WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

Анализ течения в трубопроводе со стандартной диафргамой средствами вычислительной гидродинамики

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ГАНИЕВ РАИС ИЛЬЯСОВИЧ

АНАЛИЗ ТЕЧЕНИЯ В ТРУБОПРОВОДЕ СО СТАНДАРТНОЙ

ДИАФРГАМОЙ СРЕДСТВАМИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ

01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань 2009

Работа выполнена в Казанском государственном технологическом университете

Научный руководитель: – доктор технических наук, доцент Фафурин Виктор Андреевич

Официальные оппоненты: – доктор технических наук, профессор Данилов Юрий Михайлович – доктор физико-математических наук, доцент Кусюмов Александр Николаевич

Ведущая организация: – Исследовательский центр проблем энергетики Казанского научного центра РАН

Защита состоится 19 июня 2009 года в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.11 при Казанском государственном технологическом университете по адресу: 420015, Казань, ул. Карла Маркса, 68 (зал заседаний ученого совета)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета

Автореферат разослан 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Герасимов А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Расходомеры переменного перепада давления (РППД) являются основным типом расходомеров для магистральных трубопроводов, что определяет их большую коммерческую значимость.

Кроме современной промышленности, РППД широко применяются для измерения расхода при испытаниях и научных исследованиях. Постоянное ужесточение требований к точности измерения расхода требует периодической ревизии стандартов, которая до настоящего времени основывалась исключительно на экспериментальных данных.

Экспериментальные исследования метрологических характеристик РППД требуют существенных финансовых затрат и зачастую сопряжены со значительными трудностями технического характера. Поэтому внедрение численных методов в анализ РППД является актуальной задачей.

Современный уровень развития методов вычислительной гидродинамики (CFD) позволяет решать с достаточной точностью многие практические задачи. Однако применение CFD для анализа расходомеров имеет вспомогательный характер, а во многих случаях полученные результаты направлены либо на качественное описание структуры течения, либо на оценку влияния тех или иных факторов. Применение методов CFD для анализа метрологических характеристик расходомеров сдерживалось до сих пор необходимостью получения результатов с высокой точностью, которая определяется методической погрешностью, регламентированной стандартом. По опубликованным данным трудно сделать вывод о возможности применения CFD для расчета расходомеров с необходимой точностью. Для достижения требуемой точности при расчете методами CFD необходима большая методическая работа. Две основные задачи, которые необходимо при этом решить, – это построение сеток и выбор модели турбулентности. Опубликованные результаты систематического исследования влияния параметров сетки и моделей турбулентности применительно к РППД отсутствуют. В то же время важность такого исследования очевидна.

Цель работы. Выработка рекомендаций по выбору модели турбулентности и обеспечению необходимых требований к сетке для расчета коэффициента истечения стандартной диафрагмы в широком диапазоне чисел Рейнольдса с точностью, регламентированной стандартом.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Средствами вычислительной гидродинамики исследовать структуру потока в зоне рециркуляции в широком диапазоне чисел Рейнольдса, при рассмотрении несжимаемой изотермической жидкости в стационарном осесимметричном приближении;

2. Исследовать возможность применения методов вычислительной гидродинамики для расчета коэффициента истечения стандартной диафрагмы с точностью, регламентированной ГОСТом;

3. На основании параметрических исследований выявить RANS модели турбулентности, позволяющие в широком диапазоне чисел Рейнольдса рассчитывать коэффициент истечения стандартной диафрагмы с погрешность, не превышающей требования ГОСТа;

4. Исследовать влияние параметров сетки на точность расчета коэффициента истечения стандартной диафрагмы;

5. Определить модели турбулентности, адекватно отражающие трубное турбулентное течение на начальном участке и на участке развитого течения в гладком прямолинейном измерительном трубопроводе, путем сравнительного анализа параметров течения, полученного средствами вычислительной гидродинамики, с экспериментальными данными и с существующими обобщенными зависимостями;

6. Выработать рекомендации для построения сеток необходимого качества при описании турбулентного течения в гладких прямолинейных трубопроводах с использованием RANS моделей турбулентности.

Научная новизна заключаются в следующем:

- выявлена детальная структура потока в окрестности диафрагмы, определены размеры основного, углового и вторичного углового вихря;



- доказана возможность применения современных методов CFD для расчета коэффициента истечения стандартной диафрагмы в широком диапазоне чисел Рейнольдса с точностью, регламентированной стандартом;

- установлены RANS модели турбулентности и диапазоны чисел Рейнольдса, в которых данные модели позволяют рассчитывать коэффициент истечения стандартной диафрагмы с необходимой точностью;

- выработаны рекомендации к построению сеток для расчета коэффициента истечения стандартной диафрагмы по RANS моделям турбулентности с необходимой точностью.

Практическая значимость. Полученные результаты могут служить рекомендациями при численном анализе характеристик РППД, при анализе применения расходомеров в нестандартных условиях, которые достаточно часто возникают при монтаже измерительных узлов, для оптимального проектирования расходомерных устройств и расширения области применения стандарта.

Достоверность результатов обеспечивается строгой постановкой вычислительных экспериментов при обоснованном применении физических и математических моделей, граничных условий, выполнения условий сходимости и устойчивости решения, использованием современных методов CFD. Полученные результаты согласуются с экспериментальными данными.

Существует полная воспроизводимость модельных расчетов.

Личный вклад автора в диссертационную работу определяется следующим образом.

Постановка задач исследований, идеи их реализации, анализ результатов моделирования и выводы, выносимые на защиту, полностью принадлежат автору. Совместно с Н.А. Николаевым проводились расчеты, направленные на выбор параметров сетки и моделей турбулентности. В построении сеток принимали участие А.Н. Сабирзянов и В.Б. Явкин. Расчеты течения на прямолинейном участке выполнены совместно с А.Н. Сабирзяновым. Научный руководитель В.А. Фафурин является соавтором всех опубликованных работ.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на следующих научно-технических конференциях: ХIХ Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях»

(ММТТ-19), Воронеж, 2006 г; ХХ Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ-20), Ярославль, 2007 г; VIII Международный симпозиум «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение», Казань, 2007 г; ХХI Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТСаратов, 2008 г; ХIV Международная конференция по методам аэрофизических исследований (ICMAR 2008), Новосибирск, 2008 г; VI школа-семинар молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», Казань, 2008 г.

Автор выражает благодарность научному консультанту к.т.н.

Сабирзянову А.Н. за ценные советы и замечания, которые были учтены в диссертации.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных трудов, из них 4 статьи в перечне журналов, утвержденных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на страницах и состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы из 80 наименований. Работа иллюстрирована 129 рисунками и содержит таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель, научные результаты, выносимые на защиту, определены их научная новизна и практическая значимость.

Первая глава является обзорной, в которой показана необходимость моделирования метрологических характеристик расходомерных устройств, обозначены требования к моделированию, рассмотрены проблемы моделирования и пути их решения.

По опубликованным экспериментальным и теоретическим данным описана структура турбулентного потока в измерительном трубопроводе (ИТ) со стандартной диафрагмой на участке диафрагмирования. Указаны общие закономерности изменения параметров в зависимости от числа Рейнольдса, относительного диаметра диафрагмы. Отмечено, что обширные рециркуляционные зоны существенно осложняют задачу адекватного описания структуры потока в окрестности диафрагмы и определяют одну из главных проблем моделирования. Указана необходимость сузить диапазон исследований влияния относительного диаметра диафрагмы при моделировании метрологических характеристик из-за значительных трудностей, обусловленных проблемами со сходимостью, и в виду меньшей практической значимостью малых значений ограничиться диапазоном 0,56.

Описаны характерные черты турбулентного течения и существующие подходы к его численному моделированию, возможности, достоинства и недостатки данных методов моделирования. Отмечено, что из всех методов моделирования RANS подход является основным для описания турбулентных течений в инженерной практике, но универсальной RANS модели турбулентности, пригодной для всех случаев инженерной практики, не существует. Необходимость детального исследования возможностей применения методов вычислительной гидродинамики для моделирования реальных эксплуатационных характеристик диафрагмы, выбора адекватной модели турбулентности и параметров сетки определила задачи данной работы. Первая глава заканчивается постановкой задач исследования.

Во второй главе приведена физическая и математическая модель объекта исследования. Объектом исследования является течение несжимаемой изотермической жидкости в расходомере со стандартной диафрагмой в осесимметричном стационарном приближении.

Приведены уравнения математической модели объекта исследования – осредненные по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса для осесимметричного турбулентности, основанные на гипотезе Буссинеска: семейство двухпараметрических моделей k-, включающее стандартную, RNG и realizable модели; семейство двухпараметрических моделей k-, включающее стандартную Вилкокса и SST Ментера модели турбулентности;

однопараметрическая модель Спалларта-Аллмареса (S-A). Описаны отличительные особенности и приведено сравнение рассматриваемых моделей.



Pages:     || 2 | 3 | 4 |
 


Похожие материалы:

«Ткаченко Олег Павлович ВНЕШНЯЯ И ВНУТРЕННЯЯ ЗАДАЧИ ДИНАМИКИ ИЗОГНУТОГО ТРУБОПРОВОДА: ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И ПРИБЛИЖЕННОЕ РЕШЕНИЕ ИХ УРАВНЕНИЙ 01.02.04 – механика деформируемого твердого тела АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Хабаровск 2012 Работа выполнена в Вычислительном центре Дальневосточного отделения РАН (ВЦ ДВО РАН) Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор Виктор Анатольевич Рукавишников ...»

«Колесников Алексей Михайлович БОЛЬШИЕ ДЕФОРМАЦИИ ВЫСОКОЭЛАСТИЧНЫХ ОБОЛОЧЕК Специальность 01.02.04 – механика деформируемого твердого тела АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Ростов-на-Дону 2006 Работа выполнена на кафедре теории упругости Ростовского государственного университета. Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор Зубов Леонид Михайлович Официальные оппоненты доктор физико-математических наук, доцент Еремеев ...»

«ДАНИЛОВ НИКИТА АЛЕКСАНДРОВИЧ СОСТОЯНИЕ КОЛЛАГЕНА В ТКАНЯХ ГЛАЗА И ЕГО ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННАЯ МОДИФИКАЦИЯ 02.00.04 – физическая химия 01.02.08 - биомеханика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учной степени кандидата химических наук Москва – 2011 г. Работа выполнена в лаборатории катализа и газовой электрохимии кафедры физической химии Химического факультета Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова. Научные руководители: кандидат химических наук, доцент Игнатьева Наталия Юрьевна ...»

«Долганина Наталья Юрьевна ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ СЛОИСТЫХ ТКАНЕВЫХ ПЛАСТИН ПРИ ЛОКАЛЬНОМ УДАРЕ Специальность 01.02.06 – динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Челябинск – 2010 Работа выполнена на кафедре Прикладная механика, динамика и прочность машин Южно-Уральского государственного университета. Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Сапожников С.Б. Официальные оппоненты: доктор ...»

«Эрикенов Сеит Муратович СТРУКТУРА РЫВКА ГИРИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СПЕЦИАЛЬНОВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ УПРАЖНЕНИЙ В ТРАДИЦИОННЫХ И ИСКУССТВЕННО СОЗДАННЫХ УСЛОВИЯХ 01.02.08 - Биомеханика 13.00.04 - Теория и методика физического воспитания, спортивной тренировки, оздоровительной и адаптивной физической культуры АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Нальчик 2003 Работа выполнена в Кабардино-Балкарском государственном университете ...»

«Богачев Иван Викторович МЕТОДЫ РАСЧЕТА КОЛЕБАНИЙ НЕОДНОРОДНЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ИХ СВОЙСТВ 01.02.04 – механика деформируемого твердого тела АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Ростов-на-Дону – 2014 Работа выполнена в федеральном государственном автономном образователь­ ном учреждении высшего профессионального образования Южный федераль­ ный университет. Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор, Ватульян ...»

« АЛМАЗОВА СВЕТЛАНА ВИКТОРОВНА ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ГОЛОНОМНОЙ МЕХАНИКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ И ФОРМ КОЛЕБАНИЙ СИСТЕМЫ УПРУГИХ ТЕЛ 01.02.01. – Теоретическая механика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Санкт-Петербург 2008 Работа выполнена на кафедре теоретической и прикладной механики математикомеханического факультета Санкт-Петербургского государственного университета Научный руководитель: доктор ...»

«ЯРУЛЛИН РУСТАМ РАИСОВИЧ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ И ОСТАТОЧНАЯ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ НАСАДНОГО ДИСКА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ С ПОВРЕЖДЕНИЕМ В ШПОНОЧНОМ ПАЗУ 01.02.06 – Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Саратов – 2009 Работа выполнена в лаборатории Вычислительная механика деформирования и разрушения Исследовательского центра проблем энергетики Учреждения Российской академии наук Казанского научного центра ...»

«Строкатов Антон Анатольевич ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОГНЕННЫХ И ТЕПЛОВЫХ СМЕРЧЕЙ 01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Томск – 2007 Диссертация выполнена на кафедре физической и вычислительной механики государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Томского государственного университета и в лаборатории распространения волн Института оптики атмосферы СО РАН. Научный ...»

«Валиев Харис Фаритович РЕШЕНИЕ АВТОМОДЕЛЬНЫХ И НЕАВТОМОДЕЛЬНЫХ ЗАДАЧ О СИЛЬНОМ СЖАТИИ СФЕРИЧЕСКИХ И ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБЪЕМОВ ГАЗА 01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва 2011 Работа выполнена в Центральном институте авиационного моторостроения имени П.И. Баранова Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Крайко Александр Николаевич Официальные оппоненты: доктор ...»




 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.