Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Моделирование физических процессов течения воздуха в трубопроводе

Постановка задачи:

Исследовать течение воздуха в трубопроводе.

Дано: v1=3 м/с, v2= 1.4 м/с, v3=2 м/с Р1=Р2 =Ратм.

На рисунке 19 показана общая схема трубопровода

Рисунок 1. Общая схема трубопровода.

1.1 Последовательность действий: Расчет элемента трубопровода при помощи Flow Simulation в пакете SolidWorks

Построение модели

Создаем новый документ -> Выбираем плоскость «Справа». Нажимаем кнопку «Эскиз» и при помощи линий рисуем необходимую нам геометрию модели (рисунок 21).

После завершения эскиза применяем его (зеленая галочка). Затем выбираем на панели пункт «Вытянутая бобышка/основание». Задаем ширину 20.00мм, так же указываем что наш элемент тонкостенный. Ставим галочку «Торцевая пробка» и в обоих полях указываем размеры 1.00мм (рисунок 22).

Теперь нам необходимо скруглить края, чтобы наша модель приняла форму труб. Выбираем пункт «Скругление». Выставляем радиус 10.00мм и применяем его ко всем видимым кромкам, кроме торцевых входных/выходных отверстий ( рисунки 23 - 30).

Рисунк 2. Рисуем необходимую геометрию модели.

Рисунк 3. Выбор параметров оболочки.

Рисунок 4. Скругление краев оболочки.

Рисунок 5. Скругление внутренней стенки краев оболочки.

Рисунок 6. Скругление наружной стенки краев оболочки.

Рисунок 7. Скругление наружной стенки краев оболочки для другой стороны модели.

Рисунок 8. Сечение полученного трубопровода.

Рисунок 9. Фронтальный вид полученного трубопровода.

Рисунок 10. Готовая модель трубопровода.

Рисунок 11. Окончательная модель трубопровода.

Создание проекта Flow Simulation

Выбираем вкладку Flow Simulation, а на ней пункт «Wizard». Даем название проекта и сохраняем его (рисунки 31 ,32)

Рисунок 12. Даем проекту название.

Рисунок 13. Сохраняем проект.

Задаются: Единицы измерения и параметры обтекания (рисунок 33), параметры газа - воздух и наличие теплообмена (рисунок 34), точность разбиения и начальные условия (рисунок 35).

Рисунок 14. Единицы измерения и параметры обтекания

Рисунок 15. Выбор параметров газа - воздух и наличие теплообмена

Рисунок 16. Задаем точность разбиения и начальные условия

Уберем параллелепипед вокруг модели: Computational Domain -> Задаем граничные условия. Boundary Condition -> Insert… (Рисунок 36 )Сначала укажем выходные отверстия (Enviroment Pressure). Выбираем нужные грани. (Рисунок 37) Важно выбирать именно грани, находящиеся внутри модели, а не снаружи. Поэтому жмем правой кнопкой -> Выбрать другой

Рисунок 17. Выбор выходных отверстий.

Рисунок 18. Выбор входных отверстий

Затем добавим в граничные условия входную скорость. Outlet Velocity. Для задней грани значение 5 м/с. Для нижней грани скорость зададим по трем координатам (рисунок 38), Vx = 1 m/s, Vy = 0 m/s, Vz = -1 m/s (рисунок 39).

Рисунок 19. Добавим в граничные условия входную скорость

Рисунок 20. Для нижней грани скорость задается по трем координатам.

После чего запускаем проект в расчет. (Run) (рисунок 40)

Рисунок 21. Запуск расчета.

Решение завершено.

Отображение результатов решения

Для начала сделаем нашу модель прозрачной Верхнее меню -> Flow Simulation -> Display -> Transperancy… Зададим значение 0,5 (рисунок 41).

Рисунок 22. Задание прозрачности трубопровода

Отобразим траектории потока. Flow Trajectories -> Insert… (рисунок 42). трубопровод воздуховод тяговой электродвигатель

Рисунок 23.Отображение траектории потока.

В результате чего получим наглядные траектории движения газа по трубопроводу (рисунок 43) для граничных условий, представленных на рисунке 20.

Рисунок 24. Результат расчета движения воздуха внутри трубопровода

2. Пример исследования влияния размеров и формы воздуховодов на равномерность воздушного потока и сопротивление в воздуховодах системы охлаждения тяговых электродвигателей электромеханической трансмиссии

Исследование влияния размеров и формы воздуховодов на равномерность воздушного потока и сопротивление в воздуховодах системы охлаждения тяговых электродвигателей проводилось для разветвления трубопровода диаметром 300мм, длиной каждого из колен 1000мм при разнице давлений на входе и выходе из трубопровода равное 0,03 мРа и 0,06 мРа, давление на выходе из трубопроводов задавалось равным атмосферному.

Рассматривалось три варианта исполнения разветвления трубопровода:

а) Т - образное разветвление трубопровода (см. рисунок 44); б) Y- образное разветвление трубопровода (см. рисунок 45); в) Т- образное разветвление трубопровода с тангенциальной подачей воздуха (см. рисунок 46).

Рисунок 25. Т - образный трубопровод. Показано движение элементарных струек воздуха при разнице давлений на входе и выходе из трубопровода = 0,03 мРа.

Рисунок 26. Y - образный трубопровод. Показано движение элементарных струек воздуха при разнице давлений на входе и выходе из трубопровода = 0, 03 мРа.

Рисунок 27. Т - образный трубопровод с тангенциальной подачей воздуха. Показано движение элементарных струек воздуха при разнице давлений на входе и выходе из трубопровода = 0, 03 мРа.

Полученные результаты полей скоростей воздуха на выходе из трубопроводов по перечисленным вариантам при разнице давлений на входе и выходе = 0,03 мРа представлены на рисунках 47, 48 и 49.

Рисунок 28. Поле скоростей на выходе из трубопроводов для Т - образного трубопровода при разнице давлений на входе и выходе = 0,03 мРа

Рисунок 29. Поле скоростей на выходе из трубопроводов для Т - образного трубопровода с тангенциальной подачей воздуха при разнице давлений на входе и выходе = 0,03 мРа

Рисунок 30. Поле скоростей на выходе из трубопроводов для Y - образного трубопровода при разнице давлений на входе и выходе = 0,03 мРа.

Полученные результаты полей скоростей воздуха на выходе из трубопроводов по перечисленным вариантам при разнице давлений на входе и выходе = 0,06 мРа представлены на рисунках 50, 51 и 52.

Рисунок 31. Поле скоростей на выходе из трубопроводов для Т - образного трубопровода при разнице давлений на входе и выходе = 0,06 мРа

Рисунок 32. Поле скоростей на выходе из трубопроводов для Т - образного трубопровода с тангенциальной подачей воздуха при разнице давлений на входе и выходе = 0,06 мРа

В первом варианте рассматривалась Т-образная конструкция разветвления воздуховодов, для подачи воздушного потока в воздухозаборники тяговых двигателей. При этом в поперечном сечении боковых ответвлений видно, что воздушный поток в центральной их части, которая будет перекрыта ротором тягового электродвигателя, имеет достаточно высокую скорость, что создаст большое сопротивление при его входе в воздуховод тягового двигателя (рисунки 47 и 50).

Рисунок 33. Поле скоростей на выходе из трубопроводов для Y - образного трубопровода при разнице давлений на входе и выходе = 0,06 мРа.

Вариант с Y- образной конструкцией разветвления воздуховодов. Отличие скорости движения воздушного потока в сечении этой формы расходящихся воздуховодов, как видно из рисунков 49 и 52, заключается в том, что часть площади периферийного участка воздуховода выпадает из его общей площади, т.к. на этом участке скорость воздушного потока близка к нулю, что также создаст дополнительное сопротивление в воздуховоде и неблагоприятно повлияет на его вход в воздуховод тягового электродвигателя.

Вариант с Т- образной конструкцией с тангенциальным вводом воздуха в разветвляющийся воздухопровод. Из рисунков 48 и 51, где показано распределение скорости воздуха в поперечном сечении расходящихся воздуховодов мы видим, что скорость движения в их центральной части близка к нулю, а это значит, что данная конструкция разветвления воздушного потока наиболее оптимальна для его ввода в тяговые электродвигатели, каналы охлаждения которых расположены на периферии (см. рисунок 3). Этот вариант является предпочтительным в связи с определенной формой поля скоростей потока охлаждающего воздуха, огибающего ротор электрической машины с наименьшим сопротивлением.

Заключение

1. Рекомендуемая форма конструкции разветвления воздуховода для подачи потока воздуха к тяговым электродвигателям,- это Т-образная форма с тангенциальным вводом воздушного потока. Такой ввод воздушного потока производит его закрутку в расходящихся боковых каналах, и обеспечивает максимальную скорость воздушного потока в периферийной части поперечного сечения воздуховодов, что облегчает его ввод и проход через каналы охлаждения тяговых электродвигателей, расположенных на удалении от их оси вращения.

2.Изменение разницы давлений на входе и выходе из трубопровода с 0,03мРа до 0,06 мРа не привело к существенному изменению поля распределения скоростей на выходе из трубопроводов для всех вариантов. При этом происходит только пропорциональное увеличение скорости во всех точках.

Размещено на Allbest.ru