Учебное пособие 1799

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный технический университет»

Кафедра нефтегазового оборудования и транспортировки

АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к проведению практических занятий и самостоятельной работы для студентов направления

21.04.01 «Нефтегазовое дело» (программа магистерской подготовки «Моделирование

и оптимизация рабочих процессов в энергетических системах газонефтепроводов») всех форм обучения

Воронеж 2021

УДК 621.311(07)

ББК 31.16я7

Составители: проф. С. Г. Валюхов, ассистент Е. М. Оболонская

Актуальные вопросы импортозамещения энергетического оборудования: методические указания к проведению практических занятий и самостоятельной работы для студентов направления 21.04.01 «Нефтегазовое дело» (программа магистерской подготовки «Моделирование и оптимизация рабочих процессов в энергетических системах газонефтепроводов») всех форм обучения / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; сост.: С. Г. Валюхов, Е. М. Оболонская. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2021. 37 с.

В методических указаниях содержатся описания этапов выполнения практических работ и иллюстративный материал.

Предназначены для студентов первого курса направления 21.04.01 «Нефтегазовое дело» (программа магистерской подготовки «Моделирование и оптимизация рабочих процессов в энергетических системах газонефтепроводов») всех форм обучения.

Методические указания подготовлены в электронном виде и содержатся в файле МУ_ПЗ_АВИЭО.pdf.

Ил. 39. Библиогр.: 3 назв.

УДК 621.311(07)

ББК 31.16я7

Рецензент – С. А. Повеквечных, канд. экон. наук, генеральный директор АО «Научно-исследовательский институт лопастных машин» (г. Воронеж)

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

2

ВВЕДЕНИЕ

Одним из видов энергетического оборудования являются лопастные гидромашины. В настоящий момент для создания конкурентноспособного оборудования активно используются методы гидродинамического моделирования трехмерного течения жидкости, что позволяет в краткие сроки проводить работы по проектированию и оптимизации их проточных частей.

При отсутствии модельных характеристик спрогнозировать параметры лопастной гидромашины возможно по результатам расчета течения жидкости в ее проточной части. Общий случай движения вязкой жидкой среды описывается уравнениями Навье –Стокса, однако их решение, ввиду их сложности, возможно лишь с существенными упрощениями.

В последнее десятилетие лучшие из разработанных методов моделирования и расчета течения жидкости и газа в областях произвольной геометрической конфигурации, в том числе в проточных частях гидромашин, были реализованы в виде пакетов прикладных программ. Наиболее известными из них являются: Ansys CFX, StarCCM+, NumecaFineTurbo,

FlowVision, AutodeskSimulationCFDи другие.

Подготовка моделирования и расчета течения жидкости в лопастных гидромашинах с использованием современных программных продуктов, предполагает следующую последовательность действий: выбор математической модели исследуемой проточной части, создание геометрической модели, построение расчетной сетки, задание граничных условий и параметров расчета.

Результаты расчетов и их интерпретация целиком и полностью зависят от правильности выполнения указанных этапов.

3

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ № 1 И № 2 ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ПРОГРАММНЫМИ МОДУЛЯМИ

ANSYS CPD И ANSYS BLADEGEN.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Цель работы:

1.Ознакомиться с интерфейсом программного продукта

Ansys CPD.

2.Спроектировать рабочее колесо центробежного насоса на заданные параметры.

3.Ознакомиться с интерфейсом программного продукта

Ansys BladeGen.

4.Построить 3D модель и задать расчетную область для спроектированного рабочего колеса.

5.Составить отчет по работе.

Перечень результатов, которые необходимо полу-

чить:

−Результаты проектировочного расчета;

−Внешний вид 3D модели.

При проведении инженерных анализов часто приходится использовать несколько программных продуктов. В том числе используются CAD-пакеты для создания геометрической модели, препроцессор со специальными программами, генерирующими конечно-элементную сетку и организовывающими задание граничных условий, решатель и постпроцессор для отображения результатов расчета. Если программные продукты самостоятельны, то приходится организовывать передачу данных между ними. Решение многих задач резко усложняется, особенно при решении задач параметрического анализа и оптимизации.

Интеграцию программ и приложений в единый расчет-

4

ный комплекс осуществляет специально разработанная компанией ANSYS платформа ANSYSWorkbench.

Платформа объединяет графический интерфейс приложений и обеспечивает их работу с базами данных в рамках одного проекта. Например, для работы с геометрией, генерации расчетной сетки, решения задач оптимизации ANSYS Workbench включает несколько специализированных модулей,

таких как ANSYS DesignModeler, ANSYS Meshing и ANSYS

DesignXplorer. Это позволяет создавать, связывать, проводить повторно расчеты в ANSYS CFX или ANSYS FLUENT, проводить параметрические исследования, легко выбирать тип анализа. Концепция расчета многодисциплинарных задач в единой рабочей платформе с поддержкой связи с CAD-системой уникальна и не имеет аналогов в иных программных продуктах.

Этапы проектирование и численного исследования рабочего колеса (РК) центробежного насоса (ЦН):

1.Определение геометрических параметров рабочего колеса центробежного насоса с помощью Ansys Vista CРD.

2.Построение геометрии лопаток рабочего колеса

впрограммном модуле BladeGen.

3.Создание структурированной сеточной модели с помощью сеточного генератора ANSYS TurboGrid.

4.Создание расчетной модели проточной части ЦН (ANSYS СFX-Pre) (задание доменов ротор, статор; наложение расчетных условий; задание граничных условий; определение интерфейсов).

5.Расчет трехмерного течения в проточной части ЦН (ANSYS СFX Solver) и анализ полученных результатов

(ANSYS СFX-Post).

Исходными данными при проектировании РК ЦН являются:

−проектные данные и параметры среды на входе (объем-

5

ный расход, частота вращения привода, напор, плотность среды);

−геометрические ограничения (количество лопаток, относительная толщина лопатки и др.).

В результате работы программы определяются следующие данные:

−геометрические параметры РК, необходимые для построения (диаметр на выходе, диаметр покрывного диска на входе, ширина РК на выходе и др.),

−параметры среды на выходе РК (окружная скорость, относительная скорость, меридиональная составляющая абсолютной скорости, мощность).

Методические указания по выполнению задания

1.Начало работы в Ansys

Платформа Workbench интегрирует программные пакеты ANSYS в единую рабочую среду, обеспечивает взаимосвязь и передачу информации между отдельными блоками с разными видами анализа. Запуск платформы производится последовательным выполнением команд:

Пуск>Все программы> Ansys>Workbench.

После загрузки появляется рабочее окно программы, показанное на рис. 1.

6

Рис. 1. Рабочее окно программы Workbench

2.Запуск Ansys CРD

Слева в перечне имеющихся в Ansys программных модулей необходимо выбрать модуль Vista CРD и перетащить его мышкой на рабочее поле.

Рис. 2. Рабочее окно программы Workbench с модулем Vista

CРD

7

После двойного нажатия левой клавишей мышки на поле

Blade Design запустится модуль Vista CPD.

Зададим следующие исходные данные на вкладке Operating conditions:

Rotational speed – скорость вращения ротора, об/мин; Volume flow rate – объемный расход, м3/ч;

Density – плотность перекачиваемой среды, кг/м3;

Head rise – напор, м.

На вкладке Geometry зададим: Number of vanes – количество лопаток 7.

Остальные параметры оставляем по умолчанию.

Рис. 3. Вкладка исходных данных модуля Vista CРD

Для вычисления геометрических параметров необходимо нажать на кнопку Calculate.

8

Рис. 4. Меридиональное сечение данных модуля Vista CРD

Справа появилось меридиональное сечение рабочего ко-

леса.

На вкладке Results можно увидеть результаты проектировочного расчета диаметры, скорости, углы, ширины и т.д. Закрываем модуль, нажав крестик в правом верхнем углу.

9