Разработка метода расчета сложных разветвленных пневматических систем

• Автор: Волков, Василий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Оглавление

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

Введение

Глава 1. Обзор состояния вопроса

1.1. Особенности проектирования разветвленных пневматических систем

1.2. Современные методы расчета рабочих процессов, протекающих в разветвленных ПС

1.2.1. Методы расчета рабочих процессов ПС в приближении

распределенных параметров

1.2.2. Методы расчета рабочих процессов ПС в приближении

сосредоточенных параметров

1.2.3. Методы расчета сложных разветвленных изотермических ПС
1.2.4. Методы расчета сложных разветвленных неизотермических ПС
1.3. Обзор программного обеспечения для моделирования
разветвленных ПС
1.4. Выбор метода расчета разветвленных ПС
1.5. Выводы по главе
Глава 2. Разработка метода расчета рабочих процессов в разветвленных ПС
2.1. Постановка задачи
2.2. Разработка метода расчета разветвленных ПС
2.2.1 Дискретизация расчетной области
2.2.2. Построение дискретного аналога уравнения движения
2.2.3. Построение дискретного аналога уравнения неразрывности

2.2.3. Построение дискретного аналога уравнения энергии
2.3. Разработка алгоритма численного решения
2.4. Разработка программной реализации метода
2.4. Выводы по главе
Глава 3. Примеры применения метода расчета рабочих процессов в разветвленных ПС
3.1. Примеры расчетов изотермических пневматических систем
3.1.1. Расчет разветвленной системы с постоянными коэффициентами сопротивления
3.1.2. Расчет разветвленной системы с нелинейными коэффициентами сопротивления (уравнение Дарси-Вейсбаха)
3.1.3. Расчет разветвленной системы с нелинейными коэффициентами сопротивления (уравнение Хазена-Вильямса)
3.2. Тестирование разработанного метода расчета для решения задач большой размерности
3.2.1. Создание искусственных тестовых задач
3.2.2. Решение задач размерностью ~104 связей
3.2.3. Решение задач размерностью ~106 связей
3.2.4. Сравнение со стандартным ПО для расчета разветвленных систем
3.3. Расчет пневматических систем
3.3.1. Течение идеального газа в сужающемся канале
3.3.2 Течение газа в одноконтурной системе каналов
3.3.3. Течение газа в разветвленной системе каналов
3.4. Выводы по главе

Г лава 4. Экспериментальное исследование рабочих процессов в ПС и сравнение с результатами численного исследования
4.1. Описание экспериментального стенда
4.2. Методика проведения экспериментальных исследований
4.3. Определение погрешности результатов экспериментальных исследований
4.4. Обработка результатов эксперимента
4.4.1. Экспериментальное исследование характеристик рабочего участка..
4.4.2. Исследование режимов работы экспериментального стенда
4.5. Проведение расчетных исследований пневматической системы экспериментального стенда
4.5.1. Разработка расчетной схемы пневматической системы экспериментального стенда
4.5.2 Кросс-верификация метода расчета с помощью СБО
4.5.3. Сравнение результатов численного расчета и натурного эксперимента
4.6. Выводы по главе
Основные результаты и выводы
ЛИТЕРАТУРА

Таким образом, не смотря на множество имеющихся методов расчета, разработка новых математических моделей и методов расчета является актуальной задачей и по сей день.
1.2.4. Методы расчета сложных разветвленных неизотсрмичсскнх ПС
В общем случае при движения газа в каналах и трубопроводах следует учитывать изменение его плотности и температуры. В первую очередь это связано с падением давления по каналу и соответственно плотности газа.
Для газовых магистралей среднего и высокого давления, являющихся верхним иерархическим уровнем систем газоснабжения, становится неприменимо допущение об изотермическом течении рабочей среды [52]. В связи с этим, при моделировании данных ПС используются несколько модифицированные и расширенные подходы, основанные на методах для моделирования изотермических систем.
Анализ использования допущения об изотермическом течении в ПС с изменением свойств рабочей среды проводится в статьях [97, 98] на примере расчета проточного газопровода. Результаты сравнительных анализов изотермического и неизотермического течений газа показали отличие на величину более 5% для единичного трубопровода с заданным перепадом давления и изменением температуры менее чем на 30° С. Однако, во многих пневматических системах изменение свойств рабочей среды может происходить в большем диапазоне [100-102].
В большинстве случаев для моделирования неизотермического течения сжимаемой среды производится декомпозиция задачи на задачу расчета потокораспределения и распределения давлений (изотермическую задачу) и задачу теплового расчета (с «замороженным» распределением потоков) [3]. А само искомое решение получается методом последовательных итераций.