МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУИ РАСПЛАВЛЕННОГО ПОТОКА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ
Современное производство минеральной ваты хаpaктеризуется высокой степенью автоматизации. Автоматизированы все процессы подачи сырья и топлива: набор компонентов, взвешивание, трaнcпортировка и загрузка в печь по заданной программе. Автоматические датчики определяют и контролируют скорость вращения центрифуги, температуру и влажность дутья, отвод газов. Однако ряд проблем остается нерешенным, в том числе учет расхода расплава. Обычные методы измерения расхода жидкости в данной ситуации не применимы из-за агрессивности среды. Определение расхода расплава по изменению тока двигателя валков центрифуги, по количеству загруженного сырья, по весу готовой продукции являются недостаточно эффективными для предъявляемых на сегодняшний день требований к планированию производственных затрат. Между тем постоянный контроль расхода расплава является одной из самых важных задач при производстве минеральной ваты.
Проверка работоспособности алгоритма, позволяющего определять расход (дeбeт) струи расплава металлургической печи, требует большего количества экспериментальных данных. В связи с тем, что отработать алгоритм в реальных условиях (на производстве) не представляется возможным, необходимо компьютерное моделирование различных производственных ситуаций. Создание модели позволяет гибко задавать необходимые начальные условия, изменять параметры струи расплава, и тем самым провести эксперименты без лишних производственных затрат.
Визуализация движения струи расплава является задачей трёхмерного моделирования. При реализации модели необходимо учесть следующие особенности, хаpaктеризующие производство минеральной ваты:
- На изображении струи расплава должны появляться пятна, соответствующие температурным изменениям расплава и различной вязкости вещества.
- Механические воздействия определяют отклонение свободного падения струи и изменение её формы.
- Появление сгустков в струе вызывает изменение геометрии струи.
Для программной реализации модели необходимо выполнить следующие задачи: визуализация вязкой жидкости, моделирование движения жидкости, моделирование изгибов и скрутки струи.
Задача визуализации вязкой жидкости решается различными способами. Большинство их них является целочисленным решением системы уравнений Навье-Стокса, описывающих движение вязкой жидкости [1, 4]. Представляет интерес метод моделирования вязкой жидкости, называемый SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) - гидродинамика сглаженных частиц [3]. В отличие от основанных на сетке методик, которые прослеживают границы жидкости, метод SPH создаёт свободную поверхность для непосредственно взаимодействующих жидкостей или газов.
Идея метода заключается в том, что вязкую жидкость представляют разделенной на несколько дискретных «жидкостных элементов», взаимодействующих между собой. При этом задача моделирования сводится к расчету этого взаимодействия. В основу метода положено свойство, при котором каждая частица в некоторой степени «заимствует» физические хаpaктеристики у своих ближайших соседей. Элементы или частицы имеют прострaнcтвенное расстояние, называемое «длина сглаживания» (h). Любая физическая величина любой частицы может быть выражена из соответствующих хаpaктеристик частиц, находящихся в пределах двух сглаженных длин. Например, температура частицы i зависит от температуры всех частиц в пределах радиальной дистанции 2h от частицы i. Таким образом, влияние каждой частицы на соседние оценивается в соответствии с их расстоянием от интересующей частицы. Математически, это свойство описывает функция сглаживания W (или функция ядра) - она показывает, какое количество конкретной величины нужно позаимствовать у частицы, находящейся на расстоянии r от интересующей нас точки. Уравнение для любого количества A частицы i, представленное как Ai записывается уравнением
,
где mj - масса частицы j, Aj - значение количества A для частицы j, ρj - плотность, связанная с частицей j, и W - функция ядра.
Плотность частицы i может быть выражена как:
,
где суммирование по j включает все частицы в модели.
Размер длины сглаживания может быть установлен как в прострaнcтве, так и во времени. Назначая каждой частице её собственную длину сглаживания и разрешая ей меняться со временем, разрешающая способность моделирования может автоматически подстраивать себя к локальным условиям. Например, в очень плотной области, где много частиц расположены близко одна к другой, длина сглаживания может быть определена относительно короткой, что приведёт к высокому прострaнcтвенному разрешению. И, наоборот, в областях с малой плотностью, где частицы размещены далеко одна от другой и разрешающая способность низкая, длина сглаживания может быть увеличена, что оптимизирует вычисления для данной области. Объединённая с уравнением состояния вязкой жидкости, гидродинамика сглаженных частиц эффективно моделирует гидродинамические потоки.
Так как для визуализации рассматриваемой нами модели более важным является внешняя форма анализируемого объекта, чем внутреннее состояние, то и задачу визуализации можно упростить, моделируя движение только внешних стенок расплава. При этом формы изгибов и скручивание струи реализуются с помощью сплайнов, создавая каркас модели струи расплава, а сама вязкая жидкость с помощью метода гидродинамики сглаженных частиц.
Задача моделирования движения жидкости решается с помощью аффинных преобразований вращения и сдвига с соответствующими матрицами.
Входными данными для модели являются: температура расплава, диаметр трубы и периодичность механических воздействий на струю расплава. Выходными - скорость движения струи и объём расплава.
Список литературы
- Загузов И.С., Поляков К.А. Математическое моделирование течений вязкой жидкости вблизи твердых поверхностей. Самара: Изд-во Самарского университета. URL: http://window.edu.ru/window/library?p_rid=46882 (дата обращения: 08.09.2010).
- Коноплёв В.А. Алгебраические методы в механике Галилея. - СПб.: Наука, 1999. - 288 с.
- Моделирование жидкости с использованием GPU. URL: http://www.uraldev.ru/articles/id/29 (дата обращения: 08.09.2010).
- Тонков Л.Е. Численное моделирование динамики капли вязкой жидкости методом функции уровня: сб.науч.тр. // Вестник удмуртского университета. - 2010. - №3. - С.134-140.
Работа выполнена при финансовой поддержке ГК №02.740.11.0512
Статья в формате PDF
116 KB...
25 04 2024 0:41:10
Статья в формате PDF
338 KB...
24 04 2024 16:49:38
При выборе рациональной технологии изготовления и оптимизации составов мазей и гелей с нестероидным противовоспалительным средством – мелоксикамом (МК) важно изучение реологических свойств данных лекарственных форм (ЛФ). Статья посвящена изучению реологических свойств мазей и гелей МК. Исследования, проведенные авторами, позволили определить факторы, влияющие на реологические свойства изучаемых ЛФ МК и охаpaктеризовать исследуемые образцы мазей и гелей МК, как структурированные дисперсные системы.
...
23 04 2024 15:22:43
Сообщение содержит примеры актуализации, мотивации и организации разнородных исследований, выполняемых учащимися совместно с преподавателем Курса "ОБЖ и экология" в составе научно-познавательного общества гимназии "Зеркало". Пpaктика освоения одаренными учащимися естественно-научного мировоззрения в ходе работ, имеющих отклик коллектива, стимулирует творческое саморазвитие и убеждает в своей способности добиться не только радости открытия, но и общественного признания.
...
22 04 2024 23:54:19
Статья в формате PDF
263 KB...
21 04 2024 8:12:52
Статья в формате PDF
99 KB...
19 04 2024 4:30:17
На основе собственных фактических данных, полученных в процессе длительных наблюдений (1982-2000 гг.) за качественным состоянием каспийских осетровых, выявлена прострaнcтвенно-временная динамика патоморфологических и функциональных нарушений во внутренних органах рыб. С позиций современной патологии, регенерации экологическая и физиологическая пластичность современных каспийских осетровых рассматривается в связи с адаптивной модификацией и нормой реакции.
Обсуждаются вопросы дальнейшего изучения механизма регенерации в связи с известной гипотезой о существовании креаторной системы, выполняющей в организме регуляцию функциональной зависимости между клетками и органами.
...
18 04 2024 16:56:16
Статья в формате PDF
105 KB...
17 04 2024 14:59:14
Статья в формате PDF
111 KB...
16 04 2024 0:11:21
Статья в формате PDF
314 KB...
14 04 2024 8:54:17
Статья в формате PDF
253 KB...
13 04 2024 5:15:16
Статья в формате PDF
106 KB...
11 04 2024 11:57:23
Статья в формате PDF
109 KB...
10 04 2024 23:49:40
Статья в формате PDF
131 KB...
09 04 2024 10:47:13
Статья в формате PDF
123 KB...
08 04 2024 22:13:18
Статья в формате PDF
142 KB...
07 04 2024 4:28:50
Статья в формате PDF
123 KB...
06 04 2024 3:14:55
Статья в формате PDF
132 KB...
05 04 2024 3:13:59
Статья в формате PDF
202 KB...
04 04 2024 18:44:42
Статья в формате PDF
113 KB...
01 04 2024 7:12:10
Методами ДТА и РФА исследованы фазовые равновесия в системе Tl2S-Tl2Te-Tl9SbTe6 (А). Построены политермическое сечение Tl2S-Tl9SbTe6 и изотермическое сечение при 400К фазовой диаграммы, а также проекция поверхности ликвидуса системы А. Установлено, что она является квазитройным фрагментом четверной системы Tl-Sb-S-Te и хаpaктеризуется образованием широких областей твердых растворов на основе исходных соединений. Поверхность ликвидуса системы А состоит из трех полей, отвечающих первичной кристаллизации твердых растворов на основе соединений Tl2S, Tl2Te и Tl9SbTe6. В работе также обсуждены особенности фазовых равновесий в аналогичных системах и, в частности, показано, что все шесть систем данного типа хаpaктеризуются образованием твердых растворов на основе исходных соединений, причем наиболее широкие области гомогенности имеют соединения типа Tl9BVX6.
...
31 03 2024 0:53:56
Статья в формате PDF
269 KB...
30 03 2024 12:27:39
Статья в формате PDF
140 KB...
28 03 2024 23:12:28
Статья в формате PDF
112 KB...
26 03 2024 3:32:52
Статья в формате PDF
269 KB...
25 03 2024 0:46:52
Представлено обоснование и техника закрытой медиастинотомии со стороны правой плевральной полости и её дренирования через передний мини-доступ в V межреберье активным трубчатым дренажом с боковыми отверстиями у больных с флегмоной заднего средостения, возникшей вследствие перфорации стенки грудного отдела пищевода, отличающаяся простотой исполнения, малой травматичностью и высокой дренажной эффективностью.
...
24 03 2024 0:49:44
Статья в формате PDF
91 KB...
21 03 2024 15:50:51
Статья в формате PDF
269 KB...
20 03 2024 1:32:47
Статья в формате PDF
121 KB...
19 03 2024 11:30:25
Статья в формате PDF
466 KB...
18 03 2024 6:18:24
Статья в формате PDF
245 KB...
17 03 2024 13:28:35
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::
