Изучение газодинамики в рабочем пространстве печи высокоточного нагрева при различном количестве загруженных заготовок
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?иряют область применения FLUENT. Динамические сетки могут рассматриваться совместно с моделями горения, многофазного потока и др.
В программе используется неструктурированная сеточная технология, т.е. сетка может состоять из элементов разнообразной формы: четырехугольников и треугольников для 2-мерных моделей и гексаэдров, тетраэдров, призм и пирамид для трехмерных моделей. Точные результаты расчетов гарантируют сложные численные схемы и мощный решатель [9].
Адаптация расчетной сетки позволяет получить точное решение для областей с большими градиентами потока, например для пограничных слоев. Данная возможность также позволяет значительно сократить время на построение качественной сетки, решение численной задачи и обработку результатов.
Процесс генерации сетки является неотъемлемой частью любого инженерного расчета, в котором используются программные продукты. От качества сетки напрямую зависят точность, сходимость и скорость решения. И зачастую время, потраченное на построение геометрии расчетной области и сетки, является лимитирующим фактором для всего процесса расчета.
Для создания расчетной сетки используется программный продукт GAMBIT. Данная программа позволяет создавать различные типы сеток: структурированную гексаидальную, неструктурированную гексаидальную и тетраидальную сетки, пограничные слои с комбинированными сетками. В GAMBIT возможно импортирование геометрии из других САD систем с поиском и исправлением возникающих при этом проблем нестыковки объектов.
GAMBIT обладает мощными возможностями для создания двухмерных и трехмерных расчетных областей непосредственно внутри программы, начиная от построения линий и кончая созданием твердотельных объектов. Программа имеет единый интерфейс для создания геометрических моделей и построения сетки. Кроме того, в процессе использования производится запись всех операций построения в текстовый файл (журнал событий), что дает возможность пользователю легко отслеживать путь создания геометрической модели, исправлять ошибки, перестраивать модели и сетки, а также интегрировать результаты в другие программы [9].
Математические модели, базирующиеся на ПВК FLuent (для исследования, совершенствования и проектирования тепловых технологических аппаратов металлургической и других отраслей промышленности) подтверждают факт, что численное компьютерное моделирование в наши дни успешно заменяет физическое моделирование, а во многих случаях и натурные исследования на промышленных агрегатах.
Еще одним продуктом компании ANSYS является модуль CFX, который в течение долгого времени является лидером в области вычислительной гидрогазодинамики вращающихся машин. Комплекс ANSYS CFX имеет полный набор моделей для расчета взаимодействия между вращающимися и статичными компонентами, обладает специальной рабочей средой для препроцессинга, постпроцессинга турбин и полностью соответствует требованиям специалистов в области гидрогазодинамики турбин.CD является многоцелевым единым CFD-пакетом, предоставляющим пользователю возможности моделирования стационарных и нестационарных, ламинарных и турбулентных течений, сжимаемые и несжимаемые потоки, тепло- и массоперенос, химические реакции и горение, многокомпонентные течения и многофазные потоки. Однако спектр моделей несколько уже, чем у продуктов компании ANSYS. Решение в Star-CD основано на применении метода конечных объемов.
Еще одним из законченных и известных CFD-пакетов, предназначенных для вычислений на основе метода конечных элементов, является пакет OpenFOAM, пакет с открытым кодом. OpenFOAM позволяет решать задачи гидродинамика ньютоновских и неньютоновских вязких жидкостей как в несжимаемом, так и сжимаемом приближении с учётом конвективного теплообмена и действием сил гравитации.
Для моделирования турбулентных течений возможно использование RANS-моделей, LES- и DNS-моделей. Возможно решение дозвуковых, околозвуковых и сверхзвуковых задач; задач теплопроводности в твёрдом теле; многофазных задач, в том числе с описанием химических реакций компонент потока; задач, связанных с деформацией расчётной сетки и сопряжённых задач.
Наиболее распространенным CFD-комплексом, разработанным в России, является FlowVision, выпускаемый компанией ТЕСИС. На данный момент FlowVision не обладает таким широким набором моделей. Основными недостатками являются автоматическая генерация только прямоугольной сетки, среди моделей турбулентности доступны только k-? модели (стандартная, низкорейнольдсовая, квадратичная), SST k-? модель и модель Спаларта-Аллмараса.
В работе представлена разработанная на базе ПВК FLuent трехмерная нестационарная модель теплообмена в печи высокоточного нагрева, включающая блок расчета нагрева металла.
К сожалению, в России в области металлургии и, в частности, при разработке нагревательных печей, ПВК в области вычислительной гидрогазодинамики, в том числе ПВК FLUENT, не получили достаточного распространения.
2 Математическое моделирование нагрева металла в печи ВТН
.1 Постановка задачи и исходные данные
Модель представляет собой упрощенную модель печи высокоточного нагрева (ВТН) с выкатным подом ОАО Машиностроительный завод ЗиО-Подольск, предназначенной для нагрева и термообработки особо ответственных изделий.
В модели сделаны допущения о том, что в рабочее пространство печи поступают продукты сгорания, а не газо-воздушная смесь. Данное допущение возможно благодаря том