1403 / Chast_2_Kompyuternye_tekhnologii_v_inzhenernom_analize-1

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный технический университет»

А. М. Калашников, А. Н. Фот

МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ КОМПРЕССОРНОГО

ИТЕПЛООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

СПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Практикум

В двух частях

ЧАСТЬ 2. КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ИНЖЕНЕРНОМ АНАЛИЗЕ

Учебное текстовое электронное издание локального распространения

Омск Издательство ОмГТУ

2017

————————————————————————————————

Сведения об издании: 1, 2 © ОмГТУ, 2017 ISBN 978-5-8149-2535-0 (ч. 2)

ISBN 978-5-8149-2533-6

1

УДК 004(075) ББК 32.81я73 К17

Рецензенты:

А. Е. Раханский, к.т.н., старший научный сотрудник

ООО НТК «Криогенная техника»;

Ю. А. Потапов, к.т.н., главный специалист департамента по развитию и новым технологиям АО «ГК «Титан»

Калашников, А. М.

К17 Моделирование и анализ компрессорного и теплообменного оборудования с применением компьютерных технологий : практикум : в 2 ч. / А. М. Калашников, А. Н. Фот ; Минобрнауки России, ОмГТУ. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2017.

ISBN 978-5-8149-2533-6

Ч. 2 : Компьютерные технологии в инженерном анализе : ил. ISBN 978-5-8149-2535-0

Практикум состоит из двух частей. Во второй части приведены лабораторные работы по изучению прочностных свойств элементов машин и методов анализа термогазодинамических процессов в компрессорном и теплообменном оборудовании с применением Ansys

и Solidworks.

Предназначен для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 15.03.02–15.04.02 «Технологические машины и оборудование» и 16.03.03–16.04.03 «Холодильная техника и технологии».

УДК 004(075) ББК 32.81я73

Рекомендовано редакционно-издательским советом Омского государственного технического университета

2

1 электронный оптический диск

Оригинал-макет издания выполнен в Microsoft Office Word 2007/2010 с использованием возможностей Adobe Acrobat Reader.

Минимальные системные требования:

•процессор Intel Pentium 1,3 ГГц и выше;

•оперативная память 256 Мб и более;

•свободное место на жестком диске 260 Мб и более;

•операционная система Microsoft Windows XP/Vista/7/10;

•разрешение экрана 1024×768 и выше;

•акустическая система не требуется;

•дополнительные программные средства Adobe Acrobat Reader 5.0 и выше.

Редактор К. В. Муковоз

Компьютерная верстка Ю. П. Шелехиной

Сводный темплан 2017 г. Подписано к использованию 30.10.17.

Объем 30,3 Мб.

—————————————————

Издательство ОмГТУ.

644050, г. Омск, пр. Мира, 11; т. 23-02-12 Эл. почта: info@omgtu.ru

3

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день при разработке технологического оборудования все чаще используется методика инновационного проектирования. Это связано в первую очередь с тем, что идет рост функциональности

CAD/CAE-инструментов, а также с их доступностью. Данные средства ре-

ализуют анализ изделия не через чертеж, а с помощью параметрической трехмерной модели, работу которой симулируют с помощью CAE-пакета.

По результатам проведенного анализа проводится оптимизация конструк-

ции путем корректировки исходной CAD-модели. На выходе формируется конструкторская документация, подготовленная для современных станков ЧПУ. Поэтому при отработке виртуальной модели первый же созданный

рабочий образец будет работоспособен и надежен.

Практикум должен помочь студентам приобрести навыки расчета ос-

новных элементов теплообменного и компрессорного оборудования

с применением CAEпакетов таких программ, как Solidworks и Ansys, при выполнении самостоятельной работы, в курсовом и дипломном проекти-

ровании.

Так как элементы теплообменного и компрессорного оборудования могут эксплуатироваться в резкоизменяющихся рабочих параметрах, то и их полноценный анализ подразумевает применение многодисциплинар-

ных и нестационарных расчетов, но в рамках обучающего процесса все задачи будут решаться только при стационарных режимах.

Вторая часть практикума содержит основы моделирования стацио-

нарных задач прочностного, теплового и газодинамического анализа с применением таких модулей, как Solidworks – Simulation, Solidworks – Flow Simulation, Ansys – Fluid Flow (CFX) и Ansys – Fluid Flow (Fluent).

4

1. ИНЖЕНЕРНЫЙ АНАЛИЗ В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ SOLIDWORKS

Solidworks Simulation – это система анализа конструкций, полностью интегрированная с Solidworks. Solidworks Simulation обеспечивает анализ напряжения, потери устойчивости, оптимизации, а также частотный и термический анализ на одном экране. Оснащенный быстрыми решаю-

щими программами, Solidworks Simulation дает возможность быстро ре-

шать сложные задачи с использованием персонального компьютера. Solidworks Simulation поставляется несколькими пакетами для удовлетво-

рения различных аналитических потребностей.

Solidworks Simulation укорачивает время сбыта, экономя время и уси-

лия при поиске оптимального решения.

Семейство дополнительных модулей по газогидродинамическим рас-

четам включает в себя:

Solidworks Flow Simulation – моделирование течения жидкостей и га-

зов, управление расчётной сеткой, использование типовых физических моделей жидкостей и газов, комплексный тепловой расчёт, газогидроди-

намические и тепловые модели технических устройств, нединамический и нестационарный анализ, расчёт вращающихся объектов, экспорт резуль-

татов в Solidworks Simulation.

Solidworks Flow Simulation Electronic Cooling Module Add-In – до-

полнительный модуль для теплового расчёта электронных устройств,

включающий расширенную базу данных по виртуальным вентиляторам;

материалам электротехнического назначения, термоэлектрическим охла-

дителям (элементы Пельтье), двухрезисторным компонентам. Данный мо-

дуль позволяет сымитировать прохождение постоянного тока и джоулева нагрева постоянным током, модели двухрезисторных компонентов, тепло-

вых трубок, многослойных печатных плат.

5

Solidworks Flow Simulation HVAC Module Add-In – дополнительный модуль Solidworks Flow Simulation для расчёта систем вентиляции, отоп-

ления и кондиционирования, включающий: расширенную базу данных по строительным материалам и вентиляторам; уточнённую модель теплооб-

мена излучением с учётом отражения, преломления и спектральных ха-

рактеристик; расчёт параметров комфорта: средней прогнозируемой оцен-

ки, допустимого числа неудовлетворённых, среднерадиационной темпера-

туры и др.

Семейство модулей Solidworks Flow Simulation предназначено для проведения газо- и гидродинамического анализа в среде Solidworks. В со-

став семейства входит базовый пакет Flow Simulation и дополнительные прикладные модули Electronics Cooling Module и HVAC (Heat Ventilating Air Conditioning) Module. Математической основой является метод конеч-

ных объёмов.

Модули не делают различия между твердотельными моделями, со-

зданными в Solidworks, и импортированными. Обеспечивается поддержка

64-разрядных операционных систем с использованием всей доступной оперативной памяти. Также реализована управляемая пользователем мно-

гопроцессорность и многоядерность при генерации расчетной сетки и ра-

боте решателя. В Solidworks возможно последовательное выполнение проектов и одновременный расчёт двух проектов.

6

Лабораторная работа № 1 ПРОЧНОСТНОЙ АНАЛИЗ СОСУДА ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ

В ПРОГРАММНОМ МОДУЛЕ SIMULATION

Цель работы

Приобретение студентами навыков использования программного ин-

струмента Solidworks Simulation при проведении прочностного анализа сосуда произвольной формы.

Описание работы

Используя модуль Simulation программы Solidworks необходимо произвести расчет запаса прочности, деформации, напряжений и переме-

щений для сосудов произвольной формы (рис. 1, 2, 3). Сосуд зафиксиро-

ван в пространстве, а к внутренней поверхности приложено давление Р согласно варианту (табл. 1).

Рис. 1. Схема сосуда № 1

7

Порядок выполнения лабораторной работы

1.Открываем проект схемы согласно варианту. Для этого переходим

вменю Файл→Открыть…, выбираем необходимый проект и нажимаем

Открыть. После чего в окне просмотра модели отобразится выбранный

сосуд (рис. 4).

9