6. Моделирующие программы

Для создания сложных физических моделей разработаны специальные программные комплексы: ANSYS, STAR-CD, CAN, ProMechanic и другие. Все они состоят из трех частей: блока задания геометрии и физических свойств объекта, блока счета и блока вывода результатов. В качестве примера рассмотрим программный комплекс ANSYS CFX5, предназначенный для решения широкого спектра задач гидрогазодинамики и теплообмена. Комплекс ANSYS CFX5 обладает следующими возможностями:

• рассматривать трехмерные нестационарные уравнения;

• проводить конечно-объемную дискретизацию уравнений;

• применять разностные схемы 1-2 порядка;

• использовать многосеточные методы решения уравнений;

• применять смешанные типы расчетных сеток;

• имеет широкий набор граничных условий;

• выполнять параллельные вычисления.

Комплекс ANSYS CFX5 позволяет строить модели:

• сжимаемых и несжимаемых течений;

• стационарных и нестационарных течений;

• ламинарных и турбулентных течений;

• ньютоновых и реологических жидкостей;

• теплопереноса (все виды);

• горения;

• многокомпонентных течений;

• многофазных течений;

• распределенного сопротивления;

• объемных источников энергии, импульса, массы.

На рис. 6.1 – 6.3 приведены результаты решения некоторых задач гидрогазодинамики и теплообмена.

Результаты решения задачи газодинамики реакторного блока приведены на рис. 6.1. Это газодинами­ческая задача течения сжимаемой смеси углеводородов с учетом теплообмена в пористой среде катализатора и за­сыпки фарфоровыми шариками. В результате расчета выявлена неравно­мерность подачи смеси газов из-за конструкции входного патрубка и неравномерность поля скоростей смеси газов при ее движении внутри слоев катализатора, выданы рекомен­дации по изменению конструкции реакторного блока.

Результаты решения задачи прочности резервуара приведены на рис. 6.2. Численное моделирование гидроупругого отклика ре­зервуара, частично заполненного жидкостью, на сейсмическое воздействие. Высокочас­тотная составляющая колебаний отвечает частоте порядка 4,5 Гц, что соответствует резонансной частоте при гармони­ческом анализе данной модели. Максимальная высота волны жидкости у стенки при этом достигает значения 0,49 м, перемещения в оболочке весьма существенны и составляют около 10 % от перемещений свободной повер­хности жидкости.

Рис. 6.1. Расчетная сетка реактора и поле скоростей

Смеси газов в реакторе

Рис. 6.2. Расчетная сетка резервуара, деформация оболочки и

Перемещение свободной повер­хности жидкости

Результаты решения задачи дросселирования газа приведены на рис. 5.3. На вход дросселя подается жидкий метан с температурой 155 К и давлением 13,8 МПа. На выходе дросселя метан на­ходится на линии насыщения при давлении 0,4 МПа и температуре 131,5 К, и частично испаряется. Требовалось определить размер дроссельного отверстия, при котором поток вещества составит 500 кг/с, и количество газа, кото­рое будет образовываться при дросселировании. Расчет показал, что истечение метана через дроссель с образованием жидкой фазы существенно отличается от течения чистой жидкости и, потому, стандартные гидродинамические формулы для расчета дросселей в таких условиях неприменимы.

Рис. 6.3. Распределение массовой концентрации и поле