Процесс создания реальной установки для проведения лабораторных исследований может оказаться слишком затянутым из-за особенностей конструкции, сложности изготовления и т.п. Одновременно с этим имеет смысл создавать компьютерную модель на основании расчетных данных разрабатываемой установки. Работа с правильно созданной компьютерной моделью поможет проверить достоверность технической документации и оценить адекватность расчетов, а также в случае определения ошибки прервать процесс конструирования [1].
На основании предыдущей экспериментальной установки (рис. 1) [2] была спроектирована конструкция вихревого энергоразделителя [3] с обновленными параметрами входного потока сжатого воздуха и соответствующими им параметрами выходных потоков горячего и холодного воздуха, которые, как предполагается, позволят получить наиболее эффективное разделение температуры/энергии.
Рисунок 1 – Внешний вид экспериментальной установки вихревого энергоразделителя
Для проверки этих результатов была создана 3-D модель вихревого энергоразделителя (рис. 2, 3) [4], содержащая в себе саму его конструкцию, параметры текучей области (воздуха), органа регулирования расхода воздуха (регулируемый вентиль).
Рисунок 2 – Внешний вид 3-D модели вихревого энергоразделителя
Параметры текучей области определяют установившийся режим работы вихревого энергоразделителя (рис. 3). Целевыми параметрами потока были выбраны температура, давление и массовый расход воздуха. Основным параметром, по которому производилась количественная оценка эффективной и адекватной работы модели, была выбрана температура.
а)
б)
в)
г)
Рисунок 3 – Параметры текучей среды:
а) – входного потока воздуха по массовому расходу; б) – входного потока воздуха по полному давлению; в) – выходного горячего потока воздуха;
г) – выходного холодного потока воздуха
В результате проведения ряда экспериментов при различных положениях регулируемого вентиля и неизменных параметрах текучей среды были получены траектории движения потока и его поверхностные параметры. По этим данным качественно определена адекватная работа компьютерной модели при положении регулируемого вентиля на расстоянии 1,875 мм от его положения при полном закрытии отверстия (рис. 4).
а)
б)
в)
Рисунок 4 – Результаты работы адекватной 3-D модели вихревого энергоразделителя:
а) – распределение температуры потока воздуха в виде его линий траектории;
б) – распределение температуры выходного потока холодного воздуха по поверхности; в) – распределение температуры выходного потока горячего воздуха по поверхности
Недостатком компьютерного моделирования, как и любой модели, является использование идеализированной модели реальной установки. При разработке модели неверно или же вовсе не указываются параметры, которые также могут не учитываться при расчетах, однако в реальных объектах оказывают существенное влияние на работу установки и вносят погрешности в результаты экспериментов. Для компьютерной модели вихревого энергоразделителя такими параметрами являются турбулентность, завихренность, шероховатость поверхности, теплообмен с окружающей средой.
Библиографический список
- Серебряков Н.П. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ: учебно-методическое пособие по курсовому проектированию. – 2-е изд. испр. и перераб. / ВШТЭ СПбГУПТД.– СПб., 2016. – 34 с.: ил. 1.
- Кулик, А. С. Аппаратно-программный комплекс для исследования вихревого эффекта / А. С. Кулик, В. Г. Джулгаков, С. Н. Пасичник // Вестник ХНТУСХ. – 2010. – Вып. 102. – С. 85-87.
- Eiamsa-Ard, S. Experimental investigation on energy separation in a counter-flow Ranque-Hilsch vortex tube: Effect of cooling a hot tube / S. Eiamsa-Ard,
K. Wongcharee, P. Promvonge // International Communications in Heat and Mass Transfer. – 2010. – Vol. 37, no. 2. – P. 156-162. doi: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2009.09.013. - Руководство для учащихся по изучению программного обеспечения SolidWorks / Dassault Systemes SolidWorks Corporation, 2010.
Количество просмотров публикации: Please wait