Моделирование процесса работы отопительного прибора с нижним подключением посередине в программной среде ЛОГОС

Нижняя система подключения отопительных приборов, хотя и имеет свои недостатки, имеет способы компенсировать их за счёт своих преимуществ перед прочими системами подключения, к которой и подключаются рассматриваемые нами декор-радиаторы с нижним подключением посередине [1].

В программе SolidWorks была создана 3d-модель отопительного прибора с нижним подключением посередине на базе прибора от производителя Arbonia модели Arbonia 2180/06 N96 (рис. 1).

Рис. 1. Вид спереди отопительного прибора с нижним подключением посередине фирмы Arbonia

Упрощенная и усеченная до двух секций 3d-модель радиатора, которая была смоделирована, представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Упрощенная модель отопительного прибора, смоделированная на базе SolidWorks; Вид – спереди, сбоку

Коллектор состоит из: секции (1) – основная часть, использованный материал сталь; заглушки левые (2), заглушки правые (3). Труба на входе (4) и выходе (5) с отверстиями и резьбой для подсоединения сгона и трубы.

В качестве исходных данных принято:

Теплоноситель – вода. Температура теплоносителя – 340 К, скорость теплоносителя на входе 0,5 м/с, температура стенок отопительного прибора – 280 К. Помимо этого, из настраиваемых параметров физической модели были выбраны только энергия и гравитация.

Логос Препост Аэро-Гидро предназначен для импорта геометрических моделей, анализа их качества, редактирования, подготовки сеточных моделей для задач аэрогидродинамики, задания начальных и граничных условий, параметров счета, запуска моделирования и контроля за его ходом [2]. После загрузки геометрии в программу, в проекте настраиваются регионы, объединяются границы стенок, выделяется входящий и выходящий патрубки. Затем задаются расчётные параметры и строится расчётная сетка. Изначально планировалось вести расчёты на додекаэдральной сетке, однако это сильно задерживало процесс и было принято решение перестроить сетку на более простую в расчётах – блочную. На рис. 3 представлена часть прибора с распределением многогранной сетки для модели устройства. Количество ячеек – 119958 шт.

Рис. 3. Распределение сетки на участке в 3d модели отопительного прибора

В последующих пунктах приведены результаты моделирования процесса циркуляции теплоносителя в отопительном приборе с нижним подключением посередине с отображёнными характеристиками движения теплоносителя, скоростей, температуры.

Начало работы в программе начинается с внесения данных, необходимых для расчёта. Далее представлены скриншоты из программы с заданными параметрами (рис. 4–9).

Рис. 4. Заданные параметры физической модели

Рис. 5. Заданные параметры физической модели, раздел энергии

Рис. 6. Заданные параметры вещества

Рис. 7. Заданные параметры вещества, раздел Н2О

Рис. 8. Заданные параметры регионов

Рис. 9. Заданные параметры границ

При проведении предварительных просчетов модели отопительного прибора в программе ЛОГОС возникла сложность получения корректного конечного результата. Первоначально показания не выравнивались, выдавалась частая ошибка о предельном значении давления в системе.

Помимо этого, для достижения сходимости задачи были отключены некоторые характеристики, замедляющие расчёт. В конечном итоге выяснилось, что в заданных параметрах для расчётов имеются неточности: по итоговым результатам заметно, что теплоносителю чего-то не хватает, т. к. чаще всего он идёт по пути наименьшего сопротивления и предпочитает не течь наверх, полностью распределяясь по радиатору, а сразу вытекать через выходящий патрубок. Неизвестно, является ли это конструктивной неточностью или программной ограниченностью.

Далее в работе будут представлены графические результаты получившихся расчётов после моделирования.

Рис. 10. Распределение теплоносителя внутри радиатора

Рис. 11. Отображение потока теплоносителя вид – перспектива

Рис. 12. Отображение распределения температуры в отопительном приборе

Исходя из полученных изображений процессов, можно сделать вывод, что теплоносителю не хватает возможностей для осуществления подъёма воды вверх по радиатору, поэтому он перемешивается в нижней трубе и уходит в выходящий патрубок. Программа ЛОГОС самостоятельно закончила расчёты, достигнув 1556 итераций, что может говорить о том, что в задачу необходимо привнести уточнения, чтобы достигнуть желаемого результата.

В статье была проведена работа над исследованием математической модели радиатора. В ходе работы были выявлены недочёты программы, над которыми в обозримом будущем будет проводиться работа по исправлению. Программа имеет потенциал для оптимизации работы проектировщиков и инженеров и может применяться ими для ускорения и упрощения работы, в особенности в условиях необходимости защиты разработок предприятий от санкций.