Моделирование процесса поступления грунтовых вод в трубу с помощью программного комплекса ANSYS CFX
Моделирование фильтрации грунтовых вод в программе ANSYS CFX. Визуализация процесса поступления грунтовых вод при инфильтрационном стоке в системы водоотведения при малой водоприемной способности трубы. Оценка вертикальной составляющей фильтрации воды.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.12.2024 |
| Размер файла | 3,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Моделирование процесса поступления грунтовых вод в трубу с помощью программного комплекса ANSYS CFX
Кузьмин В.Д., студент
Санкт-Петербург, Россия
Аннотация
Статья посвящена описанию моделирования процесса фильтрации грунтовых вод в программе ANSYS CFX. С помощью метода конечных элементов в программе построена модель процесса фильтрации через щель в трубе. Рассмотрены различные случаи положения щели. Полученная модель позволяет визуализировать процесс поступления грунтовых вод при инфильтрационном стоке в системы водоотведения.
Ключевые слова: инфильтрационный расход, фильтрация жидкости, движение грунтовых вод.
Abstract
Modeling the admission process ground water into the pipe using ansys cfx software package
Kuzmin V.D., Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (Saint Petersburg, Russia)
The article is devoted to the description of the modeling of the groundwater filtration process in the ANSYS CFX program. Using the finite element method, a model of the filtration process through a gap in the pipe is constructed in the program. Various cases of the slot position are considered. The resulting model makes it possible to visualize the process of groundwater inflow during infiltration runoff into wastewater disposal systems.
Keywords: ANSYS CFX, infiltration flow rate, liquid filtration, groundwater movement.
Описание моделей фильтрации с помощью расчетных комплексов приводятся в отечественной литературе. Возможности ANSYS позволяют смоделировать процесс фильтрации для различных материалов, даже вновь создаваемых, как описано в статье [5]. Фильтрация жидкости из трубопровода в грунт как задача для моделирования подробно рассмотрена в статье [4] и других подобных, посвященных различным типам утечек из трубопроводов. В статьях [4,7] описывается моделирование фильтрации с помощью модуля ANSYS Fluent, использующего сетку конечных объемов в отличие ANSYS CFX, который выбран мною для моделирования.
В этой статье будет рассмотрено поступление грунтовых вод в трубу под действием гидростатического давления. Целью моделирования является визуализация процесса фильтрации воды в грунте в осях координат при малой водоприемной способности трубы. Модель позволит оценить вертикальную составляющую фильтрации, которую не учитывает основное уравнение поступления грунтовых вод в дренажную трубу [6]:
визуализация инфильтрационный сток грунтовый вода
Где: Кфильтр - коэффициент фильтрации, характеризующий грунт по водопропускной способности, м/сут;
Q - расход, поступающий в совершенную дренажную трубу, м3/сут;
R - радиус депрессии дренажа, м;
Н -напор на расстоянии R, м.
Программный комплекс ANSYS CFX позволяет выполнить анализ и моделирование физических процессов с помощью метода конечных элементов (МКЭ). Путем дискретизации расчетной области (моделируемого тела) на подобласти. Конечный объем рассматривается как совокупность отдельных элементов [2]. Для этого в программу встроен модуль ANSYS CFX - Mesh, позволяющий отследить генерацию расчетной сетки и ее шаг (размер). Далее, имея множество кусочно-непрерывных функций, каждая из которых определена на отдельном элементе, их значения определяются программой в конечном числе узлов расчетной сетки [2]. В качестве расчетных формул при работе с пористой средой (Porous Domain) программа использует следующую расчетную формулу для квадратичной области [3]:
Где: dp/dx - перепад давления;
Kq - коэффициент квадратичного сопротивления;
U - скорость.
Так как в данной задаче характер течения фильтруемой воды будет скорее ламинарным, то для вычисления применятся численное решение системы уравнений Навье - Стокса [8].
Для моделирования построена геометрия пласта грунта, который является двухфазной средой, Porous domain (вода-твердое тело). В нем построена труба диаметром 400 мм и отверстием в 25 мм. Глубина заложения принята 2, 4 м от УГВ. В качестве параметра, который характеризует тело по водопропускной способности - объемная пористость, которая для песков колеблется в районе 0,6. Давление на входе в трубу и на уровне грунтовых вод, который является верхом моделируемой области, принято атмосферным.
Рис. 1. Результаты моделирования с отверстием в верхней части: А - линии тока к щели в водоприемной трубе; Б - Векторное поле скоростей у входа в водоприемное отверстие
Рис 2. Результаты моделирования с отверстием в нижней части: А - линии тока к щели в водоприемной трубе; Б - Векторное поле скоростей у входа в водоприемное отверстие
Рис 3. Результаты моделирования с отверстием в боковой части трубы
Выводы
Для моделирования фильтрации, как показывают приведенные статьи лучше использовать ANSYS Fluent, потому как моделирование этих процессов в CFX требует сложной верификации.
При фильтрации воды в грунте, если рассматривать небольшие отверстия и малую водоприемную способность трубы следует учитывать вертикальную составляющую фильтрации, что видно из модели. Допущение Дюпуи о параллельноструйности [6] мало применимо к случаю инфильтрационного стока.
Для более точных вычислений необходимо учитывать третью составляющую грунта - воздух.
Список литературы
1. ANSYS Student | Free Student Software (ANSYS - Продукты. Бесплатное программное обеспечение для студентов). [Электронный ресурс].
2. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов - М.: Мир, 1979. -- 392 С.
3. ANSYS CFX tutorial. Canonsburg: Inc. Southpointe, 2010. Release 13.0.
4. В.В. Жолобов, В.Ю. Морецкий, Р.Ф. Талипов Оценка величины утечки через сквозной деффект трубопровода ООО «НИИ Транснефть», г. Москва, Россия. // V-я Всероссийская научно-практическая конференция «Трубопроводный транспорт углеводородов» 28 октября 2022 г., Омск, Россия
5. В.В. Куликовский, Н.В. Киселев, М.В. Киселев Разработка новой структуры пористого материала с повышенной фильтрующей способностью // N2 (386) Технология текстильной промышленности 2020
6. Абрамов С.К. Подземные дренажи в промышленном и городском строительстве. Издательство литературы по строительству, г. Москва, 1967;
7. Wojciech Sobieskil, Anna Trykozko Darcy's and forchheimer's laws in practice. part 2. the numerical model // Technical Sciences 17(4), 2014, 337-350
8. Расчет пространственной структуры потока в ступени осевого компрессора в программном комплексе Ansys CFX: учеб. пособие/ [О.В. Батурин и др.]. - Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011. - 101 с.: ил.
Размещено на Allbest.Ru
...Подобные документы
Конструирование гидроузла: выбор створа и описание компоновки сооружений. Проектирование плотины из грунтовых материалов, водосбора, водовыпуска. Оценка общей фильтрационной прочности тела и основания плотины. Расчёт пропуска строительных расходов.
курсовая работа [6,9 M], добавлен 01.02.2011Обработка физико–механических характеристик грунтов и оценка грунтовых условий. Проверка несущей способности основания на равные подошвы фундамента. Определение расчетной вертикальной погрузки на срез. Проектирование фундамента глубокого заложения.
курсовая работа [152,4 K], добавлен 09.06.2010Выбор местоположения дамбы обвалования, конструкция гребня, проверка устойчивости откосов. Расчет фильтрации через однородную грунтовую дамбу с ядром и наслонным дренажом. Расчет устойчивости низового откоса. Построение эпюры волнового противодавления.
курсовая работа [410,9 K], добавлен 16.12.2011Геолого-литологические колонки опорных скважин. Результаты гранулометрического и химического анализа грунтовых вод. Состав подземных вод и оценка агрессивности воды по отношению к бетону. Гидрогеологические расчёты притоков воды при водопонижении.
курсовая работа [1008,5 K], добавлен 25.02.2012Определение средней планировочной отметки. Расчет объемов грунтовых тел по вертикальной планировке. Установление окончательных проектных отметок. Проектирование ведущих и совмещаемых процессов при разработке котлованов. Расчет числа автосамосвалов.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 20.02.2015Водоподпорные сооружения. Классификация плотин: из грунтовых материалов, бетонные, а также железобетонные. Воздействия водного потока на гидротехнические сооружения. Расчет и целесообразность построения эпюры избыточного давления на бетонную плотину.
курсовая работа [456,8 K], добавлен 09.01.2014Инженерно-геологические условия площадки строительства многоярусной автостоянки открытого типа. Определение глубины заложение подошвы фундамента. Защита помещений от грунтовых вод и сырости. Расчет оснований по предельным состояниям несущей способности.
курсовая работа [988,9 K], добавлен 17.09.2011Утечки воды из водопроводных сетей являются причиной поднятия уровня грунтовых вод, что способствует интенсивному разрушению фундаментов, подвальной части, а впоследствии и самих зданий и сооружений. Проблема восстановления водопроводов в крупных городах.
реферат [19,7 K], добавлен 06.02.2005Определение показателей сжимаемости грунтов в лабораторных условиях на компрессионных приборах. Стабилизация осадки и закон ламинарной фильтрации для песчаных грунтов. Скорость фильтрации воды в порах. Сдвиговые испытания и линейная деформируемость.
презентация [267,4 K], добавлен 10.12.2013Задачи строительства лечебной зоны. Исходные данные и этапы планирование лечебного корпуса. Характеристика климатической зоны, сейсмичности района, строительной площадки и характера грунтовых условий. Выбор местности, количества и типов сооружений.
реферат [14,1 K], добавлен 14.04.2011Оценка конструктивной характеристики здания. Оценка грунтовых условий участка застройки. Глубина заложения подошвы фундаментов. Расчет фундаментов. Определение осадок оснований интегральным методом на основе закона Гука. Расчет свайных фундаментов.
курсовая работа [96,7 K], добавлен 18.05.2012Гидравлика в сооружениях водоснабжения, основы фильтрации, моделирования гидравлических явлений, систем водоотведения. Проведение лабораторного практикума и испытаний на портативных экспериментальных установках, проведение экзамена и тестирований.
учебное пособие [6,4 M], добавлен 16.06.2012Оценка инженерно-геологических и грунтовых условий строительной площадки. Определение прочностных и деформативных характеристик для грунта. Расчет фундаментов свайного и мелкого заложения глубины заложения, размеров подошвы. Проверка подстилающего слоя.
курсовая работа [348,1 K], добавлен 13.09.2015Оценка инженерно-геологических и грунтовых условий строительной площадки. Проектирование фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов, определение размеров подошвы и конструирование грунтовой подушки. Земляные работы и крепление стенок котлована.
курсовая работа [531,9 K], добавлен 03.11.2010Оценка грунтовых условий строительной площадки здания, построение инженерно-геологического разреза; учет конструктивных требований. Определение глубины заложения ростверка, длины и количества свай. Расчет осадки и размеров подошвы свайного фундамента.
курсовая работа [713,9 K], добавлен 23.04.2012Изучение рельефа местности по топографическому плану. Оценка крутизны склонов, форма рельефа. Анализ почвы, подземных источников, уровня грунтовых вод. Инсоляционный анализ территории. Подбор ассортимента древесно-кустарниковой и цветочной растительности.
контрольная работа [14,9 K], добавлен 10.11.2012Оценка грунтовых условий строительной площадки для монтажного цеха. Особенности разработки свайных фундаментов: выбор типа, глубины заложения ростверка. Определение расчетной нагрузки на сваю, количества свай, свайных фундаментов по предельным состояниям.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 10.04.2014Оценка грунтовых условий и обстановки. Назначение глубины заложения фундаментов. Проверка подлинности напряжений фундамента под колонну. Определение осадки и других возможных для данного сооружения деформаций, сравнивание с предельными. Расчет осадки.
курсовая работа [413,5 K], добавлен 10.01.2014Анализ природно-климатических, грунтовых и гидрологических условий района строительства дороги. Определение сроков и объемов производства работ. Технология и организация строительства дорожных одежд. Контроль качества, охрана труда и окружающей среды.
курсовая работа [38,0 K], добавлен 23.04.2009Понятие геосетки, ее структура, применение и классификация. Геосетки и геокомпозиты для асфальтобетона и грунтовых конструкций. Отличительные черты двуосных и одноосных сеток, их функции и внешний вид. Особенности использования и преимущества геотекстиля.
презентация [662,8 K], добавлен 30.11.2011
