Методическое пособие 805

УДК 621.362

Прогнозирование характеристик эжектора с помощью методов гидродинамического моделирования

С.Г. Валюхов1, Е.М. Оболонская2

1Д-р техн. наук, профессор, info@turbonasos.ru

2Аспирант кафедры НГОТ, obolonskaya@turbonasos.ru

Целью настоящей работы было исследование возможностей программного комплекса ANSYS CFX для расчета трехмерного течения в проточной части эжектора. Данная конечно-элементная модель предназначена для прогнозирования характеристик эжектора с помощью методов гидродинамического моделирования.

Ключевые слова: эжектор, параметрическая модель, Ansys CFX.

Для проведения численного эксперимента по определению характеристик эжектора в ANSYS DESIGN MODELER была разработана параметрическая модель его проточной части (рис.1).

Рис. 1. Параметрическая модель проточной части эжектора.

Для 3-D-моделирования эжектора необходимы исходные данные, отражающие полную геометрическую форму проточной части, полученные в результате проектировочного расчета [1].

В качестве параметров определены следующие геометрические размеры:

–диаметр входного патрубка активной среды;

–диаметр входного патрубка пассивной среды;

–диаметр выходного патрубка смешанной среды;

–диаметр выходного сечения активного сопла;

–диаметр камеры смешения;

–расстояние от выходного сечения активного сопла до входного

260

сечения камеры смешения;

–относительная длина камеры смешения (отношение длины КС к диаметру КС);

–угол раскрытия диффузора.

При создании расчетной модели были заданы следующие граничные условия: на входе активного и пассивного потоков – полное давление, на выходе смеси потоков – суммарный массовый расход. В качестве рабочей и пассивной сред задана вода.

Под характеристикой эжектора понимается уравнение, описывающее для заданных геометрических размеров зависимость коэффициента эжекции от внешних параметров взаимодействующих потоков [2].

входе в эжектор и смеси на выходе эжектора;

п– коэффициент эжекции,

п, – массовый расход пассивной и активной сред.

Для построения характеристик эжектора была проведена серия расчетов для различных значений расхода пассивной среды при фиксированных значениях давления активного и пассивного потоков на входе. Полученная характеристика эжектора приведена на рис. 2.

U

Рис. 2. Расчетная характеристика эжектора

На рис. 3-5 приведено полученное распределение скоростей и давлений для номинального режима.

261

Рис. 3. Распределение векторов скорости в проточной части эжектора на номинальном режиме

Рис. 4. Эпюра полного давления в проточной части эжектора на номинальном режиме

262

Рис. 5. Эпюра статического давления в проточной части эжектора на номинальном режиме

Выводы:

1.Создана параметрическая 3D модель проточной части эжектора.

2.Проведено численное исследование трехмерного течения жидкости

впроточной части эжектора в программном комплексе Ansys CFX.

3.Получена характеристика эжектора с помощью методов гидродинамического моделирования.

Литература

1.Лямаев Б.Ф., Гидроструйные насосы и установки, Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1988. – 256 с.

2.Соколов Е.Я., Зингер Н.М., Струйные аппараты. – 3-е изд., перераб.

-М.: Энергоатомиздат, 1989.-352 с.: ил.

263

УДК 681.3

Программируемая клавиатура

Ю.Ю. Мещеряков1, В.А. Кондусов2 1Студент гр. РТ-161, mieshchieriakov1998@mail.ru

2Канд. физ.-мат. наук, доцент, kva.vrn@mail.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Разработано USB-устройство, представляющееся компьютеру как клавиатура, которое можно запрограммировать на нажатие определенных клавиш при помощи программы на ПК.

Ключевые слова: USB-устройство, клавиатура, программирование кла-

виш.

Данное устройство при подключении к порту USB представляется компьютеру как клавиатура и затем начинает вводить последовательность клавиш, хранящуюся в EEPROM. Принципиальная схема устройства показана на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема устройства

Так как устройство может набирать клавиши, его можно использовать для защиты информации и для атаки на информацию. Для записи набираемых устройством клавиш используется приложение на ПК FlashKeyboard, имеющее два режима работы - КЛАВИАТУРА и ПАРОЛЬ. Главная часть приложения FlashKeyboard в режиме ПАРОЛЬ представлена на рис. 2.

Рис. 2. Приложение FlashKeyboard в режиме ПАРОЛЬ

264

Режим ПАРОЛЬ используется для защиты информации, хранящейся на компьютере. Пароль генерируется случайно, и пользователь не будет его знать. Пароль будет знать только USB-устройство и компьютер. При использовании этого режима необходимо указать длину пароля и из каких символов он будет состоять. Пароль в данном случае действительно является случайным, а не псевдослучайным, так как для формирования пароля используются шумы компьютера. Для программирования устройства необходимо нажать кнопку “Записать пароль” и данные автоматически запишутся и в устройство, и на компьютер. При следующем включении компьютера, он попросит ввести пароль. Для его ввода необходимо вставить устройство в USB-порт, и оно наберет пароль и клавишу ENTER. Таким образом пользователь попадет на свой рабочий стол. Также в данном режиме можно вводить пароль какой пожелает пользователь и установить смену раскладки перед началом ввода последовательности клавиш.

Для атаки на информацию можно запрограммировать устройство на ввод последовательности клавиш, которые необходимы человеку. Для этого нужно использовать программу в режиме КЛАВИАТУРА (рис. 3).

Рис. 3. Программа FlashKeyboard в режиме КЛАВИАТУРА

В режиме КЛАВИАТУРА пользователь может записать в устройство буквы, цифры, знаки, комбинации клавиш, сформировать временные задержки. Запрограммированная последовательность клавиш и временных задержек выводится в центральное текстовое поле. По рис. 3 понятно, что пользователь запрограммировал заход в командную строку и изменение цвета шрифта консоли на зеленый. Данный пример является безобидным и никому навредить не может. Но таким образом можно провернуть много чего интересного.

265

Пример атаки на информацию: Записываем последовательность клавиш для захода в командную строку от имени администратора, далее определенными командами удаляем разделы жесткого диска и так далее. На чего хватит фантазии.

Основными элементами разработанного USB-устройства является микроконтроллер Atmega8, микросхема памяти EEPROM и пара тактовых кнопок. Внешний вид платы USB-устройства показан на рис. 4.

Рис. 4. Программируемая клавиатура

Было сказано, что разработанное устройство имеет два режима работы. Это ПАРОЛЬ и КЛАВИАТУРА. Выбор режима происходит зажатием определенной кнопки на устройстве. Зажатие правой кнопки и подключение в USB порт – включает режим КЛАВИАТУРА. Зажатие левой кнопки и подключение в USB порт – включает режим ПАРОЛЬ. Есть еще третий режим - это режим ПРОГРАММИРОВАНИЯ. Он включается при подключении устройства в USB порт, когда нет зажатых кнопок или все зажаты. При этом ввода последовательности клавиш, хранящихся в EEPROM не будет и можно спокойно программировать устройство в приложении FlashKeyboard.

Литература

1.Белов А.В. Микроконтроллеры AVR: от азов программирования до создания практических устройств. – СПб.: Наука и Техника, 2017.

2.Агуров П.В. Интерфейсы USB. Практика использования и программирования. – СПб.: БХВ – Петербург, 2004.

3.http://microsin.ru – сайт о разработке USB-устройств.

266

УДК 004.021

Программное обеспечение поиска пути с использованием нелинейного сеточного представления

А.К. Донских1, В.Ф. Барабанов2 1Магистрант гр. АСм-21, ak_donskikh@mail.ru

2Д-р техн. наук, профессор, bvf@list.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Приведены алгоритмы сканирования моделируемой местности для генерации нелинейного представления данных для алгоритмов поиска пути. Исследованы их преимущества и недостатки. Приведены результаты работы реализованных алгоритмов.

Ключевые слова: нелинейное представление данных, сканирование местности, алгоритмы поиска пути.

В настоящее время исследовано и разработано большое количество алгоритмов поиска пути. Однако, информации о том, как и какую информацию отдавать на вход этим алгоритмам относительно мало, и как правило она сводится к тому, что нужно уменьшить количество обрабатываемых ячеек. Но каким образом уменьшить это количество не поясняется. Как правило, подразумевается увеличение линейного размера этих ячеек, из чего следует потеря точности[1]. Также, еще одним решением этой проблемы является использование навигационных сеток, но информации об их реализации и использовании очень мало[2].

Из этого следует, что проблема минимизации общего количества ячеек является актуальной задачи в области информационных технологий и задач оптимизации пути, в частности.

Для уменьшения количества тайлов без потери точности можно предложить несколько алгоритмов, однако все они имеют схожую структуру.

Первый алгоритм (рис. 1) работает следующим образом:

10.Вводятся параметры xmin, ymin, xmax и ymax, где точка (xmin, ymin) является нижней левой точкой сканируемой области, а (xmax, ymax) верхней правой.

11.Приравнять x = xmin и y = ymin

12.Если x < xmax или y < ymax, то завершить выполнение

13.Если в области ((x,y),(x + xstep, y + ystep)), где xstep и ystep размер шага сканирования для осей x и y соответственно, отсутствуют препятствия, то доба-

вить данную область в результат сканирования и перейти к шагу 9

14.Если размер сканируемой области больше заданной минимальной, то разбить данную область на 4 равных, иначе присвоить результат сканирования данной области и перейти к шагу 8.

15.Для каждой из 4-х областей проверить, есть ли в ней препятствия.

16.Если препятствия есть, то перейти к шагу 5

267

17.Проверить результат оставшихся 3-х областей. Если для всех 3-х областей результат одинаков, то объединить эти области.

18.Приравнять x = x + xstep и y + ystep и перейти к шагу 3

Рис. 1. Пример работы первого алгоритма сканирования: а), б), в) и г) - шаги работы алгоритма

Второй алгоритм (рис. 2) сканирования отличается от предыдущего тем, что он изначально выполняет сканирование с минимально возможным размером области, а затем начинает объединять эти области.

Если сканируемая область содержит большое количество препятствий, то второй алгоритм будет работать быстрее, т.к. не будет выполняться пересканирование области, как в 1-м. Однако, если сканируемая область содержит большое количество свободного пространства, то быстрее будет работать первый алгоритм, т.к. в нем будет меньшее количество операций сканирования области на поиск препятствий.

Рис. 2. Пример работы второго алгоритма сканирования: а), б) и в) - шаги работы алгоритма.

268

Также можно предложить и третий вариант алгоритма, который будет являться совмещением первого и второго. Сначала будет выполняться первый алгоритм, а затем будет происходить объединение областей как во втором алгоритме.

Из совокупности всех приведенных данных следует, что для большинства алгоритмов поиска пути реально уменьшить количество обрабатываемых вершин без потери точности. А, учитывая то, что в большинстве случаев структуры данных для алгоритмов поиска пути генерируются в процессе создания моделируемого мира, то и вычислительные ресурсы необходимые для выполнения данных операций будут не критичны.

Приведенные алгоритмы были реализованы и проверены на практике, результат работы алгоритма приведен на рис. 3.

Рис. 3. Пример работы алгоритма сканирования.

Светлым цветом подсвечены свободные тайлы, темным - препятствия

Литература

5.Никлаус Вирт. Алгоритмы и структуры данных. – М.:ДМК Пресс,

2010. -272с

6.Донских А.К., Барабанов В.Ф., Гребенникова Н.И., Коваленко С.А. Программная реализация поиска пути для множества объектов с областями различной проходимости //Вестник воронежского государственного технического университета 2018. № 14. С. 33-41.

7.Eugene Krause. Taxicab Geometry. / K. Eugene: Dover, 1986. -96c

8.Gary Pollice. Algorithms in a Nutshell. 2008, -364с

269