An application of hybrid simulation algorithm for a research of the disposal system of noxious gases in aluminium production
The article deals with the problem of flow-rate balance in the disposal system of noxious gases from an industrial building of aluminum production. This system appears to be a highly branched network about 2 kilometers long, with the baths arranged into several groups of a various number of baths in each. Our team set a problem aimed at evaluating the possibility of the flow balance between the groups so that the each bath could fall within a fixed volume of the removable gas. Normally, the modeling of such problems applies methods of the theory of hydraulic circuits, which requires the system to be a set of nodes and branches. However, the considered system includes a gathering manifold of a complex geometry, which cannot be represented as a set of network elements. Thus, the solving of the problem was carried out using an original 1D/3D hybrid algorithm intended for solving of the multiscale problems of hydrodynamics. A particular feature of this algorithm, based on a SIMPLE procedure, is a common equation for the pressure correction calculated for the entire computational region. The unification of two parts of the problem in the pressure field allows providing a coherence of the solution, a rapid convergence, and a high speed of calculations in comparison with the usual methods of solving such (multiscale) problems, which suppose the separate use of the spatial and network models interrelated with a data exchange on the contact boundary. As a result of the calculation, the hydraulic resistance of the balancing shutter and the total evacuation in a gas purification system for the balanced version have been determined.
Keywords
gas purification system,
1D/3D hybrid method,
theory of hydraulic circuits,
CFD,
numerical modeling,
система газоудаления,
гибридный lD/ЗО-алгоритм,
теория гидравлических цепей,
вычислительная гидродинамика,
численное моделированиеAuthors
| Filimonov Sergey A. | TORINS Ltd. | bdk@inbox.ru |
| Neob"yavlyayushchiy Pavel A. | TORINS Ltd. | neopan14@yandex.ru |
| Mikhienkova Evgeniya I. | Siberian Federal University | mihienkova_evgeniya@mail.ru |
Всего: 3
References
Руководящий документ. Охрана природы. Атмосфера. Требования к точности контроля промышленных выбросов. Методические указания. РД 52.04.59-85.
Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992.
Menter F.R. Zonal Two Equation k-ю Turbulence Models for Aerodynamic Flows // AIAA Paper. 1993. V. 93-2306. DOI: 10.2514/6.1993-2906.
Цибульский В.В. и др. Методическое пособие по аналитическому контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. СПб., 2012.
Филимонов С.А., Дектерев А.А., Бойков Д.В. Гибридный подход для решения задач ТГЦ, содержащих пространственные элементы // Трубопроводные системы энергетики: математическое и компьютерное моделирование. С. 46-55. 2014.
Гаврилов А.А., Минаков А.В., Дектерев А.А., Рудяк В.Я. Численный алгоритм для моделирования ламинарных течений в кольцевом канале с эксцентриситетом // Сиб. журн. индустр. матем. 2010. Т. 13. № 4. С. 3-14. DOI: 10.1134/S1990478911040119.
Дектерев А.А., Гаврилов А.А., Минаков А.В. Современные возможности Сfd кода sigmaFlow для решения теплофизических задач // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии: сб. статей. 2010. Вып. 2(4). С. 117-122.
Минаков А.В. Численный алгоритм решения задач гидродинамики c подвижными границами и его тестирование // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2014. Т. 24. № 10. С. 61-72. DOI: 10.7868/S0044466914100111.
Необъявляющий П.А., Дектерев А.А., Литвинцев К.Ю. Исследование сложного теплообмена в многокомпонентных газовых смесях в приложении к устройствам сжигания и транспортировки анодных газов электролизного производства алюминия // XIV Минский международный форум по тепломассообмену: тезисы докладов и сообщений. 2012. № 1. С. 214-216.
Необъявляющий П.А., Дектерев А.А., Гаврилов А.А., Сторожев Ю.И. Расчетно-экспериментальное исследование горелочного устройства по дожиганию анодного газа // Теплофизика и аэромеханика. 2007. Т. 14. № 1. С. 51-160.
Буркат B.C., Друкарев В.А. Сокращение выбросов в атмосферу при производстве алюминия. СПб., 2005.
Сторожев Ю.И., Куликов Б.П. Пылегазовые выбросы алюминиевых электролизеров с самообжигающимися анодами: монография. Красноярск: Сиб. фед. ун-т, 2012.
Филимонов С.А., Дектерев А.А., Сентябов А.В, Минаков А.В. Моделирование сопряженного теплообмена в системе микроканалов при помощи гибридного алгоритма // Сиб. журн. индустр. матем. Т. 18. № 3. С. 86-97. 2015. DOI 10.17377/sibjim.2015.18.309.
Филимонов С.А., Дектерев А.А., Бойков Д.В. Численное моделирование кожухотрубча-того теплообменника с помощью гибридного алгоритма // Тепловые процессы в технике. 2014. № 8. С. 86-97.
D'Angelo C. Multiscale 1d-3d models for tissue perfusion and applications // 5th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS 2008). 2008.
Бойков Д.В. Филимонов С.А. Моделирование системы смазки редуктора хода экскаватора // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2010. T. 3. № 4. С. 454-462.
Филимонов С.А., Дектерев А.А., Бойков Д.В. Использование комплексного подхода при исследовании и оптимизации режимов работы систем газоходов // Трубопроводные системы энергетики: Методические и прикладные проблемы моделирования. 2015.
Twigt D., de Goede E., Zijl F., Chiu A.Y.W. Coupled 1d-3d hydrodynamic modelling, with application to the pearl river delta // Ocean Dynamics. 2009. V. 59. P. 1077-1093. DOI: 10.1007/s10236-009-0229-y.
Воеводин А.Ф. Никифоровская В.С. Численное моделирование неустановившихся гидротермических процессов в водных объектах // Международная конференция «Современные проблемы прикладной математики и механики: теория, эксперимент и практика», посвященная 90-летию со дня рождения академика Н.Н. Яненко, 2011.
Добросердова Т.К. Численное моделирование кровотока при наличии сосудистых им-плантатов или патологий: дис.. канд. физ.-мат. наук. 2013.
Harvey Ho. et al. A hybrid 1d and 3d approach to hemodynamics modelling for a patient-specific cerebral vasculature and aneurysm // Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention - MICCAI 2009. Lecture Notes in Computer Science. 2009. V. 5762. P. 323-330.
Formaggia L., Nobile F., Quarteroni A., Veneziani A. Multiscale modelling of the circulatory system: a preliminary analysis // Computing and Visualization in Science. 1999. V. 2. P. 75-83. DOI: 10.1007/s007910050030.
Быстров Ю.А., Исаев С.А., Кудрявцев Н.А., Леонтьев А.И. Численное моделирование вихревой интенсификации теплообмена в пакетах труб. СПб.: Судостроение, 2005.
Андерсон Д., Таннехиж Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. М.: Мир, 1990.
Ferziger J.H., Peric М. Computational Methods for Fluid Dynamics 3, rev. edition. Springer, 2002.
Уилсон Р. Введение в теорию графов. М.: Мир, 1977.
Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1980.
Новицкий Н.Н., Сеннова Е.В., СухаревМ.Г. и др. Гидравлические цепи. Развитие теории и приложения. Новосибирск: Наука, 2000.
Хасилев В.Я.,Меренков А.П. Теория гидравлических цепей. М.: Наука, 1985.
