Кузьмин В.Д.
РАССМОТРЕНИЕ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ НА РАСХОД ИНФИЛЬТРАЦИОННОГО СТОКА С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ANSYS CFX *
Аннотация:
статья посвящена исследованию взаимного влияния трубопроводов на инфильтрационный сток с помощью моделирования процесса в программном комплексе ANSYS CFX (Computational Fluid Dynamics). В статье описывается моделирование фильтрации в водонасыщенном пласте грунта, где размещены две трубы с щелевым отверстием. Произведено сравнение моделей с одной трубой и двумя, дана оценка расходов, поступающих в трубы через щелевое отверстие
Ключевые слова:
ANSYS CFX, инфильтрационный сток, расчет водоприемной способности
УДК 628.2.
Кузьмин В.Д.
студент
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
(г. Санкт-Петербург, Россия)
РАССМОТРЕНИЕ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ
НА РАСХОД ИНФИЛЬТРАЦИОННОГО СТОКА
С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ANSYS CFX
Аннотация: статья посвящена исследованию взаимного влияния трубопроводов на инфильтрационный сток с помощью моделирования процесса в программном комплексе ANSYS CFX (Computational Fluid Dynamics). В статье описывается моделирование фильтрации в водонасыщенном пласте грунта, где размещены две трубы с щелевым отверстием. Произведено сравнение моделей с одной трубой и двумя, дана оценка расходов, поступающих в трубы через щелевое отверстие.
Ключевые слова: ANSYS CFX, инфильтрационный сток, расчет водоприемной способности.
Ведение
Инфильтрация в контексте этой статьи будет подразумевать собой поступление грунтовых вод в безнапорные трубопроводы и сооружения водоотводящей сети через различные неплотности конструкции, возникающие как в процессе эксплуатации, так и в ходе строительства [6].
Существующие методики расчета инфильтрационного стока не описывают физику процесса, а дают лишь количественную оценку расхода на основании общих данных, так можно примером является формула, приведенная в [7].
Наиболее близкий по сути к инфильтрации – процесс дренирования или водопонижения территории, где в методиках расчета учитывается взаимное влияние трубопроводов [4]. Цель этой статьи – смоделировать 2 трубы водоотводящей сети имеющих одинаковое щелевое отверстие в 5 мм и оценить расход, поступающий в каждую.
Методы
ANSYS CFX (Computational Fluid Dynamics) – программный комплекс, позволяющий моделировать протекание различных процессов с помощью метода конечных элементов [3]. Он позволяет моделировать процессы фильтрации в заданной среде и получать численные значения различных параметров.
В модели построена толща водо-насыщенного грунта толщиной 200 мм, в ней размещено 2 трубы на расстоянии 1,5 м в свету с щелевым отверстием в 5 мм (см. рис.1.). Расчетная модель разбита на 3 типа областей с разными характеристиками.
Эта область относиться к воздушной составляющей над поверхностью грунта и в трубе.
В этой области параметры, характеризующие пористую, изотропную среду будут следующими: объемная пористость (Volume porosity) равная для песков 0,6 и проницаемость (Permeability), которая для песков составляет 1,2∙10-10.
Время расчета ограничено в 60 с. с шагом в 1 секунду. Было проведено 2 расчета, один с двумя трубами, второй с одиночной трубой, вторая в этом случае просто не обозначена в характеристиках. Результаты расхода (Mass Flow), поступающего в трубы найденые с помощью функции Calculator в модели, приведены в таблице 1.
Рис.1. Условная схема расчетного моделирования
Результаты моделирования
Рис.2. Векторы скоростей: А- общий вид; Б- в области водоприемного отверстия
Рис.3. Линии тока процесса фильтрации
Таблица 1. Результаты расчета расхода, поступающего в трубу
|
Расход в каждую трубу, при размещении 2х труб, л/с на 1 м |
Расход при одиночном размещении трубы, л/с на 1м |
|
0,01526 |
0,01624 |
Обсуждение результатов
Оценим результаты моделирования, применяя формулу для вычисления расхода, поступающего через заданную щель в дренажную трубу [9]:
(1)
Где:
- ширина щели;
– диаметр трубы;
-длина дрены.
- глубина от поверхности.
Таблица.2. Результаты расхода, поступающего в трубу по формуле (1)
|
D, м |
, м |
, м/сут |
H |
Q, м3/ч |
Q, л/с |
|
0,2 |
0,05 |
20 |
1,5 |
24,97324 |
0,000000289 |
Как видно из таблицы результат расхода, поступающего в трубу через щель шириной 5 мм много меньше того, который получается в результате моделирования, что говорит о некорректных результатах моделирования.
При изменении объемная пористости (Volume porosity) и проницаемость (Permeability) результаты моделирования все-равно не удается добиться результатов, близких к таблице.
Выводы
При моделировании процессов фильтрации стоит строго подходить к верификации результатов моделирования, потому как ANSYS CFX (Computational Fluid Dynamics) изначально не имеет заложенного материала в виде грунта, то моделирование пористых материалов может быть не корректным. Однако данные моделирования можно использовать для визуализации процессов фильтрации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Номер журнала Вестник науки №6 (63) том 2
Ссылка для цитирования:
Кузьмин В.Д. РАССМОТРЕНИЕ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ НА РАСХОД ИНФИЛЬТРАЦИОННОГО СТОКА С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ANSYS CFX // Вестник науки №6 (63) том 2. С. 723 - 728. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/8877 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+