Применение численного метода для исследования гидродинамики градирни | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 12 октября, печатный экземпляр отправим 16 октября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №8 (112) апрель-2 2016 г.

Дата публикации: 16.04.2016

Статья просмотрена: 143 раза

Библиографическое описание:

Алимова, Л. А. Применение численного метода для исследования гидродинамики градирни / Л. А. Алимова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 8 (112). — С. 172-174. — URL: https://moluch.ru/archive/112/28352/ (дата обращения: 04.10.2024).



В статье приведён расчёт в котором была использована модель несжимаемая жидкость, которая предназначена для моделирования течения газа (жидкости) при больших числах Рейнольдса и при малых изменения плотности.

Ключевые слова: градирня, охлаждение воды, уравнений Навье-Стокса, численное моделирование.

Испарительное охлаждение воды используется в оборотных системах водоснабжения промышленных предприятий 1.

Компактные вентиляторные градирни наиболее эффективны с технической точки зрения, так как обеспечивают более глубокое и качественное охлаждение воды, выдерживая большие удельные тепловые нагрузки.

Процесс охлаждения происходит за счёт испарения части воды при стекании её тонкой плёнкой или каплями по специальному оросителю, вдоль которого в противоположном движению воды направлении подаётся поток воздуха. При испарении 1 % воды, температура оставшейся массы понижается на 5,48 °C 2.

Общее количество испаряющейся воды увеличивается с возрастанием поверхности контакта воды и воздуха, поэтому конструкции компактных вентиляторных градирен, в которых происходит испарительное охлаждение, предусматривают увеличение поверхности испарения путём создания большого зеркала жидкости, раздробления ее на струи и капли или образования тонких плёнок, стекающих по поверхности насадок. Возрастание интенсивности тепло- и массообмена при испарении достигается также повышением скорости газовой среды относительно поверхности жидкости. Однако увеличение этой скорости не должно приводить к чрезмерному уносу жидкости газовой средой и значительному повышению гидравлического сопротивления компактной вентиляторной градирни.

Часто наиболее надёжную информацию о физическом процессе можно получить путём непосредственных измерений. С помощью экспериментального исследования на полномасштабной установке можно определить поведение объекта в натурных условиях.

Численное решение задачи даёт подробную и полную информацию. С его помощью можно найти значения всех имеющихся переменных (таких, как скорость, давление, температура, концентрация, интенсивность турбулентности) во всей области решения. В отличие от эксперимента для расчёта доступна практически вся исследуемая область и отсутствуют возмущения процесса, вносимые датчиками при экспериментальном исследовании. Очевидно, что ни в одном экспериментальном исследовании невозможно измерить распределения всех переменных во всей исследуемой области. Поэтому, даже если проводится экспериментальное исследование, большое значение для дополнения экспериментальной информации имеют результаты численного решения.

Если с помощью численного решения изучаются закономерности физического процесса, а не сложные инженерные задачи, можно сконцентрировать внимание на нескольких существенных параметрах этого процесса и исключить все несущественные явления. При этом можно моделировать многие идеализированные условия, например, двухмерность, постоянство плотности, адиабатическую поверхность или бесконечно быструю реакцию. При экспериментальном исследовании даже с помощью довольно тщательного эксперимента не всегда можно достичь таких идеальных условий [3].

В настоящей работе представлены результаты расчётов трёхмерного турбулентного течения в полимерном оросителе компактных вентиляторных градирен. Численное моделирование выполнено для условий, принятых при проведении экспериментов.

С целью определения влияния размера и расположения оросителя на интенсивность теплообменных процессов в компактной вентиляторной градирне выполнен вычислительный эксперимент с использованием пакета FlowVision 4.

В качестве характерной области теплообмена рассматривался участок оросителя, расположенный в градирне. Форма данной области принята прямоугольной с вертикально направленной осью. Высота оросителя в градирне — 2 м, размер разреза — 0,50,75 м. На нижнем торце оросителя задана скорость восходящего воздушного потока, равная 1 м/с. Стенки градирни являются непроницаемыми.

Отметим, что, приведённые выше, параметры назначены в качестве граничных условий решения рассматриваемой задачи из условия максимального соответствия реальным процессам теплообмена в компактных вентиляторных градирнях.

Данные, полученные в результате численного моделирования по распределению в расчётной области скорости воздуха, приведены на рис. 1. Расчёты выполнены на основе модели совершенного газа. Принималось, что течение описывается системой стационарных трёхмерных уравнений Навье-Стокса и энергии, осреднённых по Рейнольдсу.

Сравнение результатов расчётов по программе FlowVision и экспериментальных данных свидетельствует о хорошем качественном и количественном предсказании поля скоростей и давление в оросителе градирни. С достаточной для практики точностью воспроизведена зона существенного повышения давления вблизи входа воздуха в ороситель и правильно предсказана форма распределения скоростей в канале и за выходом из оросителя. Картина распределения давления, полученного с использованием пакета FlowVision, качественно совпадает с данными эксперимента, однако в количественном выражении программа FlowVision даёт в среднем на 3 % заниженные по сравнению с экспериментом значения.

а) б)

Рис. 1. Распределение изолиний давления (а) и полей векторов скоростей (б) воздуха на поверхности оросителя в компактной вентиляторной градирне.

С использованием исследовательской программы FlowVision выполнены расчёты трёхмерного турбулентного течения в оросителе компактной вентиляторной градирни.

Сравнение с экспериментом показало, что при использовании модели турбулентности вычислительные системы позволяют хорошо предсказать структуру течения в канале оросителя, достаточно точно разрешая детали вторичных течений.

Литература:

  1. Пономаренко В. С., Арефьев Ю. И. Градирни промышленных и энергетических предприятий. — М.: Энергоатомиздат, 1998. — 376 с.
  2. Бэрджер Р. Влияние насадки градирен на экономические результаты их работы / Нефтегазовые технологии, 2000, № 6.
  3. S. Patankar «Numerical heat transfer and fluid flow». Hemisphere Publishing Corporation, New York, 1980.
  4. FlowVision. Система моделирования движения жидкости и газа. Версия 2.3.3. Руководство пользователя, 1999–2007.
Основные термины (генерируются автоматически): компактная вентиляторная градирня, численное моделирование, газовая среда, градирня, использование пакета, исследуемая область, трехмерное турбулентное течение, физический процесс, численное решение.


Похожие статьи

Решение задач гидродинамики с помощью метода конечных элементов

В статье поставлена задача изучения течения жидкости в трубах с турбулизацией потока. Задача решена с помощью метода конечных элементов.

Моделирование процесса нефтедобычи численными методами

В статье рассматриваются различные численные методы решения задачи непоршневого вытеснения нефти водой. Произведен анализ результатов расчетов для двумерной фильтрации.

К теории устойчивости вращающейся плазмы с постоянным градиентом температуры

В статье исследуется устойчивость конвективного течения в неоднородно вращающейся цилиндрической плазме в аксиальном однородном магнитном поле. В приближении геометрической оптики получено дисперсионное уравнение для малых осесимметричных возмущений ...

Обобщенная методика интерпретации данных гидрогазодинамических исследований при нелинейных законах фильтрации

В статье рассматривается актуальная для практики методика, которая, используя данные гидрогазодинамических исследований при нелинейных законах фильтрации, позволяет предложить полиномиальный закон в произвольной степени, из которого как частный случа...

Параметризация процесса протекания жидкости через водослив с широким порогом

В предлагаемой статье рассматривается процесс параметризации процесса протекания жидкости через водосливы с широким порогом различных форм и конфигураций. Параметризация исследуемых задач в гидравлике проводится перед проведением натурных эксперимент...

Математическое моделирование динамики вязкоупругих трубопроводов с протекающей жидкостью

На примере вязкоупругой оболочки рассмотрены задачи о колебаниях вязкоупругих трубопроводов с протекающей жидкостью. С помощью метода Бубнова — Галеркина математическая модель задачи сведена к исследованию системы обыкновенных интегро-дифференциальны...

Применение уравнения Эйлера — Лагранжа для решения задачи о минимизации тепловых потерь в якоре двигателя постоянного тока

В статье рассматривается расчет оптимального тока якоря двигателя постоянного тока, при котором тепловые потери в якоре минимальны, с помощью уравнения Эйлера-Лагранжа. Приведено моделирование уравнения механики электропривода в программном пакете MA...

Использование методик параллельного программирования при численном решении задач оптимизации методами координатного и градиентного спусков на примере задач гашения колебаний

Рассматривается задача разработки и использования методов параллельного программирования при численном решении задач оптимизации методами координатного и градиентного спусков. Задача оптимизации рассматривается в контексте решения задачи гашения коле...

Решение уравнения колебаний балки при шарнирном закреплении на границах

Рассматривается задача решения уравнения колебаний балки при шарнирном закреплении границ с произвольной правой частью. Решение находится с помощью метода Фурье и проверяется сходимость полученного бесконечного ряда. Также численно строится решение н...

Применение компьютерного моделирования сложения взаимно перпендикулярных механических колебаний в обучении физике

В статье приводится описание учебной компьютерной модели сложения двух взаимно перпендикулярных гармонических колебаний. Отмечается, что использование таких моделей в обучении физике способствует повышению наглядности и, как следствие, повышение эффе...

Похожие статьи

Решение задач гидродинамики с помощью метода конечных элементов

В статье поставлена задача изучения течения жидкости в трубах с турбулизацией потока. Задача решена с помощью метода конечных элементов.

Моделирование процесса нефтедобычи численными методами

В статье рассматриваются различные численные методы решения задачи непоршневого вытеснения нефти водой. Произведен анализ результатов расчетов для двумерной фильтрации.

К теории устойчивости вращающейся плазмы с постоянным градиентом температуры

В статье исследуется устойчивость конвективного течения в неоднородно вращающейся цилиндрической плазме в аксиальном однородном магнитном поле. В приближении геометрической оптики получено дисперсионное уравнение для малых осесимметричных возмущений ...

Обобщенная методика интерпретации данных гидрогазодинамических исследований при нелинейных законах фильтрации

В статье рассматривается актуальная для практики методика, которая, используя данные гидрогазодинамических исследований при нелинейных законах фильтрации, позволяет предложить полиномиальный закон в произвольной степени, из которого как частный случа...

Параметризация процесса протекания жидкости через водослив с широким порогом

В предлагаемой статье рассматривается процесс параметризации процесса протекания жидкости через водосливы с широким порогом различных форм и конфигураций. Параметризация исследуемых задач в гидравлике проводится перед проведением натурных эксперимент...

Математическое моделирование динамики вязкоупругих трубопроводов с протекающей жидкостью

На примере вязкоупругой оболочки рассмотрены задачи о колебаниях вязкоупругих трубопроводов с протекающей жидкостью. С помощью метода Бубнова — Галеркина математическая модель задачи сведена к исследованию системы обыкновенных интегро-дифференциальны...

Применение уравнения Эйлера — Лагранжа для решения задачи о минимизации тепловых потерь в якоре двигателя постоянного тока

В статье рассматривается расчет оптимального тока якоря двигателя постоянного тока, при котором тепловые потери в якоре минимальны, с помощью уравнения Эйлера-Лагранжа. Приведено моделирование уравнения механики электропривода в программном пакете MA...

Использование методик параллельного программирования при численном решении задач оптимизации методами координатного и градиентного спусков на примере задач гашения колебаний

Рассматривается задача разработки и использования методов параллельного программирования при численном решении задач оптимизации методами координатного и градиентного спусков. Задача оптимизации рассматривается в контексте решения задачи гашения коле...

Решение уравнения колебаний балки при шарнирном закреплении на границах

Рассматривается задача решения уравнения колебаний балки при шарнирном закреплении границ с произвольной правой частью. Решение находится с помощью метода Фурье и проверяется сходимость полученного бесконечного ряда. Также численно строится решение н...

Применение компьютерного моделирования сложения взаимно перпендикулярных механических колебаний в обучении физике

В статье приводится описание учебной компьютерной модели сложения двух взаимно перпендикулярных гармонических колебаний. Отмечается, что использование таких моделей в обучении физике способствует повышению наглядности и, как следствие, повышение эффе...

Задать вопрос