Введение 5
1. Литературный обзор 7
1.1. Работа гидродиодов в линии жидкостного охлаждения с пульсирующим
потоком 7
1.2. Экспериментальное исследование характера стационарного потока жидкости
через гидродиоды 17
2. Патентный обзор 22
2.1. Ротационный компрессор 22
2.2. Описание изобретения 22
2.3. Формула изобретения 28
3. Численное моделирование течения жидкости через гидродиоды 29
3.1. Математическая модель течения несжимаемой жидкости в гидродиоде 30
3.2. Построение геометрии 44
3.3. Построение сетки 45
3.4. Выбор физических моделей 48
3.5. Численный метод 50
3.6. Результаты численного моделирования 55
4. Экономический раздел 64
4.1. Введение 64
4.2. Экономические преимущества в результате применения средств численного
моделирования 66
4.3. Описание программного продукта, применявшегося для численного
моделирования в данной работе 67
4.4. Стоимость НИР 71
Заключение 73
Список использованных источников 74
В последние десятилетия чрезвычайно обострилась проблема экономии различных видов энергии, что связано как с экологическими, так и с экономическими проблемами современного общества. Одним из крупнейших потребителей энергии является компрессорная техника, т.к. сжатые газы находят самое широкое применение в различных отраслях промышленности в качестве, как непосредственно рабочего вещества процессов, так и для передачи механической и других видов энергии. Только стационарные компрессоры потребляют около 10% всей электроэнергии, производящейся в России, что превышает на 4% такого мощного потребителя, как железнодорожный транспорт. Одним из вариантов исполнения компрессорных машин является ротационный компрессор с катящимся ротором (РКсКР), конструкция которого нашла самое широкое распространение в криогенной и холодильной технике. Неоспоримым преимуществом этой машины является ее компактность и высокая уравновешенность, сравнительно высокий КПД. Во всех конструктивных вариантах в РКсКР присутствует развитая система смазки и охлаждения, в связи с чем эту машину следует рассматривать, как гидропневматический агрегат, т.к. его рабочие процессы происходят в присутствии значительного количества смазочно-охлаждающей жидкости, играющей одно¬временно и роль уплотняющей среды.
В то же время хорошо известно, что одной из основных тенденций современного компрессоростроения является получение газов, свободных от различных примесей, в том числе и от смазочных материалов. Причем это характерно не только для компрессоров общего назначения и машин, снабжающих сжатым газом специализированные производства, но и для холодильной техники, т.к. известно, что присутствие масла в холодильном агенте снижает холодопроизводительность компрессора на 15-17 %.
В связи с этим весьма актуальна задача создания РКсКР, обладающего всеми преимуществами, заложенными в его конструкции, но с уменьшенным количеством жидкости, участвующей в проведении рабочих процессов. Очевидно, что при этом необходимо сохранить возможность интенсивного охлаждения сжимаемого газа.
Подобные задачи относятся к области поисковых научных исследований, составляющих часть НИОКР, в которых дается поиск и теоретическое обоснование новых конструктивных решений
Для решения поставленной задачи необходимо упорядочить конструкции РКсКР, предложить усовершенствованную конструкцию РКсКР с уменьшенной подачей смазочно-охлаждающей жидкости в рабочую полость, объяснить целесообразность использования гидродиодов в системе охлаждения, предоставить возможность математического и эмпирического анализа и прогноза их характеристик РКсКР при работе в типичных ситуациях, определить особенности конструирования и указать пути конструктивного совершенствования.
Современные программы, применяемые для численного моделирования турбулентного течения, такие как STAR-CCM+, просты в использовании, что делает их доступным для инженеров и проектировщиков без специальной подготовки. Они совместимы со многими другими программными пакетами. Такое сочетание программных средств и услуг помогает заметно улучшить некоторые аспекты деятельности, в таких областях как:
• Техника безопасности и управление рисками: От помощи в проектировании более устойчивых к ветровым и волновым нагрузкам морских платформ до оценки влияния излучения от факела сжигаемого газа - средства вычислительной гидродинамики помогут увеличить безопасность технологических процессов.
• Повышение эффективности: Средства вычислительной гидродинамики помогут повысить эффективность существующих технологических процессов, а также помогут получить полезную информации при разработке новых технологий.
• Уменьшение затрат: Средства вычислительной гидродинамики позволяют оптимизировать процессы, происходящие внутри и вокруг проектируемой конструкции, с помощью компьютерного моделирования и только после этого приступать к созданию дорогостоящих реальных макетов. Такой подход позволяет получить конструкцию, которая будет лучше спроектирована, и которую можно быстрее ввести в эксплуатацию, затратив при этом меньше средств.
• Уменьшение воздействия на окружающую среду: От контроля выбросов до предотвращения утечек - средства вычислительной гидродинамики могут использоваться для предотвращения или смягчения воздействия на окружающую среду при добыче углеводородов.
