Математическое моделирование турбулентных течений в проточных частях шахтных осевых вентиляторов и элементах вентиляционных сетей

• Автор: Гурина, Елена Ивановна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1 Математическое моделирование работы шахтных вентиляторов
1.1 Принцип действия лопаточных машин
1.1.1 Аэродинамические характеристики и безразмерные параметры вентиляторов
1.1.2 Аэродинамические схемы осевых вентиляторов
1.2 Математическое моделирование турбулентного течения вязкого газа
1.2.1 Уравнения Навье-Стокса
1.2.2 Турбулентные течения и их характеристика
1.2.3 Основные подходы к моделированию турбулентных течений
1.3 Методы численного решения уравнений движения
1.3.1 Основные подходы к решению уравнений движения
1.3.2 Дискретизация и решение уравнений движения вязкого газа
1.3.3 Расчет параметров течения
1.4 Задание граничных условий
Глава 2 Методика моделирования аэродинамических характеристик шахтных вентиляторов. Исследование структуры течения в проточной части шахтного вентилятора встречного вращения
2.1 Физическая постановка
2.2 Математическая модель
2.3 Численное исследование структуры течения
2.4 Граничные условия
2.5 Результаты расчетов. Распределенные характеристики
2.6 Интегральные характеристики. Верификация расчетных и экспериментальных данных
2.7 Выводы
Глава 3 Исследование аэродинамики течения в элементах вентиляторной установки главного проветривания 4ВЦ-
3.1 Введение
3.2 Постановка задачи
3.3 Математическая модель
3.4 Расчетная сетка и граничные условия для первого этажа установки
3.5 Анализ результатов расчета для первого этажа
3.6 Граничные условия для второго этажа установки
3.7 Анализ результатов расчета для второго этажа
3.8 Оптимизация вентиляторной установки 4ВЦ-
3.9 Анализ результатов расчета для оптимизированной схемы
3.10 Выводы из проведенного анализа
Глава 4 Численное исследование структуры течения в проточной части фрагмента системы вентиляции тоннелей и станций Московского метрополитена
4.1 Введение
4.2 Постановка задачи
4.3 Течение в одноступенчатом осевом вентиляторе ВГПМ-
4.4 Исследование аэродинамической картины для режима подачи воздуха в тоннели метрополитена
4.4.1 Анализ полученных результатов расчета при работе одного и двух вентиляторов в режиме подачи воздуха
4.5 Исследование аэродинамической картины для режима реверсивной работы установки
4.5.1 Анализ полученных результатов расчета в случае вытяжки отработанного воздуха на поверхность
4.6 Выводы по результатам численного исследования
Список использованной литературы
Введение

Актуальность работы. До недавнего времени, чтобы убедиться в эффективности работы изделия (в частности, шахтного вентилятора), требовалось создание опытного образца, для проверки параметров которого необходимо создавать испытательный стенд, по стоимости в разы превосходящий затраты на тестируемое изделие. Именно на этапе тестовых испытаний выявлялись основные недостатки конструкции модели. Для того чтобы опытный образец модели вентилятора превратился в конечный продукт необходимо протестировать десятки вариаций таких конструкций.
В 21 веке все больше компаний стараются сократить временные и финансовые затраты, которые они понесут при разработке новых моделей. К таким компаниям относится и Томский электромеханический завод им. В.В. Вахрушева, который еще в 1949 г. освоил производство и начал серийный выпуск шахтных вентиляторов местного проветривания.
Большинство физических процессов, протекающих в природе можно описать системой дифференциальных или интегральных уравнений, и получить “виртуальные” возможности сооружаемого устройства. На основе анализа результатов расчета делаются выводы о соответствии разработанной конструкции вентилятора заданным параметрам и при необходимости выдаются рекомендации для его дальнейшей модернизации.
Таким образом, возможно уйти от изготовления в «железе» каждого опытного образца, и вести оптимизацию последних на уровне «проектирование модели - моделирование ее работы» до тех пор, пока расчетные параметры не будут оптимальными для данного вентилятора и только тогда реализовывать модель как физический объект.
Целью настоящей работы является исследование аэродинамики течения в проточных частях разрабатываемых моделей шахтных осевых вентиляторов главного и местного проветривания, с последующим анализом системы “вентилятор - сеть”, т.е. рассмотрением работы вентилятора совместно с сетью.

Узел сетки Обозначение

* -1-у У
1+и Е
».7-1
М+1 N
»- 2.7 УУ
•+2,у ЕЕ
и-2 8.
».^ + 2 NN

Рис. 8 - Конечно-разностный шаблон В результате уравнение (4) примет вид:
У'д(иФ), , Г'д(уФ), , }} д (_ ЭФ У , }} д
+ }}5'фЛф.

сіхсіу +

Интегрирование уравнения (6) по контрольному объему позволяет получить следующие конечно-разностные уравнения:
[(иФ). -(иФХ]Д¥+[(уф)„ -(уФ),]ДХ =
ЭФ ЭФ
(ГФ^Х-(ГФ^)Ж Эх Эх

ЭФ ЭФ
(ГФ~)„-(ГФ^Х
Эу Эу
ДХ + У.ДХДУ,
где е, и, п, 5 - относятся к граням контрольного объема, а 5. - среднее

значение источника в объеме. Обозначения АХ и ДУ имеют следующее значение:
дх = (*,-*„), ДУ = (уя-Уш).
Рассмотрим подробнее аппроксимацию каждого из членов уравнения. При аппроксимации источникового члена в соответствии с теоремой о среднем [82] будем полагать У. = (среднее по контрольному объему значение 5.).