Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» Кафедра «Газохимия и моделирование химико-технологических процессов» Лабораторная работа №1 на тему: «ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СМЕСИТЕЛЯ С УЧЁТОМ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА» по дисциплине: «Проектирование технологических процессов» Вариант 9 Выполнил: студент группы МТК-31-21-01 Салиева А.И. Проверил: ассистент каф. ГМХТП Котельникова А.Ю. Уфа 2021 1 Цель работы и исходные данные Цель работы: смоделировать смешение воды (рабочее тело) разной температуры в Т-образном тройнике с отводом и подводом тепла на внешних стенках. Исходные данные представлены на рисунке 1 и таблице 1. Рисунок 1 – Исходные данные к лабораторной работе №1 Таблица 1 – Исходные данные к лабораторной работе №1 Параметр Значение Коэффициент теплоотдачи α, Вт/(м²·К) 0,1 Температура внешней среды, °С 0 Шероховатость внешних стенок Δ, мкм 50 2 2 Расчетная часть 2.1 Построение геометрической модели Строим геометрическую модель с помощью примитивов – параллелепипедов: Параметры примитивов: 1 примитив – рисунок 2 2 примитив – рисунок 3 Рисунок 2 – Параметры примитива 1 Рисунок 3 – Параметры примитива 2 3 2. Используем свойства симметрии модели для уменьшения времени расчёта, поэтому модель (рис. 4) представляем в разрезе (Tools – Symmetry). Рисунок 4 – Геометрическая модель тройника смешения в разрезе 4 3.2 Построение сеточной модели Построим сетку (рис. 4) и настроим сеткогенератор так, чтобы получить точную сетку (Fine) (рис. 5) и подпишем границы (рис. 6), согласно заданию, с помощью инструмента Create Named Selection из контекстного меню. Рисунок 4 – Построение сетки на модели Рисунок 5 – Настройки сеткогенератора 5 Рисунок 6 – Задание границ для модели Рисунок 7 – Задание параметров стенки Создаем загущения (Inflation – Boundary – First Layer Thickness – Generate Mesh – Update) (рис. 8). 6 Рисунок 8 – Создание загущений на модели 3.3 Проверка на отсутствие ошибок Закроем сеткогенератор и перейдем в препроцессор (Setup). Проверим сетку на наличие ошибок и зададимся значением гравитации оси Y -9,81 м/с (рис. 9). Рисунок 9 – Проверка сетки на ошибки и задание гравитации 7 3.4 Создание расчетной модели Включим уравнения сохранения энергии и турбулентности k–ε Realizable (Viscous) на вкладке Models (рис. 10). Рисунок 10 – Уравнения сохранения энергии и турбулентности k–ε Realizable (Viscous) 8 Добавим в расчет новое рабочее тело – воду (рис. 11). Рисунок 11 – Добавление в проект нового рабочего тела Настраиваем граничные условия: Для первого входа потока граничным условием является линейная скорость v = 0,5 м/с с температурой 353 К (рис. 12) и для второго входа с температурой 303 К – v = 0,2 м/с (рис. 13), для выхода граничное условие давление P – атмосферное (рис. 14). Граничное условие для стенок трубы – шероховатость Δ = 50 мкм (рис. 15), коэффициент теплопередачи α = 0,1 (рис. 16). 9 Рисунок 12 – Задание граничного условия для первого входа потока Рисунок 13 – Задание граничного условия для второго входа потока 10 Рисунок 14 – Задание граничного условия для выхода потока Рисунок 15 – Задание параметров для стенки (шероховатость) 11 Рисунок 16 – Задание параметров для стенки (коэффициент теплоотдачи) Проводим инициализация модели Standard Initialization по первого входу (рис. 16). 12 Рисунок 16 – Инициализация по входной (inlet1) границе Переходим в Run Calculation, задаем 500 итераций (решение сходится уже на 350-й итерации) и выводим график невязок (рис. 17). Рисунок 17 – График зависимости величины невязок от количества итераций 13 Результаты расчетов смотрим в Results – Graphics – Contours (рис. 17). Рисунок 17 – Распределение статической температуры на границе симметрии модели Для того чтобы оценить значение средней температуры потока на выходе, перейдем на вкладку Reports - Surface Integrals (рис. 18). 14 Рисунок 18 – Определение интегрального параметра потока Создаем линию Line 1 для построения графика (рис 19) с параметрами (рис. 20) Рисунок 16 – Создание линии 15 Рисунок 17 – Параметры линии Line 1 Строим график Chart 1 (рис. 18) с параметрами (рис. 19). Рисунок 18 – Эпюра скорости потока на линии 16 Рисунок 19 – Параметры графика Chart 1 Вывод: Целью данной лабораторной работы было смоделировать смешение воды (рабочее тело) разной температуры в Т-образном тройнике с отводом и подводом тепла на внешних стенках. В ходе работы были созданы геометрическая и сеточная модели тройника. Рассчитана модель в режиме турбулентности k-epsilon Realizable. Определена средняя температура потока на выходной границе (335,5404 К). Также построили график распределения скорости потока по длине штрихпунктирной линии. Анализируя график, можем увидеть, как скачкообразно и резко меняется скорость по оси Z 17
