Математическое моделирование. Численный эксперимент. Рубрика в журнале - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
Статья научная
Рассмотрено применение сухой технологии фракционирования карьерных кварцевых песков. Предложена технологическая схема совместного использования воздушной классификации и последующего грохочения обеспыленных фракций. Разработана математическая модель, позволяющая прогнозировать получаемые гранулометрические составы песков на основе сепарационных характеристик оборудования. По результатам лабораторных испытаний песков Челябинского, Невьянского, Басьяновского и Богдановичского карьеров получены математические аппроксимации для вычисления скоростей воздушного потока через воздушный сепаратор и расчета сепарационной кривой разделения.
Бесплатно
Статья научная
Пакерная система является важнейшей составляющей технологического оборудования, которое применяется при проведении работ в пласте-коллекторе с использованием перфорированных обсадных труб (обсаженный ствол скважины), а также в открытом стволе скважины. Рассмотрены типы механических пакеров, которые применяются на месторождениях Сирии, их технические и эксплуатационные характеристики, методы расчета основных эксплуатационных характеристик. В работе предлагаются новые подходы, которые позволяют правильно выбрать требуемый тип пакера для выполнения определенных работ внутри скважины. Решены задачи эффективного применения пакеров типа NBR (Nitrile ButadieneRubber) с резиновыми уплотнениями из нитрильного каучука на нефтяных и газовых месторождениях Сирии на основе методики с использованием уточненных данных для расчета основных эксплуатационных характеристик пакерных устройств, что позволит повысить производительность и гарантировать работоспособность оборудования, применяемого при добыче нефти.
Бесплатно
Моделирование динамики ледовых покровов и ГНСС-рефлектометрия в мониторинге состояния льда
Статья научная
Представлена теплофизическая модель для исследования динамики нарастания льда в пресноводном водоеме в сезонном цикле от ледостава до таяния. Модель основана на численном решении нестационарной задачи теплопроводности с учетом метеорологических данных по температуре воздуха и радиационным потокам, скрытой теплоты фазового перехода «вода- лед», теплофизических свойств воды и льда. Рассчитаны толщина и временные температурные зависимости ледовых покровов. Анализируются возможности использования результатов моделирования динамики ледовых покровов для разработки алгоритмов восстановления геометрических и прочностных характеристик льда по данным рефлектометрии c использованием сигналов навигационных спутников в диапазоне L1.
Бесплатно
Моделирование динамики систем твёрдых и упругих тел: обзор пакетов моделирования
Статья научная
В статье представлен обзор существующих программных пакетов (сред) моделирования твердотельной и упругой динамики системы тел для сложных многокомпонентных механизмов робототехнических систем применительно к операциям сервисного обслуживания и орбитальной сборки космических аппаратов. Пакеты сравниваются по нескольким критериям и делается вывод о возможности применения их в рамках стенда полунатурного (hardware-in-loop) моделирования в земных условиях. Особое внимание уделяется возможности использования результатов построения конечно элементных моделей (КЭМ), а также возможность использования редуцированных моделей. Ключевым требованием к системам является возможность их использования в имитационном моделировании в реальном масштабе времени.
Бесплатно
Моделирование метановоздушных пламен
Статья научная
Статья посвящена разработке и тестированию математической модели горения метановоздушных пламен. Сравнение результатов расчета с данными экспериментов показали, что использование моделей горения EDC и PDF с флэймлетами с применением детальных кинетических механизмов в сочетании с вихреразрешающими моделями турбулентности обеспечивает наилучшие результаты для всех пламен. Однако для такого моделирования требуются значительные вычислительные ресурсы. В ряде случаев для получения приемлемых результатов достаточно и более простых моделей горения в сочетании с RANS/URANS-моделями турбулентности. Для получения правильных результатов моделирования при выполнении прикладных расчетов необходим предварительный анализ возможности корректного использования RANS-моделей турбулентности и простых механизмов реагирования
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрено компьютерное моделирование процессов литья электродов контактной сварки из композиционного материала Cu-MMNCr (медный металломатричный с армированием наноразмерным хромом) с использованием специализированной профессиональной программы ProCAST. Установлено в процессе заливки расплава в металлическую форму образование тороидального вихря, не позволяющего наноразмерным частицам хрома всплывать на зеркало расплава. Изучен процесс формирования твёрдой фазы при кристаллизации сплава, приводящий к образованию «теплового узла» (Hot Spots) на завершающей стадии. Исследованы особенности формирования макро- и микроструктуры и элементный состав литого композиционного материала Cu-MMNCr. Представлены результаты физико-механических свойств литого композиционного материала Cu-MMNCr на примере изделия - электрода контактной сварки типа D.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрено компьютерное моделирование стадии горячей штамповки объёмного теплового и напряженно-деформированного состояния для изделия - электрод контактной сварки с использованием специализированной профессиональной программы Deform 3D. Компьютерным моделированием установлено, что наибольшее влияние на твёрдость по сечению изготовленного электрода оказывают: среднее нормальное напряжение, интенсивность деформаций и скоростей деформации, способствующее генерированию большого числа дислокаций. Исследованы особенности формирования макро- и микроструктуры композиционного материала Cu-MMNCr в условиях совмещенного процесса литья и штамповки с последующей термообработкой. Описан механизм выявления границ зерен. Выведены взаимосвязи между распределением твёрдости и параметрами теплового и напряженно-деформированного состояния в объёме изделия из композиционного материала Cu-MMNCr при совмещённом способе литья - штамповки с последующей термической обработкой. Представлены значения физико-механических свойств композиционного материала Cu-MMNCr, полученного совмещённым способом литья - штамповки с последующей термической обработкой.
Бесплатно
Статья научная
Изложена усовершенствованная математическая модель тепломассообменных и гидродинамических процессов в суперкавитирующих испарителях, основанная на предположении локального кинематического и термодинамического равновесия между фазами и отсутствия поверхности раздела между паром и водой. В отличие от известных, предлагаемая модель позволяет на этапе проектирования и в период эксплуатации элементов энергетических систем комплексно оценивать влияние управляющих воздействий на режимы обработки и обеспечивает повышение точности расчетов характеристик процесса.
Бесплатно
Моделирование теплопередачи в устройстве подвода теплоты термоэлектрического блока охлаждения
Статья научная
Рассмотрен процесс теплопередачи в устройстве подвода теплоты термоэлектрического блока охлаждения. Из численного решения двумерных задач теплопроводности получены значения термических сопротивлений теплораспределителя и воздушного теплообменника. Выполнен расчет зависимости холодопроизводительности от силы тока для двух характерных значений суммарного термического сопротивления устройства подвода теплоты. Проведен анализ режимов работы термоэлектрических модулей и выбор параметров электропитания для устранения теплового дисбаланса, вызванного различием термических сопротивлений частей воздушного теплообменника.
Бесплатно
Статья научная
Одним из основных направлений развития электроэнергетических систем является внедрение устройств и технологий на базе силовых полупроводниковых ключей (HVDC (High Voltage Direct Current) технологий), в частности вставок постоянного тока на базе преобразователя источника напряжения (VSC). VSC-HVDC используются для решения таких задач, как соединение несинхронных электрических сетей различных частот, передача электроэнергии, повышение локальной и системной управляемости электроэнергетической системы, повышение пропускной способности элементов сети, содержащих «слабые» связи. Благодаря высокой степени управляемости преобразователей источника напряжения (VSC) в основном рассматривается работа HVDC. Однако внедрение и эксплуатация VSC-HVDC определяют необходимость в проведении широкого спектра анализа и исследований, которые можно провести только с помощью математического моделирования. Поэтому целью работы является: анализ поведения системы передачи HVDC на основе VSC с использованием различных режимов управления путем моделирования в программной среде MATLAB.
Бесплатно
Статья научная
Закрученные течения широко распространены в различных областях техники. При высокой степени закрутки течение осложняется распадом вихря и формированием крупномасштабных нестационарных структур. В гидроэнергетике проявлением неустойчивости закрученного потока служит прецессирующий вихревой жгут в отсасывающей трубе. Эти нестационарные структуры обладают значительной турбулентной кинетической энергией и характеризуются достаточно большим временем существования, что вызывает серьёзные затруднения при численном моделировании течений в тракте гидротурбин. Цель работы - построение гибридной PANS модели турбулентности на основе модели второго порядка замыкания. С помощью этой модели с разными значениями параметра разрешения выполнены численные расчёты нестационарного течения в отсасывающей трубе в режиме частичной нагрузки. Предложенный вариант PANS модели турбулентности позволяет хорошо воспроизводить характеристики сильно анизотропных течений, при этом менее требователен к сеточному разрешению, чем метод моделирования крупных вихрей, и в рассмотренной реализации не содержит явной зависимости от шага пространственной сетки.
Бесплатно
Статья научная
Сложность процесса проектирования бортового программного обеспечения космического аппарата обусловлена наличием в его составе до 500 000 программных и информационных объектов более чем 40 различных типов. Поэтому работа с такими большими объемами данных требует разработки специализированного программного обеспечения для инженеров-проектировщиков. Целью исследования является построение алгоритмов, разработка методов, создание математических моделей поиска, сравнения и копирования больших разнородных связанных данных, а также реализация полученных научно-практических результатов в программном комплексе инженера-проектировщика бортового программного обеспечения космических аппаратов. В результате выпоенных работ разработаны математические модели операций сравнения в терминах множеств и логики предикатов, определены критерии оценки результатов сравнения. На основе математических моделей разработаны программные компоненты, обеспечивающие поиск, сравнение и копирование частей или полностью архитектурного проекта бортового программного обеспечения космических аппаратов. Разработанные программные компоненты интегрированы в программный комплекс автоматизированного проектирования и сопровождения бортового программного обеспечения космических аппаратов. Результаты работы внедрены в АО «Информационные спутниковые системы им. ак. М. Ф. Решетнева» и практически используются в задачах проектирования новых спутников однотипных серий. Сложность работы с разнородными большими данными не позволила в полной мере реализовать операцию копирования. В работе предложено ввести понятие двухфазной операции копирования, когда первая фаза выполняет копирование структуры бортового программного обеспечения, а вторая фаза - связь структуры с ресурсами космического аппарата.
Бесплатно
Прочность криволинейно армированных пластин в полярной системе координат
Статья научная
В работе выполнено компьютерное моделирование плоских конструкций по созданию волокнистого композита с криволинейным армированием вдоль спиралевидных траекторий в полярной системе координат. Проведены численные сравнения достижимости предельных состояний для разнообразных структур армирования двумя семействами непрерывных криволинейных волокон. В расчетах учтено влияние постоянного поля температур. Для семейств логарифмических и алгебраических спиралей найдены аналитические решения функции интенсивности армирования дифференциального уравнения постоянства сечений волокон. Анализ результатов показывает, что за счет выбора криволинейной укладки армирующих волокон можно получить конструкцию с заранее заданными свойствами.
Бесплатно
Разработка модели управления мощностью ветроустановки по питч-углу для учебных целей
Статья научная
Рассмотрена проблема постановки практического обучения в области автоматического управления в энергоустановках на возобновляемых источниках энергии. Отмечено, что ветроэнергетическая установка (ВЭУ) - один из наиболее сложных объектов автоматического управления. Приведен обзор учебных динамических моделей ВЭУ. Для проведения практических занятий по дисциплине «Автоматическое управление и защита энергоустановок с ВИЭ» предложена упрощенная нелинейная динамическая модель, охватывающая контур управления мощностью посредством регулирования угла питча. Приведены функциональная и структурная схемы САУ, описаны подходы к разработке динамической модели в среде Matlab/Simulink и методика практического обучения с ее использованием. Предложена серия цифровых экспериментов с моделью по исследованию динамических процессов в САУ ветроустановкой в режимах включения, выключения и реакции на порыв ветра при нормальной работе. Представлены осциллограммы, полученные в ходе этих экспериментов. Предложены направления дальнейшего совершенствования модели.
Бесплатно
Расчет и оптимизация корпуса электропривода газовой задвижки
Статья научная
В статье рассматривается оптимизация конструкции и технологии взрывонепроницаемого корпуса электропривода газовой задвижки на основе расчета напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов. 3-мерная численная модель учитывает болтовое соединение фланца и контактное взаимодействие, что позволяет корректно рассмотреть раскрытие стыка и деформацию корпуса в целом. Сделана оценка возможности использования алюминиевых сплавов, деформируемой и литейной групп, в результате чего разработана конструкция из свариваемых деталей, которая позволяет существенно сократить материалоемкость производства деталей и улучшить их технологичность для серийного производства.
Бесплатно
Способ обеспечения навигационной безопасности для автономного необитаемого подводного аппарата
Статья научная
Подводная робототехника стала неотъемлемой частью исследования Мирового океана. В частности, наиболее распространены необитаемые подводные аппараты, поскольку с их помощью можно добраться до труднодоступных мест с минимальным участием человека. Навигационное обеспечение играет важную роль в современной робототехнике, особенно когда дело касается автономных необитаемых подводных аппаратов. В настоящее время для решения задач навигационной безопасности используются активные гидролокаторы, оснащенные приемной антенной, приемником и специальным излучателем, при этом сам излучатель должен вращаться в нужном направлении. Целью данного исследования является разработка метода обеспечения навигационной безопасности для автономного необитаемого подводного аппарата с использованием пространственно-временного сигнала. Представлены модель формирования пространственно-временного сигнала, а также выражения для реализации данного способа. Также проведена оценка разрешающей способности по пеленгу. Полученные результаты проверены моделированием в среде MATLAB при различных отношениях сигнал/шум.
Бесплатно
Физико-технические основы диагностики магистральных трубопроводов методом радиолокации
Статья научная
Рассматривается актуальная проблема обнаружения дефектов трубопроводов с борта беспилотных летательных аппаратов, позволяющая оперативно оценивать состояние сварных швов, появление утечек углеводородов, нарушение изоляции, местоположения несанкционированных врезок и геопозиционирования трубопровода в подземном пространстве. Исследуется состояние трубопроводов: пространственное положение, утечка продукта, состояние сварных швов и изоляции, наличие и место несанкционированных врезов; дается количественная оценка чувствительности радиолокационного метода дистанционной дефектоскопии с борта беспилотного летательного аппарата (БПЛА).
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты физического и математического моделирования распределения температуры в образце нефтематеринской породы при одностороннем микроволновом облучении. Разработан и протестирован метод косвенного определения зависимости диэлектрических свой- ств образца от температуры по экспериментальным данным температурной динамики во время электромагнитного нагрева. Метод заключается в решении обратной задачи для установления температурной зависимости коэффициента поглощения электромагнитной волны, который зависит от диэлектрических свойств. Было создано две вариации модели. В одной из них коэффициент поглощения считался постоянным и однородным, а его значение было получено валидацией модели экспериментальными данными. Во второй имел место учёт зависимости коэффициента поглощения от температуры, математическая форма которой была определена решением обратной задачи. Сопоставление экспериментальных данных с результатами реализации этих моделей показало увеличение их количественной сходимости при применении разработанного метода.
Бесплатно
Численное моделирование факельного горения угля микропомола в паромасляной горелке
Статья научная
Статья посвящена численному моделированию факельного сжигания угольного топлива в паромасляной горелке. Представлены результаты моделирования паромасляной горелки, разработанной в ИТ СО РАН, и новой факельной горелки, работающей на дизельном топливе с частичной заменой его на уголь микропомола. Сравнение результатов расчета с данными эксперимента показало их хорошее соответствие, как по уровню температуры, так и по концентрации газовых компонент продуктов горения. Результаты моделирования показали, что новая горелка устойчиво работает в широком диапазоне расхода угольной пыли. Полученные результаты численного исследования можно использовать при проектировании нового горелочного устройства, подобрав оптимальные режимы работы, для снижения на выходе концентрации вредных выбросов и недожега топлива.
Бесплатно
Статья научная
Предложен алгоритм обнаружения оптическим приемником полезного сигнала, представляющего собой нестационарное, возрастающее на некотором интервале излучение в пуассоновских шумах, имеющих стационарный характер. Оценена эффективность алгоритма с учетом реализации процесса взвешенного суммирования принимаемого входного сигнала, представляющего аддитивную смесь полезного и шумового излучений в режиме накопления. Получены аналитические выражения с оценкой основных характеристик (среднего и дисперсии) суммированных неравномерных взвешенных отсчетов с выхода сумматора и функции распределения предпорогового воздействия для различных гипотез. Для рассматриваемого случая оценены условные вероятности правильного обнаружения ложной тревоги
Бесплатно
