Симулационно изследване на аеродинамичните параметри на осов вентилатор



Дата25.06.2017
Размер60.47 Kb.
ГОДИШНИК на Минно-геоложкия университет “Св. Иван Рилски”, Том 57, Св.IІІ, Механизация, електрификация и автоматизация на мините, 2014

ANNUAL of the University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski”, Vol. 57, Part ІІІ, Mechanization, electrification and automation in mines, 2014



СИМУЛАЦИОННО ИЗСЛЕДВАНЕ НА АЕРОДИНАМИЧНИТЕ ПАРАМЕТРИ НА ОСОВ ВЕНТИЛАТОР
Николай Переновски, Живко Илиев
Минно-геоложки университет "Св. Иван Рилски", 1700 София; perenovski@mgu.bg
Резюме. В доклада е направено сравнение на резултати, получени с помощта на симулационно изследване, и резултати, получени при реално изпитване на осов вентилатор.
Simulation study of aerodinamic parameters of an axial fan

Nikolay Perenovski, Zhivko Iliev

University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski”, 1700 Sofia; perenovski@mgu.bg
ABSTRACT. The results obtained using the simulation study and the results obtained from a real testing of an axial fan are compared in the report.


Въведение
Рудничните вентилатори служат за проветряване на минни изработки в различните видове рудници. В зависимост от предназначението тези вентилатори имат различни габарити и форма. Вентилаторите с малки и средни диаметри (от 0,4 до 1,2 m) са предназначени за проветряване на неголеми участъци от най-вече глухи изработки, а тези с големи диаметри (над 1,2 m) - за проветряване на целия рудник.

Съвременната практика при проектиране на рудничните вентилатори изисква бързото създаване на нови, превъз­хождащи по характеристики старите, модели вентилатори. Съкращаването на времето за разработка на машини с по-добри характеристики може да стане с помощта на използването на числени методи - в конкретния случай - CFD (Computational fluid dynamics) методи и основа­ващите се на тях симулационни програми. Затова е необходима система за автоматизирано проектиране и инженерен анализ, която дава на конструкторите и проектантите инструмент, позволяващ да се направи сравнителен анализ на различни варианти още на етапа на конструирането.

Един от тези продукти за инженерен анализ е модулът на автоматизираната система за проектиране Solidworks - Flow simulation. Макар и от сравнително нисък клас продуктът има доста възможности за провеждане на проверочни изчисления, симулиране на флуидни течения, проиграване на различни варианти и сравняването им, оптимизиране на конструкцията на машината.
Синтез на триизмерен компютърен модел на вентилатора
Целта на настоящата публикация е да се направи сравнение на аеродинамичните параметри (налягане и производителност при номинален режим) на осов вентилатор "ОВ-Спартак", получени посредством измерва-ния на реален модел, с параметрите, получени при симулиране на същите режими на компютърен модел на вентилатора. Синтезът на тридименсионния компютърен модел е направен с помощта на продукта Solidworks, при пълно съответствие на геометричните размери на модела и реалната машина. За да се опрости конструкцията и намали времето за изчисления, част от външните елементи на вентилатора са отстранени. Зоната на контакт на флуида с елементите на машината (вътрешната част) обаче, е точно копие на съществуващия реален модел. Компютърният модел е показан на фиг.1.

Осовият вентилатор е изпълнен по схема НА - РК - ИА. Машината е нерегулируема, т.е. не се променят ориента­цията на лопатките на направляващия апарат, работното колело и изправящия апарат, не се променят и оборотите на двигателя.

Сечението на лопатките на работното колело е симет­рично, монтирани са на ъгъл 40о и усукани около вертикал­ната си ос на ъгъл 18о. Лопатките на изправящия апарат са плоски, едностранно огънати, монтирани на ъгъл - 20о.

За да се осигури несмущаване на въздушния поток, в двата края на вентилатора са добавени смукателен и напорен тръбопроводи с диаметър 0,5 m и съответна дължина.





Фиг. 1. Компютърен модел на вентилатор "ОВ - Спартак"
За коректно провеждане на изследването е необходимо да се зададат начални условия - налягане на входа и изхода на тръбопровода, дефиниране на въртящата област, задаване на оборотите на въртене. Необходимо е също така да се дефинират по подходящ начин и исканите резултати - разлика в налягането на входа и изхода, стойности на скоростта в зоната на работното колело, разпределение на налягането в зоната на работното колело и изправящия апарат, дебит на вентилатора и др.

Прецизира се броят итерации и размерът на отделните елементи на мрежата, необходима за изчисленията. В конкретния случай софтуерният продукт Flow simulation използва пълните нелинейни уравнения на Навие-Стокс с отчитане на турболентността.

Направеното симулационно изпитване е за номиналните стойности на производителността и налягането на вентилатора при честота на въртене на работното колело n = 2950min-1.

На фиг. 2 е показано разпределението на скоростта в средното сечение на тръбопровода. На същата фигура е показано и прецизирането на мрежата. При елементите на системата с по-малки размери гъстотата на мрежата е по -голяма (размерите на елементите на мрежата са по- малки), за да може по-точно да бъдат определени търсените величини.




Фиг. 2. Скоростно разпределение на потока
На фиг. 3 е показана траекторията на въздушните час­тици при преминаването им през направляващия апарат, работното колело и изправящия апарат на вентилатора. Софтуерът дава възможност това движение да се анимира.


Фиг. 3. Траектория на въздушните частици (токови линии) с отчитане на скоростта на потока
Разпределението на налягането на потока в зоната на изпитване е показано на фиг. 4, а на фиг. 5 – разпреде­лението на скоростта в зоната на работното колело в сечение, перпендикулярно на оста z. Както може да се очаква, най-високото налягане е след изхода на вентила­тора, а най-голямата скорост - по периферията на работ­ното колело (зоните в червено).


Фиг. 4. Налягане на потока в средното сечение на тръбопровода


Фиг. 5. Разпределение на скоростта в зоната на работното колело

Получените от симулацията стойности за налягането и дебита за номинален режим на работа на вентилатора са дадени в таблица 1.


Таблица 1.

Опитно получените стойностите на дебита и на налягането за номинален режим на работа на вентилатора са съответно:

Q = 2,75 m3/s,

p = 1120,9 Pa (112,09 mmH2O).

Разликата в средните стойности на дебита е 0,15m3/s, а в средните стойности на налягането е 48,06Pa.

Изразена в проценти, тази разлика се получава съответно:

- за дебита - 5,45%;

- за налягането - 4,28%.

Вероятните причини за възникване на тези разлики са две. Първо - зададеният при симулацията вид на флуида е атмосферен въздух, чиято плътност е 1,2kg/m3 (това е стойност, която е зададена от симулационната програма и не може да се променя), а при реалното изпитване измерената плътност на въздуха е 1,16kg/m3. Втората възможна причина за поява на разлики е несъответствието в грапавостта на елементите, с които контактува флуидът. За улеснение при симулацията всички контактни повърх-ности са дефинирани като "real walls" с една и съща грапавост, което за реалния модел не е точно така - вероятно грапавостта на тръбопровода има една стойност, на направляващия апарат - друга, на работното колело - трета и т.н.

От гледна точка на инженерните изчисления обаче и двете стойности на разликите са приемливи - и двете са около 5%.

Заключение
Показаното сравнение на двата начина на изследване - симулационното и реалното - и получените резултати дават основание да се твърди, че симулационното изследване (на осовия вентилатор в конкретния случай) осигурява достатъчно достоверни данни (при коректно зададени начални условия и точно синтезиран компютърен модел), които могат да служат като база за разработване на реална машина. Този тип изследване може предвари-телно да ориентира конструкторите за очакваните аеро-динамични параметри на базата на вече синтезирания триизмерен модел, без да е необходимо изработването на реален такъв.

Литература
Lombard Matt. 2010. Solidworks 2010 Bible. www.wiley.com

Solidworks corp. 2010. Flow Simulation 2010 Tutorials.


Статията е препоръчана за публикуване от кат. „Механизация на мините“.







Каталог: sessions
sessions -> Изследване чистотата на слънчогледово масло за производство на експлозиви anfo
sessions -> Laser “Raman” spectroscopy of anglesite and cubanite from deposit “Chelopech” Dimitar Petrov
sessions -> Св иван рилски
sessions -> Modeling of
sessions -> Управление на риска от природни бедствия
sessions -> Oценка на риска от наводнениe в елховското структурно понижение в района на гр. Елхово красимира Кършева
sessions -> Гравиметрични системи използвани в република българия и оценка точността на системи igsn-71 и unigrace при точки от гравиметричните и мрежи
sessions -> Toxicological assessment of photocatalytically destroyed mixed azo dyes by chlorella vulgaris
sessions -> Field spectroscopy measurements of rocks in Earth observations


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2019
отнасят до администрацията

    Начална страница