Изучение газодинамики в рабочем пространстве печи высокоточного нагрева при различном количестве загруженных заготовок
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
х печей является достаточно сложной задачей, т.к. включает в себя задачи внутреннего и внешнего теплообмена. Внутренние задачи обычно формулируются в виде уравнений теплопроводности с соответствующими краевыми (начальными и граничными условиями), т.к. в нагревательных и термических печах рассматривается распространение тепла в твердом металле. Математическая модель внешнего теплообмена в высокотемпературных печах включает в себя описание совместного радиационно-конвективного переноса тепла (сложный теплообмен), турбулентного движении газов и горения в турбулентном потоке.
Наибольшее распространение получили комплексные математические модели тепловой работы промышленных печей, объединяющие задачи как внутреннего, так и внешнего теплообмена. Соответствующие задачи называются сопряженными задачами теплообмена и требуют одновременного, совместного численного расчета внутреннего и внешнего теплообмена. Именно эти модели позволяют получить наиболее достоверную информацию о тепловой работе агрегатов и должны использоваться для их исследования, многовариантных расчетов и оптимизации.
Для решения сопряженной задачи теплообмена могут быть использованы два различных итерационных алгоритма. В первом алгоритме вначале задают температуру (точнее, ее распределение) на поверхности обрабатываемого в печи материала, затем, эту температуру используют в качестве граничного условия для решения задачи внешнего теплообмена, и в результате получают плотность теплового потока на этой поверхности. После этого решают задачу внутреннего теплообмена, задавая на поверхности полученную величину плотности теплового потока, что позволяет найти новое значение температуры на поверхности, которое сравнивают с заданным. Если расхождение превышает некоторую допустимую величину, вновь решают задачу внешнего теплообмена, используя новое значение температуры на поверхности. Этот итерационный процесс продолжают до тех пор, пока разность между значениями температуры для двух последовательных итераций не окажется приемлемой.
Второй вариант итерационного алгоритма отличается от предыдущего тем, что сопряжение внутренней и внешней задач производят не по температуре, а по плотности теплового потока на поверхности. При этом задачу внешнего теплообмена решают при задании на поверхности металла плотности теплового потока, а найденное в результате значение температуры на поверхности используют в качестве граничного условия для решения внутренней задачи. Полученное в результате этого решения значение плотности теплового потока на поверхности сопоставляют с тем, которое использовали на предыдущей итерации, добиваясь, в конце концов, приемлемого расхождения этих величин.
1.2 Современная вычислительная гидрогазодинамика (CFD)
В последнее время стремительно возрастает интерес к математическому моделированию физических явлений и промышленных процессов. Этому способствует развитие численных методов решения всех типов задач и усовершенствование компьютерной техники. Вследствие этого, разработан целый ряд программных комплексов, позволяющих моделировать различные физические процессы. Моделирование в программных комплексах и анализ полученных данных в некоторых областях промышленности позволяет избежать дорогостоящих и длительных циклов разработки типа проектирование - изготовление - испытания.
Вычислительная гидрогазодинамика (англ. Computational Fluid Dynamic - CFD) возникла на стыке вычислительной математики и теоретической гидромеханики и к настоящему времени оформилась как обособленный раздел науки, предметом которого является численное моделирование различных течений жидкости и газа и решение возникающих при этом задач при помощи методов, основанных на использовании компьютерных систем [8].
Современная вычислительная гидродинамика занимается разработкой таких актуальных направлений, как расчет движений вязкой жидкости, численное исследование течений газа с физико-химическими превращениями, изучение распространения ударных волн в различных средах, решение газодинамических задач при наличии излучения, связанные задачи типа прочность - газовая динамика, акустика - газовая динамика и пр.
Бурному росту CFD-расчетов, безусловно, способствуют совершенствование компьютерных технологий, создание универсальных, удобных в использовании и доступных широкому кругу исследователей программных CFD-комплексов, уверенно справляющихся с разнообразными типами задач. Подобные программы обладают неоспоримым преимуществом перед физическим экспериментом и иногда являются единственной возможностью ответить на интересующие вопросы.
Среди несомненных достоинств компьютерного моделирования можно отметить следующие:
сокращение времени при проектировании и отработке модели;
моделирование условий, невозможных при натурных испытаниях;
получение более полной и широкой информации об объекте исследования;
экономическая эффективность компьютерных расчетов;
возможность быстрой корректировки расчетной модели;
эффективное использование времени исследователя.
В настоящее время широкое распространение получили пакеты вычислительной гидродинамики, тепломассообмена, прочности и электродинамики для проведения инженерных расчетов. Среди них можно упомянуть такие, как CFX, FLUENT, STAR-CD, LS-DYNA, ANSYS, ABAQUS, FlowVision, MSC/NASTRAN, MSC/MARC, MAGMASOFT, SolidWorks и др.
Газодинамика - это