КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ОБТЕКАНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ВОЗДУШНЫМИ ПОТОКАМИ И РАСЧЕТ ЕГО АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

The original semiempirical model of turbulent flow of air in an interface of an aircraft surface is described in this work. Based on this model the computer system allowing to simulate aerodynamic processes around an aircraft and to calculate it’s aerodynamic characteristics was developed. These characteristics are used by aircraft designers for an assessment of quality and properties of an aircraft.В работе описывается оригинальная полуэмпирическая модель турбулентного течения воздуха в пограничном слое на поверхности летательного аппарата. На основе этой модели разработана компьютерная система, позволяющая моделировать аэродинамические процессы вокруг летательного аппарата и по результатам моделирования рассчитывать его аэродинамические характеристики. Эти характеристики используют авиаконструкторы для оценки качества и свойств летательного аппарата.

Разработка энергоэффективных режимов установок для тепловой обработки бетонных изделий с использованием численных методов расчета

Production of concrete and reinforced concrete products in the conditions of the Republic of Belarus and in the countries with similar climatic conditions requires heat treatment in heat-technological installations in order to achieve the desired strength of the products at the appointed time, which consumes a great amount of thermal energy. In this case, the purpose of equipment operating modes is associated with a number of difficulties when it comes to new products of com-plex spatial configuration and structure. The optimality criteria of such modes are, as a rule, the duration and temperature limits of processing, providing the required strength with minimal energy consumption. In the conditions of serial production in the case of structurally simple objects, the assignment of heat treatment modes is carried out empirically. As the analysis shows, the modes obtained in this way do not meet the above criteria, especially from the standpoint of energy saving. The paper, using a mathematical model previously developed by the authors, proposes dependencies for calculating the optimal modes of heat treatment of concrete products that are distinguished by a complex spatial shape and multi-component structure. The method is based on three-dimensional transfer equations, taking into account internal sources of heat release due to the ongoing hydration reaction of the active components of the cement clinker, and the boundary conditions cor- responding to the structure of the processed product, as well as the type of heat technology device for accelerated hydration. Equations are proposed for calculating the amount of heat energy supplied to the processed product providing a given strength at a specified time. On the example of a manufactured industrial concrete product and for the conditions of an actually used device for accelerated hydration, a comparison has been made between two limiting modes of heat treatment: with isothermal exposure and in its absence. As a result of the performed calculations, the dependences of energy consumption, temperature fields and the degree of hydration in the product for both modes have been obtained and an energy-saving mode of heat treat-ment corresponding to the case under consideration has been developed. It is shown that the used numerical method allows to solve problems of this type and to achieve thermal energy savings.= Производство бетонных и железобетонных изделий в условиях Республики Беларусь и в странах с аналогичными климатическими условиями требует проведения тепловой обработки в теплотехнологических установках с целью достижения продукцией заданной прочности в назначенное время, на что расходуется большое количество тепловой энергии. Назначение режимов работы оборудования в этом случае сопряжено с целым рядом трудностей, когда речь идет о новых изделиях сложной пространственной конфигурации и структуры. Критериями оптимальности таких режимов выступают, как правило, продолжительность и температурные пределы обработки, обеспечивающие требуемую прочность при минимальном потреблении энергии. В условиях серийного производства в случае конструктивно простых объектов назначение режимов тепловой обработки осуществляется опытным путем. Как показывает анализ, полученные таким образом режимы не отвечают названным выше критериям, особенно с позиций энергосбережения. В статье с использованием ранее разработанной авторами математической модели предлагаются зависимости для расчета оптимальных режимов тепловой обработки бетонных изделий, отличающихся сложной пространственной формой и многокомпонентной структурой. Метод основан на трехмерных уравнениях переноса с учетом внутренних источников тепловыделений, обусловленных протекающей реакцией гидратации активных компонентов цементного клинкера, и граничных условий, соответствующих структуре обрабатываемого изделия, а также виду теплотехнологического устройства для ускоренной гидратации. Предложены уравнения для расчета количества подводимой к обрабатываемому изделию тепловой энергии, обеспечивающей заданную прочность в назначенное время. На примере выпускаемого промышленного бетонного изделия и для условий реально применяемого устройства ускоренной гидратации выполнено сравнение двух предельных режимов тепловой обработки: с изотермической выдержкой и без нее. В результате расчетов получены зависимости энергопотребления, температурных полей и степени гидратации в изделии для обоих режимов и разработан соответствующий рассматриваемому случаю энергосберегающий режим тепловой обработки. Показано, что используемый численный метод позволяет решать задачи подобного типа и добиваться экономии тепловой энергии

Верификация нестационарной математической модели твердения бетона в теплотехнологических установках

Верификация нестационарной математической модели твердения бетона в теплотехнологических установках / А. М. Нияковский [и др.] // Наука и техника. 2019. Т. 18, № 2. С. 137–145. https://doi.org/10.21122/2227- 1031-2019-18-2-137-145Для интенсификации процессов производства сборного бетона и железобетона в промышленных условиях используются теплотехнические установки, потребляющие значительные объемы тепловой энергии. Несмотря на прогресс, достигнутый в изучении вопросов твердения бетонов в устройствах ускоренной гидратации, все еще отсутствуют надежные и экономичные методы исследования и оптимизации работы такого рода установок. Применяемые в условиях реального производства методы в основном базируются на эмпирических зависимостях, полученных для узких технологических условий. Эти методы не всегда можно распространить на другие режимы и технологии. В настоящей работе развиваются методы расчета, основанные на фундаментальных законах, позволяющих получить функции эволюции процесса гидратации бетонного изделия. Методы математического моделирования дают возможность развить новые пути совершенствования режимов тепловой обработки бетонных изделий и технологий ускоренной гидратации. В статье предложена математическая модель для расчета процесса твердения бетонного изделия, включающая нестационарное трехмерное уравнение теплопроводности, функцию внутренних тепловыделений, обусловленных протеканием экзотермических реакций гидратации цемента, а также систему начальных и граничных условий. Выполнено численное моделирование температуры и коэффициента гидратации бетонного изделия в форме куба, имеющего размеры 0,1×0,1×0,1 м. Проведена верификация нестационарной математической модели для расчета температурных полей и степени гидратации с использованием экспериментальных данных о прочности бетонного изделия, достигнутой в промышленных условиях. На основе исследования функции степени гидратации от времени показано, что экспериментально полученные значения прочности на сжатие коррелируют с функциями коэффициента гидратации и скорости гидратации от времени тепловой обработки, вычисленными на основе предложенной нестационарной математической модели твердения бетонного изделия. Удовлетворительное согласование экспериментальных и расчетных данных подтверждает адекватность нестационарной математической модели расчета температурных полей и степени гидратации при ускоренной тепловой обработке бетонных изделий.=Thermo-technical installations consuming significant amounts of thermal energy are used in order to intensify precast and reinforced concrete production processes under industrial conditions. Despite significant progress in the study of concrete hardening in accelerated hydration devices, a prominent lack of reliable and cost-effective research and optimization methods of their operation is observed. The methods used in real production processes are mainly based on empirical dependences obtained for specific technological conditions. These methods can not always be applied for other modes and technologies. The present paper develops calculation methods based on fundamental laws that make it possible to obtain functions for evolution of concrete product hydration process. Methods of mathematical modeling permit to develop new ways directed on improvement of modes for heat treatment of concrete products and accelerated hydration technologies. The paper describes a mathematical model for calculating a hardening process of a concrete product that includes a transient three-dimensional heat conductivity equation, a function of internal heat release due to behavior of exothermic reactions of cement hydration and also a system of initial and boundary conditions. A numerical simulation for temperature and hydration coefficient of a concrete product having shape of a 0.1×0.1×0.1 m cube has been performed in the paper. Verification of the non-stationary mathematical model for calculating temperature fields and hydration degree while using experimental data on concrete product strength obtained under industrial conditions. Investigations on hydration degree function of time have shown that experimentally obtained values of compressive strength correlate with hydration coefficient and hydration rate functions of heat treatment time which are calculated on the basis of the proposed non-stationary mathematical model of concrete product hardening. Satisfactory agreement of experimental and calculated data confirms adequacy of the proposed non-stationary mathematical model for calculating temperature fields and hydration degree with accelerated heat treatment of concrete products

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЗАДАЧАХ ТЕРМОУПРУГОСТИ СЛОЖНЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ

New approach for the simulation of stresses in 3-d parts of complicated configuration which are subjected to thermal treatment has been proposed in the paper. The paper gives computer calculations of distribution of normal stresses in time and space for «Hob» steel part.Предложен новый подход моделирования напряжений в Ъ-d деталях сложной конфигурации, подвергнутых термической обработке. Представлены компьютерные расчеты распределения нормальных напряжений во времени и в пространстве для стальной детали «Пуансон»

Повышение энергетической эффективности теплотехнологического оборудования на основе численного моделирования нестационарных процессов

In industrial heat-technological installations for accelerated hydration of concrete, which are the main element of the thermal power system of enterprises of concrete products, the modes of heat treatment and the organization of heat supply to the product processed in them are due to the required temperature distribution in the volume of the concrete body, providing a given product quality. In order to optimize the processes occurring in such thermal device, a nonstationary mathematical model of the hardening process of the concrete product subjected to heat treatment has been developed, which allows calculating the spatial distribution of its volume temperature and degree of hydration of the active part of the cement clinker. The proposed model is based on the use of a non-stationary three-dimensional heat equation that takes into account the internal heat release due to the exothermic reaction in a concrete body and determines the degree of its hydration and hardening. For a given mode of heat treatment with the use of the finite volume method, numerical simulation of the hardening process of a symmetric concrete object of cubic shape is performed. In the selected points of the object under study, depending on the time of heat treatment, the rates of temperature change and the degree of hydration were calculated and their analysis was carried out. When analyzing the graphs of the temperature change rate, the characteristic inflections consistent with the given thermal mode of the heater were revealed. By a given mode of heat treatment of the form of “temperature rise – isothermal exposure – temperature decrease” in the selected points of the object there is an increase in temperature compared with the specified maximum temperatures of isothermal exposure, which is associated with the exothermic effect of the hydration reaction. A temperature shift relative to the specified thermal mode of the heater due to the non-equilibrium of the concrete hardening process is observed. The proposed mathematical model allows determining the time of reaching a preset temperature for any point of the internal space of the product subjected to heat treatment that can be used in the when designing of new and modernizing of existing thermal technological installations of accelerated hydration of concrete, as well as systems for automated control of the concrete hardening process in these devices. The results obtained during the study are in satisfactory agreement with the experimental data of other authors.. В промышленных теплотехнологических установках ускоренной гидратации бетона, являющихся основным элементом теплоэнергетической системы предприятий железобетонных изделий, режимы тепловой обработки и организация подвода теплоты к обрабатываемому в них изделию обусловлены требуемым распределением температур в объеме бетонного тела, обеспечивающим заданное качество продукции. Для оптимизации процессов, протекающих в таких теплотехнических устройствах, разработана математическая модель процесса твердения подвергаемого тепловой обработке бетонного изделия, позволяющая рассчитать пространственное распределение по его объему температуры и степени гидратации активной части цементного клинкера. Предлагаемая модель основывается на использовании нестационарного трехмерного уравнения теплопроводности, учитывающего внутренние тепловыделения, обусловленные протеканием экзотермической реакции в бетонном теле и предопределяющие степень его гидратации и твердения. Для заданного режима тепловой обработки методом конечных объемов выполнено численное моделирование процесса твердения симметричного бетонного объекта кубической формы. В выделенных точках исследуемого объекта в зависимости от времени термообработки рассчитаны скорости изменения температуры и степени гидратации, проведен их анализ. При анализе графиков скорости изменения температуры выявлены характерные перегибы, согласующиеся с заданным тепловым режимом работы нагревателя. При заданном режиме тепловой обработки вида «подъем температуры – изотермическая выдержка – понижение температуры» в выделенных точках объекта наблюдается увеличение температуры по сравнению с температурой изотермической выдержки. Отмечается сдвиг температуры по сравнению с заданным тепловым режимом работы нагревателя, обусловленный неравновесностью процесса твердения бетона. Предлагаемая математическая модель позволяет определять момент достижения заданной температуры для любой точки внутреннего пространства подвергающегося тепловой обработке изделия, что можно использовать при проектировании новых и модернизации существующих теплотехнологических установок ускоренной гидратации бетона, а также систем автоматизированного управления процессом твердения бетона в указанных устройствах. Полученные в ходе исследования результаты удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными других авторов

Numerical Analysis of the Characteristics of the Heat Treatment Process of Multilayer Composite Products in Heat Technology Installations

Приведены результаты численных исследований, выполненных на основе разработанной авторами статьи математической модели, посвященных изучению влияния различных факторов на характеристики процесса тепловой обработки композитных изделий в промышленных теплотехнологических установках при наличии внутренних тепловыделений, распределенных по объему отдельных слоев изделия. Предложена формулировка граничных условий для этой модели с учетом многослойной структуры изделий и особенностей организации процесса их тепловой обработки в теплотехнологической установке. Подробное описание математической модели представлено в предыдущих работах. В данном исследовании в качестве характеристик процесса тепловой обработки изучены функции распределения температуры и коэффициента (степени) гидратации в пространственных областях, составляющих изделие. Рассмотрены модельные композитные изделия одинаковой формы и структуры, но разного объема, состоящие из двух слоев материала, в которых протекает экзотермическая реакция гидратации, разделенных слоем пенополистирола. Температурно-временной режим тепловой обработки принимался близким к используемому в промышленных условиях при производстве трехслойных наружных стеновых панелей. Граничные и начальные условия соответствовали режиму тепловой обработки на плоских стендах с водяным подогревом и укрытием изделий сверху. Установлено, что наличие теплоизоляционного слоя в середине изделия, разделяющего слои c внутренним источником тепловыделений, существенным образом изменяет распределение значений температуры и коэффициента гидратации в верхнем и нижнем слоях. Увеличение характерного объема изделия ведет к существенному возрастанию влияния внутренних объемных тепловыделений на процессы нагрева и гидратации, обусловленные протеканием реакции гидратации

COMPUTER MODEL OF AN AIRCRAFT TURBULENT FLOW OVER AND CALCULATION OF IT’S AERODYNAMIC CHARACTERISTICS

The original semiempirical model of turbulent flow of air in an interface of an aircraft surface is described in this work. Based on this model the computer system allowing to simulate aerodynamic processes around an aircraft and to calculate it’s aerodynamic characteristics was developed. These characteristics are used by aircraft designers for an assessment of quality and properties of an aircraft

Computer «ProNRS-І» System and Energy-Saving Problems in Ingot Metallurgy

Models for computer analysis of crystallization process in metallurgical ingots obtained as a result of continuous steel casting are proposed in the paper. Calculations of spatial distribution of temperatures, stresses and carbon in a steel ingot of 250x300 mm size have been made in respect of a real continuous steel casting machine