Как системное моделирование может способствовать процессам изучения, создания и эксплуатации продукции различных отраслей промышленности?

Развитие любой отрасли промышленности неотрывно связано с усовершенствованием внутренних технологий за счет более качественного и углубленного анализа физических процессов, конструкций и систем, связанных с этой отраслью. Изучение может быть как экспериментальным, так и математическим, при этом на смену аналитическим методикам, практически повсеместно, приходит математическое моделирование путем конечно-элементного анализа, конечно-объемного и прочих видов.

При всем при этом, само слово «изучение» вовсе не подразумевает исключительно академическую строгость и лабораторную чистоту. Это может быть и самый обычный анализ трубопроводной системы, ее характеристик, параметров. Под слово изучение данный анализ попадает потому, что этой самой системы может и не быть. Она может быть как раз на этапе проектирования или вовсе в головах проектантов.

Проектирование трубопроводной системы трудный процесс, требующий большого количества времени и учета огромного спектра нюансов. Ошибка в таком сложном деле чревата значительными финансовыми затратами. Как пример, отсутствие или малый напор у потребителя – результат неправильно спроектированной системы (а потребителем может быть и атомная электростанция). Следовательно, систему следует либо видоизменить, либо закупить новые насосы. Обычно склоняются ко второму варианту, поскольку первый очень трудозатратный.

Для решения таких задач и во избежание непродуктивных затрат сейчас активно используется и развивается системное или одномерное моделирование. Системное моделирование чаще используется зарубежными компаниями, однако уже начинает проявляться и в России.

Универсальные решения 1D-вычислительной гидродинамики (CFD) предназначены для моделирования и анализа механики жидкости в сложных системах трубопроводов любого масштаба. При этом, данный подход используется компаниями в самых разных отраслях промышленности, чтобы сократить время разработки и стоимость их термогидравлических систем. Примеры отраслей применения:

Аэрокосмическая и оборонная промышленность:

• Экологический климат-контроль;
• Топливные системы;
• Гидравлические системы;
• Системы смазки;
• Вспомогательные жидкостные системы.

Автомобильная промышленность:

• VTMS (системы терморегулирования автомобилей);
• Топливные системы;
• Выхлопные системы;
• Восстановление отработанного тепла (ORC).

Процесс производства:

• Системы охлаждения;
• Компрессорные станции;
• Инфраструктура;
• Системы смазки;
• Пожаробезопасность.

Энергетика:

• Газовые турбины;
• Восстановление отработанного тепла (ORC);
• Системы охлаждения;
• Возобновляемая энергия;
• Двухфазный режим течения.

На рисунках 1-4 изображены примеры систем, работу которых возможно имитировать при помощи программ одномерного моделирования.

Возможности программ по вычислению гидродинамики потока в 1D-постановке полностью закрывают большинство сложных вопросов при проектировании трубопроводных систем:

• Имитации скачков давления (гидравлический удар);
• Определение температуры и расхода жидкости для всей системы;
• Подбор компонентов системы: как изменения конструкции, размеров компонентов, условий эксплуатации будут влиять на общую производительность системы;
• Переходные процессы, в том числе, останов насоса;
• Учет несжимаемых и сжимаемых сред.

На рисунке 5 изображен пример топливной системы самолета, выполненной в программе 1D-моделирования.