РАЗРАБОТКА ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА КОНДЕНСАТОРА СМЕШЕНИЯ С КАСКАДНОЙ ФОРСУНКОЙ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ FLOW VISION

Введение

В современном мире технологии цифрового моделирования переживают настоящий прорыв, открывая новые горизонты для промышленности. Концепция цифровых двойников уверенно завоевывает позиции в самых разных сферах: от высокоточного машиностроения до масштабных энергетических проектов и сложного нефтегазоперерабатывающего оборудования.

Сущность технологии заключается в создании детальных виртуальных копий реальных объектов. Эти цифровые копии не просто воспроизводят внешний вид или базовую функциональность – они способны в режиме реального времени отражать все процессы и изменения, происходящие с физическим аналогом. Более того, связь между материальным объектом и его цифровой моделью не обрывается после создания – она становится постоянным каналом обмена информацией на протяжении всего жизненного цикла изделия.

Уникальность подхода заключается в том, что цифровой двойник выступает не просто как инструмент проектирования, а как комплексный помощник на всех этапах существования продукта. От первоначальной разработки концепции до финальной утилизации – на каждом этапе виртуальная модель помогает оптимизировать процессы, предотвращать возможные проблемы и повышать эффективность использования оборудования.

Инновационный подход к созданию цифровых двойников позволяет не только совершенствовать существующие технологии, но и закладывать фундамент для будущих прорывов в области промышленного производства. Это делает технологию не просто инструментом оптимизации, а настоящим катализатором технологического прогресса в индустрии.

В данной статье рассматривается процесс разработки цифрового двойника конденсатора смешения с каскадной форсункой.

Конденсатор смешения: особенности и применение

Конденсатор-это теплообменный аппарат, в котором осуществляется процесс конденсации, фазового перехода теплоносителя из парообразного состояния в жидкое за счет отвода тепла более холодным теплоносителем.
Их основное преимущество заключается в высокой скорости конденсации и компактности конструкции, что делает их востребованными в условиях ограниченного пространства и высоких тепловых нагрузок. Однако традиционные конструкции конденсаторов смешения имеют ряд ограничений, таких как низкая эффективность теплообмена при высоких расходах пара, неравномерное распределение жидкости и повышенное гидравлическое сопротивление. Эти проблемы стимулируют поиск новых инженерных решений, одним из которых является использование каскадных форсунок.

Конденсатор смешения представляет собой цилиндрический корпус, в котором находится форсунка, при помощи которой происходит разбрызгивание по корпусу охлаждающей жидкости. Конденсаторы смешения применяются в различных отраслях, где требуется эффективное охлаждение и конденсация паров.

Разработка цифрового двойника

Цифровой двойник является точной копией конкретного реального объекта, которая отражает его структуру, работоспособность. Процесс разработки цифрового двойника делится на несколько этапов - это исследование объекта, построение модели; инженерный анализ в CAE.

1. Исследование объекта.

Этот этап предшествует разработке только в том случае, если у цифрового двойника есть реальный прототип-например, работающее на предприятие. На этом этапе осуществляется сбор данных об оборудовании, таких как: рабочие параметры (режим работы), конструктивные параметры (размеры, материалы) и условия эксплуатации.

2. Построение модели.

В этом этапе на основе собранных данных об оборудовании создается трехмерная модель конденсатора смешения с каскадной форсункой с использованием программного обеспечения CAD (Computer-Aided Design). В качестве CAD используем программный комплекс КОМПАС-3D. На рисунке 1 изображена готовая 3D модель конденсатора смешения с каскадной форсункой.

Рисунок 1. 3D модель конденсатора смешения с каскадной форсункой

3. Инженерный анализ в CAE.

Для анализа была выбрана программа FlowVision. FlowVision - это инновационная российская разработка в области вычислительной аэро-, гидро- и газовой динамики. FlowVision делает моделирование сложных процессов простым и доступным для широких масс конструкторов, инженеров и ученых:

- Быстрые, точные и робастные модели;

- Автоматическое построение расчетной сетки;

- Русскоязычный интерфейс, документация и техническая поддержка;

- Многодисциплинарные расчеты;

- Наглядное представление результатов.

Результаты расчетов численной модели каскадной форсунки представлены ниже.

Рисунок 2. Разбрызгивание воды  

Рисунок 3. Распределение температуры и направление векторов скорости газа на плоскости ZY

Рисунок 4. Цветовой контур и вектор скорости жидкости

Заключение

На основе программного комплекса Flow Vision была разработана численная модель конденсатора смешения с каскадной форсункой, описывающая конвективный теплообмен, процесс теплопередачи происходит путем непосредственного контакта газа с охлаждающей жидкостью. Созданного цифрового двойника можно использовать, как действенный инструмент для увеличения эффективности конденсатора смешения без физических затрат за счёт модернизации конструкции аппарата и изменения гидродинамических свойств.