АНАЛІЗ СУЧАСНИХ ЗАСОБІВ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ТЕПЛООБМІНУ ТА ГІДРОДИНАМІКИ ПЕРЕБІГУ РІДИН У ТРУБАХ

Автор(и)

  • О. В. Свинчук Національний технічний університет України «Київський політех- нічний університет імені Ігоря Сікорського» https://orcid.org/0000-0003-1715-0761
  • Я. В. Клименко Національний технічний університет України «Київський політехнічний університет імені Ігоря Сікорського»

DOI:

https://doi.org/10.36994/2788-5518-2024-01-07-13

Ключові слова:

програмне забезпечення, моделювання, теплообмін, гідродинаміка, рівняння теплопередачі, інноваційні технології, хмарні обчислення

Анотація

У статті проведено детальний аналіз основних програмних інструментів, які використовуються для моделювання процесів теплообміну та гідродинаміки в системах із турбінним маслом. Досліджено такі системи, як ANSYS Fluent, SimScale, OpenFOAM, Elmer та COMSOL Multiphysics. Ці інструменти були вибрані через їх популярність та широке використання в інженерних дослідженнях і промислових застосуваннях. Кожна з них була оцінена з погляду її здатності вирішувати завдання, пов’язані з теплом та рухом рідин у складних інженерних застосуваннях, які включають великі обчислювальні моделі й високі вимоги до точності результатів. Аналіз показав, що кожна з програм має свої сильні боки, а також значні недоліки, які можуть обмежувати їх використання в певних умовах. Окрім того, існують важливі технічні виклики, які потребують уваги під час розроблення майбутніх версій програмного забезпечення. Наприклад, підвищення масштабованості обчислень для великомасштабних моделювань, які стають дедалі більш важливими у багатьох галузях, включаючи енергетику. Пропонується низка рекомендацій щодо вибору найкращого програмного забезпечення залежно від специфічних потреб проєкту, а також визначає ключові напрями для розвитку майбутнього програмного забезпечення, що могло б поліпшити існуючі рішення за ефективністю, вартістю та користувацькою зручністю. Розглядаються також потенційні інноваційні технології, такі як штучний інтелект і машинне навчання, які можуть бути інтегровані в нові системи для поліпшення їх функціональності та автоматизації процесів розроблення. Метою роботи є підвищення обізнаності про сучасні можливості й обмеження програмного забезпечення для моделювання та сприяння розвитку нових підходів і технологій, які можуть значно покращити процеси проєктування і дослідження в інженерії.

Посилання

Stolarski T., Nakasone Y., Yoshimoto S. Engineering Analysis with ANSYS Software. Butterworth-Heinemann, 2nd Edition, 2018. 562 p.

Кузьменко І.М. Комп’ютерне моделювання руху повітря по каналу насадки з використанням пакету ANSYS FLUENT. Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія «Технічні науки». 2014. № 11. С. 72–78.

Хомінич О.О. Дослідження якості моделювання пограничного шару при виконанні CFD-розрахунку аеродинамічних характеристик літального апарата замкненої схеми в середовищі ANSYS FLUENT. Прилади та методи контролю. 2016. № 31. С. 65–74. https://doi.org/10.20535/0203-377131201686969

Kabdylkakov Ye.A., Surayev A., Irkimbekov R.A. Application of the text interface of the ANSYS FLUENT program for simulation of the thermophysical state of a typical experimental device. NNC RK Bulletin. 2022. № 3. Р. 55–63. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2022-3-55-63

Papkov V., Shadymov N., Pashchenko D. CFD-modeling of fluid flow in ANSYS FLUENT using Python-based code for automation of repeating calculations. International Journal of Modern Physics. Vol. 34, no. 9. 2023. 2350114. https://doi.org/10.1142/s0129183123501140

Simscale. https://www.simscale.com/

Sharma M.S. , Jayagopal A. , Ramesha D.K. , Murali K., Tiwari P. Exploring the efficacy of using various coolants on lithiumion 18650 cell employing conjugate heat transfer simulation. Materials Today: Proceedings. 2020. Vol. 20, рart 2. Р. 222–227. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.11.221

Fiedler B., Redkar S. Control design and simulation framework for an autonomous paramotor UAV. ASME 2022 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, IDETC-CIE 2022. Vol. 7. V007T07A059. https://doi.org/10.1115/DETC2022-91283

OpenFOAM. The open source CFD toolbox. http://www.openfoam.com

Собіян І.В., Трофимов В.Е. Синтез структури вирішувача системи математичного моделювання OpenFOAM для аналізу теплового режиму світлодіодного світильника. Технологія і конструювання в електронній апаратурі. 2019. № 5–6. С. 25–33. https://doi.org/10.15222/TKEA2019.5-6.25

Крупа Є.С., Дмитрієнко О.В., Тиньянова І.І., Недовєсов В.О. Прогнозування енергетичних характеристик високонапірної радіально-осьової гідротурбіни з використанням програмного комплексу CFD. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія «Гідравлічні машини та гідроагрегати». 2020. № 1. С. 102–110. https://doi.org/10.20998/2411-3441.2020.1.14

Zhang H., Zhang L. Numerical simulation of cavitating turbulent flow in a high head Francis turbine at part load operation with OpenFOAM. Procedia Engineering. 2012. Vol. 31. P. 156–165. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.01.1006

Krasnopolsky B., Medvedev A. Acceleration of large scale OpenFOAM simulations on distributed systems with multicore cpus and gpus. Parallel Computing: On the Road to Exascale. Series: Advances in Parallel Computing. Amsterdam: IOS Press. 2016. Vol. 27. P. 93–102. https://doi.org/10.3233/978-1-61499-621-7-93

Elmer FEM: open source multiphysical simulation software. http://www.elmerfem.org (дата звернення: 06.05.2024).

Bondarenko D., Gabbar H.A., Barry Stoute C.A. Engineering design of plasma generation devices using Elmer finite element simulation methods. Engineering Science and Technology, an International Journal. Vol. 20, no. 1. 2017. Pp. 160–167. https://doi.org/10.1016/j.jestch.2016.07.015

Vencels J., Råback P., Geža V. EOF-Library: Open-source Elmer FEM and OpenFOAM coupler for electromagnetics and fluid dynamics. SoftwareX. Vol. 9. 2019. P. 68–72. https://doi.org/10.1016/j.softx.2019.01.007

Comsol. https://www.comsol.com/ (дата звернення: 06.05.2024).

Байдак Ю.В., Смик В.А. Моделювання задачі конвективного теплообміну з поверхні випар-ника холодильної установки рефрижераторного контейнера. Refrigeration Engineering and Technology. 2016. Т. 52. № 1. С. 5–11. https://doi.org/10.21691/ret.v52i1.31

Черкез Р.Г., Семешкін В.А., Жукова А.С., Стефюк В.В. Вплив висоти пластин на ефективність проникного термоелемента в режимі охолодження. Фізика і хімія твердого тіла. 2023. Т. 24. № 2. С. 385–391. https://doi.org/10.15330/pcss.24.2.385-391

Sangare D., Bostyn S., Moscosa-Santillan M., Gökalp I. Hydrodynamics, heat transfer and kinetics reaction of CFD modeling of a batch stirred reactor under hydrothermal carbonization conditions. Energy. 2021. Vol. 219. 119635. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.119635

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-11-04

Як цитувати

Свинчук, О. В., & Клименко, Я. В. (2024). АНАЛІЗ СУЧАСНИХ ЗАСОБІВ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ТЕПЛООБМІНУ ТА ГІДРОДИНАМІКИ ПЕРЕБІГУ РІДИН У ТРУБАХ. Інфокомунікаційні та комп’ютерні технології, 1(07), 92-98. https://doi.org/10.36994/2788-5518-2024-01-07-13