Оценка возможности выравнивания температуры жидкости в гидронивелире путём перемешивания
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2018.11.2.16Ключевые слова:
гидростатический нивелир, смеситель, тепломассоперенос, теплоотдачаАннотация
Измерительные системы на основе гидростатического нивелирования в идеальных условиях позволяют достичь микронной точности при определении вертикальных перемещений. Неоднородные и непостоянные во времени условия окружающей среды вносят значительный вклад в погрешность измерения. Одним из способов повышения точности результатов является выравнивание температуры жидкости в гидронивелире за счет её перемешивания перед проведением замеров. В данной работе оценивается возможность осуществления этой операции с помощью принудительной циркуляции жидкости. С этой целью решается модельная задача циркуляционного течения, создаваемого насосом в упрощённом аналоге гидронивелира, с учётом теплопередачи через стенку шланга. Динамика жидкости описывается усреднёнными по Рейнольдсу уравнениями Навье-Стокса, которые замыкаются моделью переноса сдвиговых напряжений Ментера. Получаемые аналитически значения коэффициентов теплоотдачи на боковой поверхности шланга уточняются на основе экспериментов при двух значениях расхода текущей воды. Изменение температуры находится из численного решения связанной задачи теплопереноса методом конечных объёмов. В тестовом примере, где две части гидронивелира располагаются в зонах с существенно отличающейся температурой, вычислена пространственная неоднородность температурного поля в зависимости от времени. Определена продолжительность перемешивания, достаточная для достижения близкого к однородному распределения температуры текущей жидкости в шланге при различных объёмах соединённого с гидронивелиром смесителя. Предложенный подход будет полезным при использовании в реальных внешних условиях для подбора подходящих параметров работы: расхода насоса, времени перемешивания и объёма смесительного бака. Найденное путём расчёта поле температуры может служить основой для оценки достижимой точности измерительной системы.
Скачивания
Библиографические ссылки
Chen Z.J., Zhang N.N., Zhang X.W. Settlement monitoring system of pile-group foundation // J. Cent. South Univ. Technol. – 2011. – Vol. 18, no. 6. – P. 2122-2130. DOI
Volk J., Hansen S., Johnson T., Jostlein H., Kiper T., Shiltsev V., Chupyra A., Kondaurov M., Medvedko A., Parkhomchuk V., Singatulin S., Stetler L., Van Beek J., Fratta D., Roberts J., Wang H. Hydrostatic level sensors as high precision ground motion instrumentation for Tevatron and other energy frontier accelerators // J. Instrum. – 2012. – Vol. 7. – P01004. DOI
Yin Z.Z. Application of hydrostatic leveling system in metro monitoring for construction deep excavation above shield tunnel // Appl. Mech. Mater. – 2013. – Vols. 333-335. – P. 1509-1513. DOI
Shardakov I.N., Shestakov A.P., Tsvetkov R.V., Yepin V.V. The hydrostatic level method for continuous monitoring of building foundations // Solid State Phenom. – 2016. – Vol. 243. – P. 105-111. DOI
Meier E., Geiger A., Ingensand H., Licht H., Limpach P., Steiger A., Zwyssig R. Hydrostatic levelling system: measuring at the system limits // J. Appl. Geodes. – 2010. – Vol. 4, no. 2. – P. 91-102. DOI
Tsvetkov R.V., Yepin V.V., Shestakov A.P. Numerical estimation of various influence factors on a multipoint hydrostatic leveling system // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. – 2017. – No. 208. – 012046. DOI
Гусев Г.Н., Епин В.В., Цветков Р.В. О некоторых проблемах измерительных систем на основе гидростатического нивелирования при долговременных измерениях // Вестник ПНЦ. – 2017. – № 4. – С. 70-76.
Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. – М.: Дрофа, 2003. – 840 с.
Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA J. – 1994. – Vol. 32, no 8. – P. 1598-1605. DOI
ANSYS CFX-Solver Theory Guide. Release 18.1. – 2017. – 364 p.
Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. – 288 с.
Eymard R., Gallouët T., Herbin R. The finite volume method // Handbook of Numerical Analysis, Vol. 7 / Ed. P.G. Ciarlet, J.L. Lions. – Elsevier, 2000. – P. 713-1018. DOI
Аникеев А.А., Молчанов А.М., Янышев Д.С. Основы вычислительного теплообмена и гидродинамики: учебное пособие. – М.: URSS, 2010. – 152 с.
Бухмиров В.В. Расчёт коэффициента конвективной теплоотдачи (основные критериальные уравнения). – Иваново: Изд-во ИГЭУ, 2007. – 39 с.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2018 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.