Материал: Сборник трудов победителей конкурса на лучшую научную работу студентов и аспирантов ВГТУ

Программный

комплекс Fluent использует

Во

Fluent включены

различные физические

неструктурированную сеточную технологию. Это

модели

таких

процессов, как:

теплопередача,

значит, что он может решать задачи на конечно-

фазовые переходы, кавитация и др.

элементных

сетках,

состоящих

из

элементов

разнообразной

формы:

шестиугольников,

В

программном

комплексе

доступны

четырехугольников и треугольников, гексэдеров и

следующие модели турбулентности: Рейнольдса,

тетраэдеров, призм, пирамид и др.

Спаларта - Аламарса, k-w, k-e, V2F, LES, DES.

Конечноэлементная

сетка

Повышениеможет

точности моделирования пограничных

адаптироваться

(сгущаться или

укрупняться) по

слоев

достигается

за

счет

использования

результатам расчета. Это позволяет получить более

пристеночных функций.

точное решение для областей с большими градиен-

Программа

Fluent

позволяет

использовать

тами

параметров

потока, например, для

по-

большое количество граничных условий на входе и

граничных слоев и скачков уплотнения. Указанная

выходе

из

расчетной

области, моделировать

возможность снижает требования к качеству сетки,

подвижные стенки каналов.

сокращает время ее создания и проведения расчета,

В

программе

реализованы

широкие

а также

позволяет

снизить

объем

оперативнойвозможности

визуализации

результатов

решения.

памяти.

Возможно

построение

полей

распределения

Программа Fluent

обладает

большой

базой

параметров потока, векторов, линий тока, создание

данных свойств рабочих тел, которая включает в

анимации, управление отображением модели и т..п

себя сведения о жидкостях, газах и твердых телах.

Результаты могут быть представлены в виде гра-

Она может быть расширена за счет пользо-

фиков, текстовых

файлов

или

интегральных

вательских баз. Параметры рабочего тела в расчете

значений параметров.

могут быть как постоянными, так и меняться в

Программный модуль ANSYS нашел широкое

зависимости от параметров потока.

применение

в

космической

технике. К

примерам

Программный

комплекс

использует

дляприменения

FLUENT

можно

отнести

задачи

решения метод конечных объемов и

позволяет обтекания

крыла,

горение

в

камере

сгорания

проводить решение задач с помощью одного из трех

жидкостного ракетного двигателя, прогнозирование

алгоритмов:

энергетических

характеристик

центробежного

неявного

алгоритма PressureBased

(в

насоса, проведение планируемого вычислительного

российской литературе его называют алгоритмом

эксперимента для оптимизации проточной части

установления);

центробежного

.насоса

Моделирование

явного

алгоритма DensityBased

(в российской

смесеобразования

и

горения

в

камере

сгорания

литературе - алгоритм расщепления);

ЖРД. Моделирование места положения утечки в

неявного алгоритма DensityBased.

нефтепровод, специализированные модели горения,

Решатель

программного

комплекса

позволяет

аэроакустики,

вращающихся/неподвижных

проводить решение на вложенных сетках. Исходные

расчетных

областей, многофазных

течений.

С

его

уравнения

могут

быть

дискретизированы

помощью решаются инженерные задачи разной

первому, второму или частично третьему порядку

сложности,

значительно

упрощается

процесс

точности. Решение может быть распараллелено и

создания ЖРД.

осуществляться на нескольких процессорах.

В

современном

мире

использование Он

наглядно

и

просто

предоставляет

аналитических расчетов является сложной задачей,

возможность просмотра этапов решения задачи, её

трудоемкой и затратной по времени или вовсе

редактирование, а так же использование одних и

невозможной. Чтобы сократить данные ресурсы

тех же условий для решения нескольких задач в

используют программный комплексANSYS. Он

одном

проекте или

использование

результатов

решает данные задачи с помощью численного

одной задачи в качестве начальных условий для

моделирования

с

использованием

методовдругих. Позволяет комбинировать различные типы

нелинейного

программирования.

Комплекс

задач и приводить общее решение, например,

помогает также сократить затраты на испытание,

движения газа в магнитном поле.

позволяет

наблюдать

внутренние

процессы

в

Решение поставленной задачи с помощью ПО

компонентах

ракетного

двигателя, которые

ANSYSCFX идет в несколько шагов:

невозможно увидеть при реальных испытаниях.

- препроцессинг;

Для более удобного управления модулями

- расчет;

используется графический интерфейс Workbench

- постпроцессинг;

(рис. 1).

Первый шаг – препроцессор.

Первая ступень препроцессора заключается в

трансляции

геометрической модели

детали

из Kompas и др.),либо создании модели в самом

сторонних

программ

твердотельногоANSYS с помощью встроенного модуляDesign

моделирования ( SolidWorks, Unigraphics, Inventor,

Modeler, реализованный на базе ядра Parasolid.

Второй

ступенью

является

генерация

сетки,

полученных в результате расчета. При получении

это –одна из важных стадия решения в комплексе.

явно неверного решения вносим корректировки в

Сетка генерируется на твердотельной модели и

нашу модель и процесс повторяется.

является

основой

для

составления

решения

Очевидно,

что

для

проектирования

системы

уравнений.

Сетки строятся

на

основе

жидкостных

ракетных

двигателей

программный

tetrahedronsиhexes. У каждого типа сетки есть свои

комплекс ANSYS необходим в плане расчета

преимущества и недостатки. По качеству

сетки

потоков газов и жидкостей, газогидродинамических

будет

определяться

достоверность

решениярасчетов в

трубопроводах, турбинах, насосных

поставленной

задачи,

её

качество определяется

агрегатах

и

т.д.Можно

наблюдать

текущие

оптимальным количеством элементов.Далее идет

процессы

в

камере

сгорания, в

критическом

задание

граничных

условий на

расчетной

сетке

сечении, в сопле, смоделировать смесеобразования

(рис 2). Параметры входа и выхода для потока,

и

горение

в

камере сгорания, быстрый расчет

приграничные

слои,

шероховатость

стенок

потерь на трение во всем агрегате, наблюдение

Точность

задания этих

условий

также

влияет на

температуры в двигателе, для предотвращения

правильность

решения. Выбираем

расчетные

перегрева

или

возгорания ,

агрег

параметры.

позволяет

увидеть

недочеты

конструкции,

мы можем увидеть, на каком шаге произойдет

исправить

, их а

также

спрогнозировать

схождение параметров.

энергетические

характеристики

агрегата.

Третий шаг - получение наглядной картины

распределения

физических

, параметров

Рис. 2.CFX-PRE задание граничных условий.

Следующим шагом идет расчет.

позволяющий

упростить

и

ускорить

этапы

Методомдискретизации

управляющихпроизводства, повысить

эффективность. Таким

уравнений, рассчитывают необходимые параметры.

образом, умение

обращаться

с

ПО

является

Этот

метод

использует

элементы.

сеткинеобходимостью для инженера-конструктора.

Управляющие уравнения объединены по каждому

Литература

объему, таким

образом,

что

соответствующие

1. ANSYS CFX Version 15.0 Documentation 2015

величины (масса, импульс, энергия, и

т.)д

2. Введение в численные методы вычислительной

сохранены

в

дискретном

смысле

для

каждого

гидроаэродинамики,

И.И.Морозов , А.С.

объема.В

решателе

идет

процесс

решения

Ляскин. Самара, 2011. 150с.

дифференциальных уравнений путем итерации, и

Все это возможно с применением ANSYS.

Вследствие

этого,

неудивительно,

что

программный

комплекс

ANSYS

CFX

нашел

широкое

применение

при

расчете,

ЖРД

щего разлития

площадью13500 м2 , и

составит

Объект исследования или разработки: нефте-

2700 тонн, площадь свободного разлития составит

база города Воронежа ЗАО «Воронеж-терминал».

13500 м2. Исходя из этого, зоной действия Плана

Виды деятельности, описание компании, согласно

будет являться территория нефтебазы, т.к. площадь

кодам ОКВЭД (Общероссийский классификатор

пролития - 13500 м2, площадь нефтебазы ЗАО «Во-

видов экономической деятельности, который вхо-

ронеж-Терминал» - 3067 га.

дит в состав Единой системы классификации и ко-

В работе средствами пакета LS-DYNA моде-

дирования технико-экономической и социальной

лировалось

геометрическая

модель

разрушение

информации (ЕСКК) Российской Федерации) [1, 2].

резервуара хранения нефти и нефтепродуктов РВС-

Цель работы – компьютерное моделирование

10000 при катастрофическом разрушении резервуа-

возможного разрушения резервуара хранения неф-

ра с нефтью и оценивались возможные факторы

ти

объемом 10 000 тонн с учетом

динамических

воздействия на ограждающую стену. Традиционно

нагрузок с помощью пакета программLS-DYNA

расчет ограждающей стены проводится только на

для

повышения

устойчивости функционирования

гидростатическое

давление разлившейся жидкости

объекта техносферы. Программное

обеспечение:

без учета динамических нагрузок, величина кото-

пакет программ LS-DYNA.

рых может многократно превысить рассчитанные

ЗАО «Воронеж-терминал» является хими-

по СНиП.

чески опасным объектом. Его потенциальная опас-

В качестве расчетного варианта был взят

ность вызвана не только наличием значительных

случай, в котором часть ограждающей стены окру-

запасов нефтепродуктов, но в большей степени его

жает угловой резервуар группы (рис. 1). Фронталь-

расположением непосредственно в черте города и

ный и поперечный(относительно расположения

близости с жилыми районами.

начальной вертикальной трещины) участки ограж-

Наиболее масштабной аварийной ситуаци-

дающей стены расположены на расстоянии6 м от

ей является полное разрушение резервуара с бензи-

резервуара, что допускается по СНиП как мини-

ном

объемом 3000 м3 (РВС-3000) с

последующим

мальное расстояние для резервуара объемом10000

размывом первого рубежа обвалования и образова-

м3 и более. Геометрические размеры и параметры

нием горящего разлития площадью 13500 м2. При

материалов

вертикального

стального

резервуара

наиболее опасной аварийной ситуации на нефтеба-

(РВС-10000) объемом 10 тыс. м3 для хранения неф-

зе, связанной с разливом нефтепродукта, макси-

тепродуктов приведены в таблице.

мальный объем пролития может произойти в - ре

зультате разрушение резервуара с бензином объе-

мом 3000 м3 (РВС-3000) с последующим размывом

первого рубежа обвалования и образованием горя-

Геометрические размеры и параметры резервуара

Диаметр резервуара,

28,5 м

Высота стенки резервуара,

18,0 м

Плотность хранимого продукта (нефть)

0,8

Начальное заполнение резервуара

16 м

Толщина и марки стали по поясам стенки резервуара:

(листы 2,0 м

8,0 м)

I пояс снизу – 14 мм

Сталь 09Г2С-12

II пояс снизу – 12 мм

Сталь 09Г2С-12

III пояс снизу – 12 мм

Сталь 09Г2С-12

IV-IX пояса снизу – 10 мм

Ст3сп5

Сталь 09Г2С-12

Ry = 315 МПа; Ru = 460 МПа

Ст3СП5

Ry = 240 МПа; Ru = 360 МПа