1 – Мотор-компрессор
Рисунок 3–Температурав мотор-компрессоре
После ввода граничных условий производится расчет, после его завершения можно
определить траектории движения частиц в
компрессоре (см.рис. 2).
По результатам опыта, можно увидеть,
что температура в компрессоре практически не
изменяется, за исключением температуры в выходном клапане. Температура воздуха на входе
в компрессор имеет значение порядка 254 К, в
процессе движения внутри корпуса она возрас-
40
СПбГЭУ
Исследование гидродинамических и газодинамических процессов в машинах и агрегатах …
тает до 297К и лишь при выходе из компрессора она увеличивается до 351К.
Для более наглядного представления рассмотрим как именно происходит данный процесс в капиллярной трубке(рис.4).
Рисунок 4 – Движение воздуха
в капиллярной трубке
На рисунке отчетливо видно, что давление на выходе значительно меньше, чем на
входе.
Далее исследуем гидродинамические
процессы, происходящие в струйном насосе.
(рис.5).
за сужения сопла жидкость обладает большей
скоростью, следовательно, и кинетической
энергией. В подводящей камере давление падает ниже атмосферного, и из питающего трубопровода, соединенного с этой камерой, происходит всасывание. Обе жидкости попадают в
следующую камеру, где смешиваются и обмениваются кинетической энергией. Затем перемешавшееся вещество попадает в диффузор
насоса, где теряет часть давления, а оттуда –
внапорный трубопровод или сборный резервуар.
Для проведения расчета были заданы
граничные условия (таблица 2).
Таблица 2 – Граничные условия для проведения
расчета
На вход (вода)
499,952 кПа (5 кг/см2)
0,04 л/с
На выход
Расход
0,04 л/с
На вход (Ортофосфорная кислота H3PO4)
Давление (атмосферное)
101,325 кПа
Давление
Расход
Рисунок 5 – Струйный насос: 1 – втулка; 2 –
диффузор; 3 – дроссель; 4 – футорка; 5 - контргайка;
6 – крест; 7 – ниппель; 8 – тройник; 9 – штуцер
Струйный насос предназначен для смешения очищаемой воды с реагентом. Струйные
насосы (гидроэлеваторы или эжекторы) относятся к группе насосов-аппаратов, т. е. насосов,
не имеющих движущихся частей. Они действуют по принципу передачи кинетической
энергии от потока рабочей жидкости к потоку
перекачиваемой жидкости, при этом передача
энергии от одного потока к другому происходит непосредственно без промежуточных механизмов (за счет создания разрежения).
Упрощенно схему работы струйного
насоса можно объяснить так (рисунок 6). Жидкость под большим давлением подается по трубе, имеющей сопло, в подводящую камеру. Из-
Рисунок 6 –Работаструйного насоса
После завершения расчетов программой, были получены следующие результаты.
(рис.7).
На рисунке видно, что наибольшим
давлением жидкость обладает при прохождении через сопло, в подводящей камере давление резко падает и на протяжении всего про-
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА № 1(35) 2016
41
А.Г. Лепеш, А.Д. Кузнецова, А.А.Телицын
цесса не меняется. Температура жидкости постоянная.
Таким образом, рассматриваемое приложение
FlowSimulation
программы
SolidWorksпозволяет достаточно просто решать
различные сложные газотермодинамические
задачи в минимально короткие сроки. Данное
приложение обладает достаточно простым и
информативным интерфейсом. При этом полу-
чаемая точность моделирования физических
процессов во FlowSimulation сопоставима с более сложными и дорогими программными продуктами [9,10]. FlowSimulationSolidWorks является программным обеспечением, позволяющим точно, быстро и просто моделировать газотермодинамические процессы.
Рисунок 7 –Движениежидкости в струйном насосе, температура, давление
Литература
1. Лепеш, Г.В. Напряженно-деформированное состояние осесимметрических деталей и узлов в квазистатических условиях нагружения. /Г.В Лепеш//
Технико-технологические проблемы сервиса. №3(13). 2010. -с.60 – 72
2. Лепеш,
Г.В.
Анализ
напряженнодеформированного состояния хромового покрытия
автоскрепленного цилиндра. /Г.В Лепеш/ / Техникотехнологические проблемы сервиса. - №2(12). -2010.
-с.35 – 41
3. Лепеш, Г.В. Численное решение задачи о движущейся в трубе нагрузке./ /Г.В Лепеш/ Техникотехнологические проблемы сервиса. -№2. - 2007. - с.
84  93
4. Лепеш, Г.В., Обеспечение прочности технологической оснастки при автоскреплении труб. /Г.В Лепеш, Е.Н.Моисеев, М.С. Черкасов// Техникотехнологические проблемы сервиса. -№3(29). -2014.
-С.56– 63
5. Лепеш Г.В. Иерархический подход при решении
задач динамики силового взаимодействия./ Техни-
ко-технологические проблемы сервиса. №3(33),
2015 г. С.49– 58
6. Лепеш, Г.В. Моделирование процесса автоскрепления толстостенных труб. /Г.В Лепеш., А.С.
Зайцев, Е.Н. Моисеев// Технико-технологические
проблемы сервиса,. -№1(31). -2015 г. -С.38– 44.
42
7. Лепеш, Г.В. Моделирование механических и газодинамических процессов в агрегатах машин. /Г.В
Лепеш// Термодинамические и гидравлические процессы в бытовой и коммунальной технике: Сборник
материалов семинара кафедры «Машины и оборудование бытового и жилищно-коммунального
назначения»/ под редакцией д-ра техн. наук, профессора Лепеша Г.В.– СПб.: Изд-во СПбГУСЭ,
2013. -С. 84 – 108
8. Лепеш, Г.В. К вопросу о моделировании газодинамических процессов в турбокомпрессорах. /Г.В
Лепеш, А.А. Зубов, А.Г. Лепеш // Техникотехнологические проблемы сервиса . -№2. -2007-с.
30  35.
9. Лепеш, Г.В. Имитационное моделирование дифференцированного обогрева вентилируемого помещения комплексом современных отопительных
приборов. /Г.В Лепеш, Г.А. Спроге, Ю.В. Однодворец // Технико-технологические проблемы сервиса. №1(31). -2015. -С.31– 37
10. Лепеш Г.В., Потемкина Т.В.Способ энергоэффективного обогрева вентилируемых помещений// Технико-технологические проблемы сервиса.
2014. №4(30).С.42-54.
11. Основныеэлементы
SolidWorks (SolidWorks
2010), Издат.: Dassault Systems SolidWorks Corporation, 2009, 550 с.
СПбГЭУ
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
9
Размер файла
1 644 Кб
Теги
процессов, гидродинамической, газодинамических, агрегатами, pdf, бытового, исследование, назначение, машина
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа