Помощь студентам в учебе
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЖИДКОСТИ ПО ТРУБОПРОВОДУ С ИЗГИБАМИ И ПРЕПЯТСТВИЯМИ И В СРЕДЕ FLOW VISION
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Моделирование процесса распространения жидкости по участку
трубопровода с изгибами и препятствиями 7
1.1. Моделирование и различные системы автоматизированного
проектирования 7
1.2. Программный комплекс SolidWorks 11
1.3. Программный комплекс FlowVision 16
1.4. Жидкость в теоретической механике 23
1.5. Гидродинамика 24
1.6. Уравнения Навье - Стокса. 30
2 Модель участка трубопровода с расширениями, сужениями, изгибом и
препятствием 38
2.1. Создания 3D модели с помощью SolidWorks 38
2.2. Моделирования течения жидкости в среде FlowVision 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 70
ПРИЛОЖЕНИЕ
1 Моделирование процесса распространения жидкости по участку
трубопровода с изгибами и препятствиями 7
1.1. Моделирование и различные системы автоматизированного
проектирования 7
1.2. Программный комплекс SolidWorks 11
1.3. Программный комплекс FlowVision 16
1.4. Жидкость в теоретической механике 23
1.5. Гидродинамика 24
1.6. Уравнения Навье - Стокса. 30
2 Модель участка трубопровода с расширениями, сужениями, изгибом и
препятствием 38
2.1. Создания 3D модели с помощью SolidWorks 38
2.2. Моделирования течения жидкости в среде FlowVision 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 70
ПРИЛОЖЕНИЕ
В наше время невозможно представить какую-либо отрасль промышленности без сети трубопроводов. Расчет любой такой сети включает подбор материала труб, составление спецификации, где перечислены данные о толщине, размере труб, маршруте и т.д. Сырье, промежуточный продукт, а также готовый продукт проходит производственные стадии, перемещаясь между различными аппаратами и установками, которые соединяются при помощи трубопроводов и фитингов (соединительная часть трубопровода, устанавливаемого для разветвления, поворотов, переходов на другой диаметр, а также при необходимости частой сборки и разборки труб). Правильный расчет, подбор и монтаж системы трубопроводов необходим для надежного осуществления всего процесса, обеспечения безопасной перекачки сред, а также для герметизации системы и недопущения утечек перекачиваемого вещества в атмосферу.
Не существует единой формулы и правил, которые могли бы быть использованы для подбора трубопровода, для любого возможного применения и рабочей среды. В каждой отдельной области применения трубопроводов присутствует ряд факторов, требующих учета и способных оказать значительное влияние на предъявляемые к трубопроводу требования. Так, например, при работе со шламом, трубопровод большого размера не только увеличит стоимость установки, но также создаст рабочие трудности.
Обычно трубы подбирают после оптимизации расходов на материал и эксплуатационных расходов. Чем больше диаметр трубопровода, то есть выше изначальное инвестирование, тем ниже будет перепад давления и соответственно при этом уменьшаться эксплуатационные расходы. И наоборот, малые размеры трубопровода позволят уменьшить первичные затраты на сами трубы и трубную арматуру, но возрастание скорости повлечет за собой увеличение потерь, что приведет к необходимости затрачивать дополнительную энергию на перекачку среды. Нормы по скорости, фиксированные для различных областей применения, базируются на оптимальных расчетных условиях.
Надежность в конструировании трубопроводов обеспечивается соблюдением надлежащих норм проектирования...
Трубопроводы предназначены для транспортировки различных жидкостей и газов, а также твёрдого топлива и иных твёрдых веществ в виде раствора под воздействием разницы давлений в поперечных сечениях трубы.
В зависимости от транспортируемой среды это могут быть нефтепроводы, воздухопроводы, газопроводы, водопроводы, мазутопроводы и пр. Трубопроводы отличаются по размерам, разветвленности, сложности и т.д. Все транспортируемые по трубопроводам вещества нуждаются в измерении их количества, для этого в трубопроводы устанавливаются расходомеры.
Все изгибы, разветвления, сужения и расширения, места установки расходомеров, которые часто добавляют в поток тела обтекания, вихреобразующие элементы и пр., изменяют различные параметры потока: скорость, давление, температуру. Все эти и многие другие параметры потока необходимо контролировать в процессе эксплуатации трубопровода и особенно при установке новых узлов. Для правильного выбора нового узла, удешевления процесса и увеличения надежности работы, все параметры потока необходимо тщательно рассчитать. Сделать это с наименьшими затратами позволяет 3D моделирование участков трубопровода в специальных САПР-программах и дальнейшего моделирования процесса распространения в них потока вещества.
В нашей работе для 3D моделирования участка трубопровода использовался программный комплекс SolidWorks. А численный расчет параметров потока производился в среде FlowVision.
SolidWorks и FlowVision, вообще говоря, могут решать существенно более широкий круг задач. Благодаря их использованию на предприятиях, будут существенно сокращаться сроки выпуска продукции, повыситься её качество и снизиться себестоимость.
Поэтому, тема будет актуальна не только сегодня, но и в дальнейшем. Исходя из этого, выбранная тема будет заключаться в том, чтобы взять 3D модель трубы и посмотреть с помощью программного обеспечения процесс распространения жидкости в трубопроводе с изгибом, расширением, сужением и препятствием, представляющим собой типичное
вихреобразующее тело. А также как изменится давление при разных скоростях на участках (входа, выхода, в области изгиба и препятствия), показать доступность и легкость эксплуатации данных программ и доступности быстрого обучения. Показать, что данный процесс доступен не только программистам, то есть не только для высоких уровней знаний.
Объект исследования - процесс распространения жидкости по участку трубопровода.
Предмет исследования - модель участка трубопровода с расширениями, сужениями, изгибом и препятствием.
Цель - разработать в среде SolidWorks 3d модель участка трубопровода, произвести моделирование процесса распространения по нему жидкости, рассчитать и визуализировать эволюцию различных параметров потока в нескольких сечениях трубопровода.
Задачи, которые необходимо выполнить:
1) Познакомиться с программными комплексами SolidWorks и FlowVision;
2) Изучить теорию, описывающую движение вязкой Ньютоновской жидкости. Познакомиться с аналитическими решениями уравнения Навье- Стокса и рассмотреть различные способы его численного решения;
3) Построить 3D модель участка трубопровода в программе SolidWorks;
4) Смоделировать процесс распространения жидкости по данному
участку в комплексе FlowVision, оптимальным способом выбрав координатную сетку, начальные и граничные условия для численного решения уравнения Навье-Стокса;
5) Визуализировать эволюцию различных параметров потока (давления, скорости) в нескольких сечениях участка трубопровода для анализа, полученных при моделировании результатов.
Практическая значимость исследуемой проблемы:
Решение уравнения Навье-Стокса существует только для частных случаев. Для внедрения любого нового узла в трубопровод, особенно если этот узел нестандартной конструкции, необходимо численное моделирование распространения потока через него. Наши расчеты можно использовать, например, при определении возможности установки вихревого расходомера в конкретном месте трубопровода, при выборе диаметра расходомера, анализе изменения параметров потока и пр. Т.е. они имеют вполне реальную практическую ценность.
Структура состоит из введения, двух глав и заключения.
В первой главе рассмотрим определение моделирования и различные системы автоматизированного проектирования (САПР), то есть приведем примеры самых популярных систем на сегодняшний день. Познакомимся с программными комплексами SolidWorks и FlowVision, в которых и будем работать. Изучим теорию, описывающую движение вязкой Ньютоновской жидкости, ее применение к распространению жидкости в трубопроводе.
Во второй главе построим 3D модель трубопровода с расширениями, сужениями, изгибом и препятствием в программе SolidWorks. Подробно опишем этапы создания модели. Далее с помощью комплекса FlowVision смоделируем процесс распространения жидкости по участку трубопровода, оптимальным способом выбрав координатную сетку, начальные и граничные условия для численного решения уравнения Навье-Стокса. Произведем с помощью этой программы расчеты и проанализируем полученные при моделировании результаты.
Не существует единой формулы и правил, которые могли бы быть использованы для подбора трубопровода, для любого возможного применения и рабочей среды. В каждой отдельной области применения трубопроводов присутствует ряд факторов, требующих учета и способных оказать значительное влияние на предъявляемые к трубопроводу требования. Так, например, при работе со шламом, трубопровод большого размера не только увеличит стоимость установки, но также создаст рабочие трудности.
Обычно трубы подбирают после оптимизации расходов на материал и эксплуатационных расходов. Чем больше диаметр трубопровода, то есть выше изначальное инвестирование, тем ниже будет перепад давления и соответственно при этом уменьшаться эксплуатационные расходы. И наоборот, малые размеры трубопровода позволят уменьшить первичные затраты на сами трубы и трубную арматуру, но возрастание скорости повлечет за собой увеличение потерь, что приведет к необходимости затрачивать дополнительную энергию на перекачку среды. Нормы по скорости, фиксированные для различных областей применения, базируются на оптимальных расчетных условиях.
Надежность в конструировании трубопроводов обеспечивается соблюдением надлежащих норм проектирования...
Трубопроводы предназначены для транспортировки различных жидкостей и газов, а также твёрдого топлива и иных твёрдых веществ в виде раствора под воздействием разницы давлений в поперечных сечениях трубы.
В зависимости от транспортируемой среды это могут быть нефтепроводы, воздухопроводы, газопроводы, водопроводы, мазутопроводы и пр. Трубопроводы отличаются по размерам, разветвленности, сложности и т.д. Все транспортируемые по трубопроводам вещества нуждаются в измерении их количества, для этого в трубопроводы устанавливаются расходомеры.
Все изгибы, разветвления, сужения и расширения, места установки расходомеров, которые часто добавляют в поток тела обтекания, вихреобразующие элементы и пр., изменяют различные параметры потока: скорость, давление, температуру. Все эти и многие другие параметры потока необходимо контролировать в процессе эксплуатации трубопровода и особенно при установке новых узлов. Для правильного выбора нового узла, удешевления процесса и увеличения надежности работы, все параметры потока необходимо тщательно рассчитать. Сделать это с наименьшими затратами позволяет 3D моделирование участков трубопровода в специальных САПР-программах и дальнейшего моделирования процесса распространения в них потока вещества.
В нашей работе для 3D моделирования участка трубопровода использовался программный комплекс SolidWorks. А численный расчет параметров потока производился в среде FlowVision.
SolidWorks и FlowVision, вообще говоря, могут решать существенно более широкий круг задач. Благодаря их использованию на предприятиях, будут существенно сокращаться сроки выпуска продукции, повыситься её качество и снизиться себестоимость.
Поэтому, тема будет актуальна не только сегодня, но и в дальнейшем. Исходя из этого, выбранная тема будет заключаться в том, чтобы взять 3D модель трубы и посмотреть с помощью программного обеспечения процесс распространения жидкости в трубопроводе с изгибом, расширением, сужением и препятствием, представляющим собой типичное
вихреобразующее тело. А также как изменится давление при разных скоростях на участках (входа, выхода, в области изгиба и препятствия), показать доступность и легкость эксплуатации данных программ и доступности быстрого обучения. Показать, что данный процесс доступен не только программистам, то есть не только для высоких уровней знаний.
Объект исследования - процесс распространения жидкости по участку трубопровода.
Предмет исследования - модель участка трубопровода с расширениями, сужениями, изгибом и препятствием.
Цель - разработать в среде SolidWorks 3d модель участка трубопровода, произвести моделирование процесса распространения по нему жидкости, рассчитать и визуализировать эволюцию различных параметров потока в нескольких сечениях трубопровода.
Задачи, которые необходимо выполнить:
1) Познакомиться с программными комплексами SolidWorks и FlowVision;
2) Изучить теорию, описывающую движение вязкой Ньютоновской жидкости. Познакомиться с аналитическими решениями уравнения Навье- Стокса и рассмотреть различные способы его численного решения;
3) Построить 3D модель участка трубопровода в программе SolidWorks;
4) Смоделировать процесс распространения жидкости по данному
участку в комплексе FlowVision, оптимальным способом выбрав координатную сетку, начальные и граничные условия для численного решения уравнения Навье-Стокса;
5) Визуализировать эволюцию различных параметров потока (давления, скорости) в нескольких сечениях участка трубопровода для анализа, полученных при моделировании результатов.
Практическая значимость исследуемой проблемы:
Решение уравнения Навье-Стокса существует только для частных случаев. Для внедрения любого нового узла в трубопровод, особенно если этот узел нестандартной конструкции, необходимо численное моделирование распространения потока через него. Наши расчеты можно использовать, например, при определении возможности установки вихревого расходомера в конкретном месте трубопровода, при выборе диаметра расходомера, анализе изменения параметров потока и пр. Т.е. они имеют вполне реальную практическую ценность.
Структура состоит из введения, двух глав и заключения.
В первой главе рассмотрим определение моделирования и различные системы автоматизированного проектирования (САПР), то есть приведем примеры самых популярных систем на сегодняшний день. Познакомимся с программными комплексами SolidWorks и FlowVision, в которых и будем работать. Изучим теорию, описывающую движение вязкой Ньютоновской жидкости, ее применение к распространению жидкости в трубопроводе.
Во второй главе построим 3D модель трубопровода с расширениями, сужениями, изгибом и препятствием в программе SolidWorks. Подробно опишем этапы создания модели. Далее с помощью комплекса FlowVision смоделируем процесс распространения жидкости по участку трубопровода, оптимальным способом выбрав координатную сетку, начальные и граничные условия для численного решения уравнения Навье-Стокса. Произведем с помощью этой программы расчеты и проанализируем полученные при моделировании результаты.
Трубопроводы предназначены для транспортировки различных видов сырья в виде раствора под воздействием разницы давлений в поперечных сечениях трубы. Трубопроводы отличаются по размерам, разветвленности, сложности и т.д. Все транспортируемые по трубопроводам вещества нуждаются в измерении различных параметров потока, необходимость контроля в процессе эксплуатации трубопровода и особенность при установке новых узлов вынуждает предприятия вести правильный расчёт, что ведет к дополнительным затратам и потерей времени.
Сделать это с наименьшими затратами позволит 3d моделирование участков трубопровода в специальных САПР -программах и в дальнейшем моделирования процесса распространения в них потока вещества. В результате использования этой программы на предприятиях существенно сократятся сроки выпуска продукции, повыситься её качество, снизиться себестоимость, и позволит предприятию работать эффективно и рентабельно.
В данной работе с помощью комплекса FlowVision мы эффективно показали, как можно смоделировать и рассчитать процесс распространения жидкости по участку трубопровода, выбрать координатную сетку, начальные и граничные условия для численного решения уравнения Навье-Стокса.
Анализ полученного результата от процесса при моделировании позволяет показать правильность выбора нового узла, удешевления процесса и увеличения надежности работы в производстве.
Подводя итог сказанному, можно сказать одно — возможности программ SolidWorks и FlowVision предоставляют практически неограниченные возможности для разработки и превращения в жизнь новых технологических идей, и в дальнейшем это даст оптимально эффективно внедрять любой процесс в систему производства на предприятиях.
Сделать это с наименьшими затратами позволит 3d моделирование участков трубопровода в специальных САПР -программах и в дальнейшем моделирования процесса распространения в них потока вещества. В результате использования этой программы на предприятиях существенно сократятся сроки выпуска продукции, повыситься её качество, снизиться себестоимость, и позволит предприятию работать эффективно и рентабельно.
В данной работе с помощью комплекса FlowVision мы эффективно показали, как можно смоделировать и рассчитать процесс распространения жидкости по участку трубопровода, выбрать координатную сетку, начальные и граничные условия для численного решения уравнения Навье-Стокса.
Анализ полученного результата от процесса при моделировании позволяет показать правильность выбора нового узла, удешевления процесса и увеличения надежности работы в производстве.
Подводя итог сказанному, можно сказать одно — возможности программ SolidWorks и FlowVision предоставляют практически неограниченные возможности для разработки и превращения в жизнь новых технологических идей, и в дальнейшем это даст оптимально эффективно внедрять любой процесс в систему производства на предприятиях.