Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Математическое моделирование гидродинамическихпроцессов при струйном течении жидкости Абцылдаев, Мукаш Юнусалиевич

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Абцылдаев, Мукаш Юнусалиевич. Математическое моделирование гидродинамическихпроцессов при струйном течении жидкости : автореферат дис. ... доктора технических наук : 05.13.16.- Бишкек, 1994.- 25 с.: ил.

Введение к работе

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИИ. Баяную роль для экономики Кыргызской Республики играет природные богатства Н недрах Кыргызский Республики з настоящее время добывается сурьма, зело-го, уран, ртуть, каменный уголь и многие другие полезные ископаемые. Особенно богата она вогньові ресурсами. Такие бслыпне реки Средней Азии как Сыр-Дарья и Аму-Дарья берут здесь качало.

Среди естественные энергоресурсов в современных УСЛОВИЯХ зодная энергия занимает одно из ведупих мест. Ее рациональное использование является Еаадой общегосударственной задачей, успешнее решение которой будет способствовать неуклонному повышению благосостояния и культурного уровня народа, улучшению условий эффективного развития производительных сил Республикл.

Рельеф края ва последние десятилетия широко используется при строительстве малых и больших выескснапорных гидроэлектростанций и других гидротехнических осоружний. Только на їдка м из притоков Сыр-Дарьи, на реке Марьи, по генеральному плану Республики планируется построить до двух деелткез гпдреэ-лектростакіїий. В настоящее время на этой реке сооружено и действует порядка десяти таких станции. Крупнейшая из них -Токтогульская ГЭС мощностью 1,2 - 1.5 млн. кило ватт/час в год.

Одной из перспективных отраслей народного хозяйства Кыргызстана является горная промышленность. Наиболее прогрессивным и экологически чистым способом горных разработок' является гидродобыча полезных ископаемых. Решение еозникзолих при такой разработке проблем есть научно-техническая задача

Проблемы, связанные с построением гидроэнергетических объектов, эксплуатацией хозяйственных и гидротехнических сооружений, а также разработкой объектов горнодобывающая отрасли определяют актуальность рассматриваемых з диссертации задач.

Потребность а решении этих проблем привела к нгобхедп мости проведения соответствующих теоретических и практических исследований, точность и достоверность которых влияет на надежность, экономичность и обоснованность практических рекомендации и проектных ресекий.

Нами все эти проблемы рассматриваются как система с

г.-пользоезнизк нетодоз катгиатнческоге коделнрованиг. Проблеї нсгї.ггрпБакня процессе яеляєтсй слоеной и сце де конца КЕ Р еек:-:си. Б работе выделен рай задач, которые б чзсности кодєлі ровзлись двизениек Еидкостк. При этой рькантся диї-ференикалі н!із цр^екенкг е частных прокзЕсдних со слоекккк гракичкки

УОПОЕІ'ЯКИ.

Б некоторых частнкх случаях удается получить акалитичес кое ребенке задачи по определение характеристик потока.

Разработанные б настоящее врекя кетоды в случае плоских пространственных течений качественно достаточно хорово согла суЕТса с физической суцностьЕ процесса. Однако, достоверны количественный результат при моделировании движения еидкости гидроэнергетических и гидротехнических сооружениях кокет бат полезен только з случае, когда есть хороиее соответствие кегд вкбракной кодельв к реальный объектом, т.е. при достоверна значениях гидродинамических параметров моделируеного объекта.

Из екєизлоевннсго следует, что достоверное и полное опи санке региональных течений струй возможно при реаении соот ветствуЕЕкх краевых задач на основе математического иоделиро вакка,

ЦЕЛЬ РЯБDTK - разработка методов реиения плоских осесиккетричных задач при струйной течении идеальной іидкости прссгроение точ'нах и пркблигеннкх решений указанных задач разработка теории математического ксделкрования при аналкзі задач обтекания тел различной конфигураций, а также исгечени; из наиболее часто встречавшихся форм сосудов, иневцих практическое применение в гидротехнической строительстве. Получены I результате исследования аналитических и численных результате! дл определения всех характеристик потока, необходимых ялі расчета гидротехнических сооруяений и объектов горнодобквавше! промышленности.

КЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ основан на сведении задачи теорш струя идеальной несЕИкаеиой еидкостк, как плоской, так і пространственной /кавитационное обтекание пластинки: течение е водосливе с сирокин порогов, в полигональных контурах; взаико-действие двкгулкхся потоков, а также симметричное набегание крчглой струи на тело вращения; истечение видкости из сосудог

различней геометрической конфигурации няеэ^ея на о~;г с;<:і?.'з:г--! * лззплтетзиз/. к реззкиа задачи «атемагичаскси jh-jhkh. a ::.^--.:--иктггра-длтфареяциальнах или диСТерэнцидльных урагнзн:::'; частная производных со слогнами граяичняаи цсллслта'л. Г/;-:.:-ранстзенкые - ссесиыметричные задачи з ззльзннсуьз сдучазг ?.:-зэка численними яетодаїи с применением ЗЗЇ. л зднел ::з дрс::-ранстзэяяах - осесинмзтрнчных задач применен аетод с ас з ден:-::.-аналитическое пункции, предлозенний Г.л".Ползїнй ч рлззнт-.". S.л.лаалдеэаа.

Исследование задач оезеи.чметрмчных течений геерни ::;:;: малочисленной из-за йсльяи.х автоматических :ру"нзс:--л. ";.:.-: зетезчазтез з нескольких раозтак ученых ззрузедихх .'. г:::-дарстз саярцзестза. таких как Е.7р54*цз. П.? .Г-арзс^д'/.^;-:">..J. J! ;-мнтреекд, Дг. Сзланатеза, З.Озгнозз и других, а та:;зз :то-долаено гзторса диссертации. Злзно отметить, что л :;:-:-. задачи тэарии струи, оггисызазмых диззерен'днзльнцк:: у; -~і- г-л :~ ..; з частных производная, лаелдзили моднин стинчлон ; напр ::.:.:.-дей нитьи для рзда исследований, результати каторнх язлез:=.:: с книгах /25: 25/ и реферируемой рзйотз.

3 диссертации легтользуктел такзз ssrc-да ойс-гденн-н зн.:л:-:~ гпчэских функция, коаплзке.чага анализа, теории Д'.'.ЗГ'-зяігл'.ізлі-:шх уразяекий с частянаи прсизводнаая.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. 5 настоддей рзбстэ зпереые яздагагтел систематическое и паследезательнае применение аетодез re;:;:;: струй идеальной хидкости к суперказктация к расчету разнообразных гидравлических а гидротехнических систеа. объект :з разработок горних порад и др. Путал дзлъкейгзгз развития -тих :<-:-гсдоз получены решения новых задач теории струй:

набегание круглой струи на яезеэхкостъ тела зрз^знил;

истечение зидкесг.1 из бесконечного казуса;

получено экспериментальное гдоатзерхденне теоретических зэзультатез задачи об истечении гидкости из оесконечного ксну-

:а:

истечение гидкости из сосуда, яоделиругдего "игольчатый егуллтор" для яадїх и зксоканапорнах ГЭС;

зпгрзяе с использованием обсбзенной аналитической ;у.чк-ии ?qz?,hz задача ой истечении зндкостн из инлнндрнческог:

— п

'суда о воронкообразным дном, имевшим препятствие ка оси симмгт-::ж;

- с использованием теории . К. йранкля для тонких слоев жид-
:::11: решены конкретные задачи о форме лопастей гидротурбин;

сбтекание потоком источника пластинки, находящийся внутри угла к уступа при различных схемах кавитации:

истечение иа полигонального контура с обтеканием его части ~: различным схемам;

-. взаимодействие потока со струей в каналах и т. п.

Несенные задачи развивают идеи таких известных ученых механиков, как. С. А. Чаплыгина, НА. Лаврентьева, . К. Франкля, Х.А. Рах-масулина и др.

ОЕССНОНАННССТЬ К ДОСТОВЕРНОСТЬ разработанных методов, алгорит-:.с-в з: программ к ним основаны на теории функции комплексного пере-ыенного, теории дифференциальных уравнений в частных производных, кг акалиге сбиеиэвестнш: методов и решении задач, в которых удается получить аналитическое или численное решения.

На тестовых задачах (кроме плоских} выявлена скорость сходи-. мостк итерационны:: процессов, в результате чего установлено количестве затрачиваемого машинного времени при реализации их на ЭВМ. Близость известных решений к решениям, полученным приближенными ме-тодами, является подтверждением их надежности и практической оценке?, точности.

Таким образом, на зашиту выносятся следующие положения:

  1. Разработана методика математического маделкрования струйного течения, экономичная при реализации на ЭЖ Она состоит из численных методов и алгоритмов расчета, с помощью которых решены ооескмметричные задачи теории струй.

  2. Приведено приближенно-аналитическое решение осесимметричной задач;: об истечении струи из бесконечно длинного сосуда с воронко-гбраэным дном при нашили препятствии на оси симметріш с прквличе-:-:::ем аппарата' обобщенных аналитических функций.

3. .Выполнено экспериментальное исследование истечения жидкости
иг сосуда с воронкообразным дном, результаты которого подтверждают
правильность полученных теоретических решений.

I. Развивав теории О. И. Оранкля по тонкослойным течениям по-

- В -

гештиальной жидкости по криволинейным поверхностям, исследованы :'- гачи об истечении жидкости по внутренней поверхности .--.car: гредставлянзщего собой нижнюю полонину трехосного эллипсоида, л;-.:, говерхности параболоида вращения.

  1. Реализованы математические модели плоских кавитзаеккыл Trie ний при обтекают пластинки потоком источника; обтекании лре-татствия на краю уступа (водослив с піроким перогем;; истече:-::::: .«їдкости из тали, расположенной между двумя наклонными плссксосл'.;: и имеющей на сси симметрии препятствие.

  2. Исследованы задачи истечения жидкости из г.сднгскаль:-:сго контура с обтеканием его части (наклонная пластинка) по схемам: Чаплыгина-Лаврентьева, Кирхгофа-Релея и Шлн-Тсмсснз-Лойплкскего.

  3. Приведено исследование задачи о струйном взаимодействии потеков а каналах cd щелями или исковыми оттеками. Рассматривает:.! случаи течения со свободными поверхностями, где кавитзиленнал ее:-:-, простирается до бесконечности.

3. Все плоские пространственные задачи, рассмотренные з работе, моделируют технические процессы, как-то соударение кругл;:: струи на поверхности горной породы; регулирование расхода вос^ С игольчатый регулятор) подаваемой на когш гидротурбины; элемента лопастей гидротурбин типа Яельтоксзых колес; гашение энергии ос то :--. ждкости в водосливе, а такие в парашютных системах.

Э. Проведено сравнение результатов, полученных з задаче набегания круглой струи'на тело в pans кия методом . И. Сраккля и методом конечных разностей, а тэкле результатов теоретических исследован::.: и зкепериментоа в задаче истечения лидкости из конуса.

10. Выяснено, что исследование струйных задач о помсль:-: кснеч-зо-разностных методов зыгодяо тем, что граничное условие при этом используется а точной форме.

Зыязлено влияние фактора наличия препятствия на оси снынес::::: течения на гидродинамические характеристики потока з задачах истечения из осесимметричных ессудоа для несжимаемой дидкести.

3 работе получено дадьнейгдее развитие методов теории струйных течений применительно к техническим задачам, езяаанное с гидроэнергетическими, гидротехническими и другими системами.

Для всех задач полнены зависимость V/ /комплексной по-

0"я::::о.л/ с:- Z /комплексная координата/ р. параметрическом виде.

:"і:;?ет;г-і5зіая у, їїраіотґчесжая ценность результатов, р.

л.''.ссеггсли:с всесторонне изучен комплекс математических моделей плоски:: и сеееимметричных течений со свободными поверхностями, lie базе этих моделей разработана методика изучения плоских и простраотвенккх течений и составлены алгоритмы расчета ка ЭВМ для отдельных пространственны:-: задач теории струй.

Проведенные е работе разработки могут быть применены при конструировании і: проектировании мал»: к больших гидроэнергосистем, используете: энергию струйных течений при больших давления::, строительстве которых предусмотрено генеральным планок Республики Кыргызстан.

Е работе использованы как аналитические. так и приближенные к?:оды расчетов с учетом кавиташонньж течений, которые могут рк'гь попользованы в инженерной практике при конструировании и проектировании форм поверхностей, имеющих минимальное сопротивление потоку жидкости, что позволяет предотварить преждевременное разрушение гидротехнических сооружений.

Таким образом, теоретическая и практическая ценность работы состоит в том, что упомянутые схемы и. решения, будучи непосредственно связанными с задачами гидравлики, гидротехнических к гидроэнергетических сооружений, а также с разработкой гориыу: пород позволяет повысить точность и достоверность проектных ревеник различных технических систем гидроэнергетики, водного хозяйства, горных: разработок и др. По результатам исследования получены акты внедрения в соответствующих организациях республики /Средне-Азиатский НИИ энергетики - г. Бишкек; Кыргызский ГИПроводхоз - г. Бишкек/.

ЖЧНЪЙ ВКЖП. Развиты методики математического моделирования, математических методов и алгоритмов расчета характеристик струйных течений при обтекании и истечении в областях, геометрій границы когорымзаранее неизвестны. Полученные результаты обобщают схемы, рассмотренную ранее И. К. Коноваловы;,!, L I. Эрихом, Б. PL Талиевым, К. И. Хмельником, Я. Р. Ъерманом, Е К. Степановой, а аналитические и численные решения являются развитием методик, предложенных Ф. Е франклем, X. А. Рахматудиным, О. Е. Голубевой, С. А. Чаплыгиным, М. А. ЛаЕренть-

- 8 - .

>вым и другими авторами.

Задачи, решения которых связаны с определенными математн-іескими трудностями при получении аналитических зависимостей, реализованы на ЭЕМ. Проведены количественный и качественный інализьі результатов, характеризующих область течения потока.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований, ссдерггуыеся з іанной диссертации, по мере выполнения, поэтапно были подсхемы на различных научных семинарах. Республиканские и Всесоюзных научных конференциях, а именно:

  1. На семинарах Кабардино-Балкарского гесуниверситета под руководством проф. <5.5L Зранкля, 1958-1960 гг. г. Нальчик, ЯЕА ХР.

  2. На семинаре института механики АН СССР под руководством академика АН СССР А-А. Никольского, 1961 г. г. Усскза.

  3. На семинаре Института математики АН Уз. ССР, под рук. академика АН Уз. ССР И. С. АРЖАЕЫХ, 1962 г. г. Ташкент.

  4. На семинаре Саратовского университета, под рук. проф. С. А. Фальковича, 1963 г. г. Саратов.

  5. На семинаре Московского областного пединститута им. Н.К. Крупской, под рук. проф. 0. Е Голубевой, 1967 г. г. Москве.

  6. На итоговой конференции подсекции гидродинамикен Мзсковского общества испытателей природы, под рук. проі. Ы. Я Гуревича, 1971 г. г. Москва.

  7. На семинарах* Псковского госуниверситета им. М. 3. Ломоносова, под рук. проф. ХА. Рахматудина, 1372-1973 гг. г. IfocKBa.

  8. На Республиканской научно-технической к.енсес-тнинн "Ресурсосберегающие технологии и прочность з мгшнеегг--:-:-::". октябрь, 1386 г. г.Зрунзе.

  9. На Республиканской конференции "Механика сплсігльл сред", посвященной памяти академика АН Уз. ССР X А. Рахматулина, апрель, 1989 г., г. Ташкент.

1Q. На объединенном сеиминаре кафедры выспел мате маг.::-^- и теоретической механики КТУ (г. Бишкек, 1392 г. !.

  1. На семинаре Научно-исследовательского центра мтг-г'.г-.-таческого моделирования HAH К? (г. Ежкек, 1SS3).

  2. На объединенном семинаре лаборатории Института алте-матики ЕАН КР (г.Ешкек, 1994 г.).

  3. На Республиканском У1 - пкоде семинаре "Ссзсємєкнік

- З ~

проблемы механики жидкости и газа", сентябрь, 1932 г., г. Самарканд.

ПУБЛИКАЦИЯ Материалы исследований, неподсредстзенно ст-носящиеся к теме диссертации, опубликованы в монографиях: "Математическое моделирование некоторых гидродинамических процессов при струйном течении жидкости", "Математическое моделирование отдельных проблем струйных течений", в 24 статьях и четырех научных отчетах.

. СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация выполнена на 264 стр. машинописного текста и состоит из взедения, 7 глав, 3 приложений, содержащих экспериментальный материал, 18 таблиц, 70 графиков к списка литературы, включающего 210 наименований.