Методичні вказівки для виконання лабораторної роботи "Аналіз гідравлічних опорів з використанням комп'ютерно-інтегрованих технологій"

Abstract

Розрахунки гідравлічних опорів при русі реальних рідин в трубопроводах є важливою частиною технічної гідродинаміки і грають дуже важливу роль при проектуванні і експлуатації хіміко-технологічних виробництв. Важливість визначення втрат тиску (напору) продиктована необхідністю розрахунку витрат енергії, які необхідні для компенсації таких втрат. Знання величини витрат дозволяє правильно підібрати номенклатуру обладнання, що перекачує (насосів, компресорів). Невід'ємним елементом сучасної інженерної діяльності є застосування різних САПР для вирішення тих чи інших задач. В області гідро- і газодинаміки такі програми дають можливість розраховувати широке коло течій, наприклад: двовимірні і тривимірні, ламінарні, турбулентні і перехідні, нестискувані, стискувані, з до-, транс- і надзвуковими областями, стаціонарні і нестаціонарні течії багатокомпонентних текучих середовищ в каналах і / або навколо тіл, з урахуванням гравітації тощо. У програмі, що використовується для даної роботи, рух текучого середовища моделюється за допомогою рівнянь Нав'є - Стокса, що описують в нестаціонарній постановці закону збереження маси, імпульсу і енергії цього середовища. Крім того, використовуються рівняння стану компонентів текучого середовища, а також емпіричні формули в'язкості і теплопровідності цих компонентів середовища від температури. Для моделювання турбулентних течій рівняння Нав'є - Стокса осереднюються по Рейнольдсу. Оскільки системи рівнянь, що складаються для вирішення того чи іншого завдання, як правило, не мають аналітичного рішення, то вони приводяться до дискретного виду і вирішуються на деякій розрахунковій сітці. Для цього вся розрахункова область покривається розрахункової сіткою, межі осередків, якої паралельні координатним площинам, що використовуються в розрахунку глобальної системи координат моделі. У FlowSimulation використовується метод кінцевих обсягів, так що значення незалежних змінних розраховуються в центрах осередків, а не в вузлах розрахункової сітки, тому в FlowSimulation розрахункова сітка описується осередками, а не вузлами. Відповідно, осередки розрахункової сітки мають форму паралелепіпедів. Область, в якій сітка будується, так само має однакову для всіх завдань форму паралелепіпеда. При вирішенні внутрішніх задач, наприклад задачі проходження газу по трубопроводу, використовується так званий метод фіктивних областей, тобто формально розрахункова сітка будується в області у вигляді паралелепіпеду, що покриває модель з текучим середовищем всередині, але розрахунки проводяться тільки в осередках, що потрапили в розрахункову область (простір, що заповнений, відповідно з постановкою задачі, текучим середовищем і твердим тілом). В осередках поза розрахункової області розрахунки не проводяться. Цей підхід дозволяє розраховувати течії в дуже складних каналах без ускладнення алгоритму розв'язання задачі. Мета роботи є моделювання процесу проходження атмосферного повітря через різні ділянки трубопроводу за допомогою модуля FlowSimulation програми SolidWorks, визначення втрат тиску на ділянках і порівняння отриманих даних з експериментальними даними.