Разработка плана численного исследования. Этапы построения трехмерной модели башенной градирни

          7.1 Разработка плана численного исследования    

Численное моделирование процессов теплообмена в башенной градирне будет производиться с целью выявления характера движения масс холодного и теплого воздуха внутри градирни. Эксперимент будет проводится в численном виде, на базе двух программных пакетов: Компас 3D и ANSYS 13 и имеет следующие цели:

·  Построение трехмерной модели башенной градирни БГ-2100-70, расчет ее в программе ANSYS для определения зон контакта теплого воздуха с холодной стенкой градирни, а так же зон вихрей и направления потоков.

·  Создание нескольких моделей градирен с внешними коробами для подачи воздуха под разными углами, для выявления наилучшего угла наклона козырька, обеспечивающего отделение теплого воздуха от стенок градирни.

·  Определение наилучшего места расположения верхних воздуходувных окон, опираясь на численные модели градирен с окнами, расположенными на разных высотах.

·  Расчет моделей градирен с принудительной подачей воздуха во внешние короба.

·  Доказательство адекватности модели, оценка погрешности расчетов.

·  Подведение итогов численного моделирования процессов теплообмена в градирне.

7.2 Этапы построения трехмерной модели башенной градирни

Первым этапом исследования процессов теплообмена в градирне будет создание трехмерной модели башенной градирни. Для этого в программном пакете Компас 3D, посредством создания эскизов на основе имеющихся технических характеристик градирни (на данном этапе необходимы только геометрические размеры объекта), а именно:

Нижний диаметр градирни D_н, м

D_н = 52

Верхний Диаметр градирни D_в, м

D_в = 33

Количесво граней N_гр, шт

N_гр = 12

Высота башни Н, м

H = 72

Высота нижних воздуходувных окон h, м

h = 3,8

Высота конусной части градирни H_кон, м

H_кон = 68,2

Размер окон принимается максимально возможный, то есть расход воздуха через нижние окна для данного расчета будет 100%. В дальнейшем величина h будет варьироваться в зависимости от режима работы градирни, в процентном соотношении. То есть расход воздуха через нижние окна будет различным в различное время года, так, например, зимой он может достигать 10-20% от номинального. Этот параметр физически регулируется количеством открытых/закрытых жалюзийных щитов на окнах. В процессе

численного моделирования в трехмерную модель градирни будет вноситься изменения проходного сечения окон, для соответствующего режима работы градирни.

Процесс построения трехмерной модели градирни включает в себя создание эскиза верхнего и нижнего диаметра, операцию «выдавливание» для каждого эскиза на величину высоты конусной части градирни H = 68,2м. А затем, вычитание лишних объектов при помощи «булевой операции» по площади пересечения объектов, относящихся к эскизу верхнего и нижнего диаметра. Результат построения представлен на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 – Трехмерная, конусная часть градирни.

Далее необходимо создать нижнюю часть градирни, а именно пространство, в которое и подается воздух окружающей среды через окна. Для этого необходимо по имеющемуся эскизу нижнего диаметра произвести операцию «выдавливание» в нижнем направлении на величину h = 3,8м. Результаты построения представлены на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2 – Трехмерная модель башенной градирни

Следующим этапом является загрузка данной модели в программный пакет ANSYS, для этого в программе Компас 3D необходимо сохранить модель в формате .X_T (Parasolid) - ядро геометрического моделирования, его общий формат обеспечивает единство данных между внутренними приложениями и коммерческими системами. Открытость этого формата позволяет его использовать практически во всех CAD-системах.

7.3 Построение конечно-элементных моделей градирни

Переходя к использованию программного пакета ANSYS, стоит отметить, что данная программа способна решать огромное количество различных задач и является очень многофункциональной. И первое с чем сталкивается оператор при решении задачи это выбор способа решения. В сущности, ANSYS — универсальная программная система конечно-элементного (МКЭ) анализа, существующая и развивающаяся на протяжении последних 30 лет, является довольно популярной у специалистов в области компьютерного инжиниринга (CAE, Computer-Aided Engineering) и КЭ решения линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных пространственных задач механики деформируемого твёрдого тела и механики конструкций (включая нестационарные геометрически и физически нелинейные задачи контактного взаимодействия элементов конструкций), задач механики жидкости и газа, теплопередачи и теплообмена, электродинамики, акустики, а также механики связанных полей. Моделирование и анализ в некоторых областях промышленности позволяет избежать дорогостоящих и длительных циклов разработки типа «проектирование — изготовление — испытания». Система работает на основе геометрического ядра Parasolid. Концепция обмена данными известна как «Parasolid Pipeline» и означает обмен твердотельными моделями Parasolid, сохраненными в открытом файловом формате X_T.

Что же касается поставленной задачи, то она относится к задачам аэро- и гидродинамики, механики жидкостей и газов. А задачи такого рода в конечно-элементных программах решаются с помощью CFX-маски.