Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №9 (май) 2014
Разделы: Информационные технологии, Машиностроение, Техника
Размещена 31.01.2014. Последняя правка: 31.01.2014.

Анализ тепловой нагрузки на спроектированный распылитель с помощью цифровых методов

Полушин Александр Николаевич

Бакалавр техники и технологии

ФГБОУ ВПО "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"

Магистрант

Дмитриев А.О., Ханнанов И.И.; Научный руководитель: к.т.н., доцент Костерин Андрей Валентинович


Аннотация:
В связи с массовым распространением распределенных вычислительных систем стала актуальной проблема их эффективного использования. В своей работе с помощью цифровых методов NX, мы проектировали распылитель для камеры сгорания и сравнивали полученные результаты с экспериментальными.


Abstract:
Due to the massive spread of distributed computing systems has become an urgent problem of their effective use. In his work with digital techniques NX, we have designed for spray combustion chamber and compared with experimental results.


Ключевые слова:
Цифровой анализ, распылитель, камера сгорания

Keywords:
Digital analysis, sprayer, combustion chamber


УДК 007.3

 

NX предлагает систему для проектирования, инженерного анализа, создания документации, оснастки и подготовки производства для всех областей промышленности. Применение NX позволяет значительно сократить время выхода нового и технологичного изделия на рынок, повысить качество, снизить стоимость, повысить коммерческую привлекательность. NX позволяет повторно использовать опыт по всем процессам создания изделия.

В настоящее время главным требованием для бизнеса является непрерывное применение инноваций. Разработка изделия с применением цифровых методов позволяет предлагать заказчикам широкий спектр того, что им требуется. Это обеспечивает успешную конкуренцию на рынке с получением максимальной прибыли. Это обеспечивает лидерство в своей области.

Использование численных методов при проектировании различных конструкций и машин продиктовано необходимостью постоянного повышения надежности и качества изделий, а также возможностью использовать новые современные материалы, учитывать сложные условия работы современных конструкций при необходимости повышения их конкурентоспособности и надежности. Максимальный эффект от использования технологий численного инженерного анализа достигается при их использовании начиная с самых ранних стадий проектирования. При этом снижаются стоимость изделия, вероятность возникновения рисков и срок выпуска изделия на рынок. Исследования механического поведения трехмерных конструкций можно проводить с помощью экспериментального подхода. Этот способ позволяет оценивать поведение конструкции при воздействии на нее различных внешних факторов. Однако он является довольно дорогостоящим, требует больших временных затрат, а иногда не может быть применим.

 

Рис.1 Эскиз

Для построения 3D модели распылителя необходимо выполнить следующее:

  • Построить эскиз оболочки распылителя по размерам.
  • Получить твердотельную модель распылителя, которая легко может быть изменена.

В частности, если конструктору будет необходимо изменить зону горения, он может в программах 2D и 3D проанализировать и переназначить количество отверстий для подвода газа, изменить диаметры и наклон отверстий. Все эти изменения легко осуществляются в NX.

Для эффективного применения КЭ метода должна быть построена корректная максимально простая геометрическая модель, для этого необходимо провести идеализацию исходной геометрии. Рекомендуется исключить все элементы, которые приводят к усложнению модели (технологические отверстия, скругления, фаски), но не оказывают влияния на ожидаемые результаты выполняемого расчета.

 

Рис.2 Твердотельная модель

Из термогазодинамического расчета двигателя определили параметры на входе в КС, из общей компоновки двигателя - тип и габаритные размеры.

Инженерный анализ NX позволяет проводить симуляцию различных физических процессов с 3D моделью.

Использование цифровых методов при проектировании различных конструкций и машин продиктовано необходимостью постоянного повышения надежности и качества изделий, а также возможностью использовать новые современные материалы, учитывать сложные условия работы современных конструкций при необходимости повышения их конкурентоспособности и надежности. В нашем случае, можем представлять процесс теплового воздействия от зоны горения на созданный распылитель.

1. Для разработанной КЭ модели определяются условия нагружения, граничные и начальные условия, условия возможного контактного взаимодействия, один или несколько типов анализа и опции решателя. Данный этап является самым важным, поскольку он непосредственно влияет на полученные результаты. Построение КЭ расчетной сетки является этапом, на котором производится дискретизация математической модели, то есть разбиение непрерывной геометрической структуры на конечные элементы.

По своему характеру метод конечных элементов относится к вариационно-разностным методам и имеет в своей основе представление исходной области со сложной формой границ совокупностью достаточно простых подобластей (конечных элементов). Представление исследуемой области совокупностью подобластей имеет смысл дискретизации континуальной задачи с заменой реальной области тела с бесконечно большим числом степеней свободы приближенно-эквивалентным телом с большим, но конечным числом степеней свободы.

Необходимо назначить величину и место воздействия теплового потока, а также граничные условия.

 

Рис.3 Построение расчетной сетки и назначение ограничений

2. Система выдает отчет о решении, с возможностью цветовой и временной визуализации, из анализа которого можно судить о тепловом воздействии на спроектированный распылитель. В случае получения корректных и удовлетворяющих критериям пользователя результатов они анализируются, строятся необходимые графики и распределения, составляется отчет. В другом случае возможен возврат к одному из предыдущих этапов для корректировки результатов путем изменения либо опций решения, либо КЭ модели, либо геометрической геометрии.

 

Рис.4 Визуализация воздействия температуры – по узлам

 

Рис.5 Общая тепловая нагрузка

 

 

                                Рис.6 Поток теплосодержания – по элементам

 

Симуляция различных физических процессов позволяет оценить конструкторское решение и резко сокращает дорогостоящий экспериментальный анализ.

   
 

 

Вывод:

В конечном итоге распылитель был изготовлен и проверен экспериментально, полученные экспериментальные данные были схожи с данными полученными с помощью цифровых методов, отсюда можно сделать вывод что использование таких методов значительно сократит финансовые затраты и время работы производства.

Разработка продукта с помощью цифровых методов  в единой среде NX позволяет быстро вносить изменения в продукт и в процесс производства.

Модуль NX является гибкой средой численного моделирования и допускает различные последовательности операций для достижения той или иной цели.

Библиографический список:

1. Гончаров П.С., Артамонов И.А., Халитов Т.Ф., Денисихин С.В., Сотник Д. Е., NX Advanced Simulation. Инженерный анализ. - М.: Изд-во «ДМК Пресс», 2012г.
2. Гончаров П. С., Ельцов М. Ю., Коршиков С. Б., Лаптев И. В., Осиюк В. А., NX для конструктора-машиностроителя. — М.: Изд-во ДМК Пресс, 2010. — 504 с
3. Данилов Ю., Артамонов И. Практическое использование NX. - М., изд-во «ДМК», 2011г. — 332 с
4. Ельцов М. Ю., Козлов А. А., Седойкин А. В., Проектирование в NX под управлением Teamcenter. — М.: Изд-во «ДМК Пресс», 2013. — 752 с.




Рецензии:

3.02.2014, 21:50 Назарова Ольга Петровна
Рецензия: Статья рекомендуется к печати



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх