МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ТА ЧИСЕЛЬНИЙ АНАЛІЗ ТЕПЛООБМІНУ В ТВЕРДИХ ТІЛАХ СКЛАДНОЇ ФОРМИ
DOI:
https://doi.org/10.15407/scine21.05.097Ключові слова:
чисельне моделювання, теплообмін, теплопровідність, тверде тіло складної форми, ізотерми, температурне полеАнотація
Вступ. Через надзвичайні ситуації можуть виникати вибухи, які супроводжуються виділенням температури та хвилями тиску, що руйнують конструкції на своєму шляху, спричиняючи пожежі.
Проблематика. Моделювання теплообміну в твердих тілах складної форми є актуальним завданням, оскільки
прогнозування розподілу температурних полів можливо використовувати при проєктуванні захисних споруд. Тому створення нової математичної моделі, яка адекватно описує перехідні теплові процеси у твердих тілах, розробка ефективного методу розв’язання задачі та його реалізація у вигляді сучасної інформаційної системи, яка може бути використана в інженерних цілях для аналізу та прогнозування, є доцільним.
Мета. Математичне моделювання нестаціонарних температурних полів у твердих тілах в області значних температурних градієнтів, які виникають при аварійних вибухах газових сумішей.
Матеріали й методи. Чисельне моделювання нестаціонарних процесів теплообміну в багатозв’язаних твердих тілах складної форми, оточених теплопровідним газоподібним середовищем, виконано на основі єдиного кінцево-різницевого алгоритму.
Результати. Розглянуто спільну пряму задачу течії суцільного газоподібного середовища, теплообміну між газом і твердим тілом та теплопровідності всередині твердого тіла. Математична модель враховує просторовий характер перенесення маси, імпульсу й енергії, а також складну форму обтічних твердих тіл. Її перевірено через порівняння з аналітичними рішеннями тестових задач для нескінченної сталевої пластини. Отримано тривимірні температурні поля у просторових твердих тілах у вигляді різних примітивів, а також їхніх комбінацій. Проведено розрахунки теплообміну в лопатці турбіни суцільного перерізу, обладнаної порожнинами охолодження.
Висновки. Cтворену нову математичну модель може бути використано в інженерних цілях для аналізу та прогнозування. Тривимірні температурні поля можуть слугувати для оцінки термічного напруженого стану твердих тіл, а також характеристик міцності конструкцій, що знаходяться в зоні ударно-імпульсної дії високого надлишкового тиску внаслідок аварійного вибуху газових сумішей на промислових об’єктах.
Завантаження
Посилання
Skob, Y., Ugryumov, M., G ranovskiy, E. (2023). Numerical Evaluation of Wind Speed Influence on Accident Toxic Spill Consequences Scales. Environ.Clim. Technol., 27(1), 450—463. https://doi.org/10.2478/rtuect-2023-0033
Kovalov, A., Otrosh, Y . , Vedula, S., Danilin, О., Kovalevska, T. (2019). Parameters of fire-retardant coatings of steel constructions under the influence of climatic factors. Scientific Bulletin of National Mining University, 3, 46—53. https://doi.org/10.29202/nvngu/20193/9
Skob, Y., Ugryumov, M., Granovskiy, E. (2019). Numerical Evaluation of Probability of Harmful Impact Caused by Toxic Spill Emergencies. J. Environ. Clim. Technol., 23, 1—1. https://doi.org/10.2478/rtuect-2019-0075
Skob, Y., Ugryumov, M., G ranovskiy, E. (2021). Numerical assessment of hydrogen explosion consequences in a mine tunnel. Int. J. Hydrog. Energy., 46, 12361—12371. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.09.067
Skob, Y., Ugryumov, M., Dreval, Y. (2020). Numerical Modelling of Gas Explosion Overpressure Mitigation Effects. Materials Science Forum, 1006, 117—122. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1006.117
Кorytchehko, K., Ozerov , A., Vinnikov, D., Skob, Y., Dubinin, D., Meleshchenko, R. (2018). Numerical simulation of influence of the non-equilibrium excitation of molecules on direct detonation initiation by spark discharge. Probl. At. Sci. Technol., 116, 194—199. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/147358 (Last accessed: 20.05.2025).
Skob, Y., Yakovlev, S., Korobchynskyi, K., Kalinichenko, M. (2023). Numerical Assessment of Terrain Relief Influence on Consequences for Humans Exposed to Gas Explosion Overpressure. Computation, 11(2), 19. https://doi.org/10.3390/computation11020019
Skob, Y., Ugryumov, M. , Dreval, Y., Artemiev, S. (2021). Numerical Evaluation of Safety Wall Bending Strength during Hydrogen Explosion. Materials Science Forum, 1038, 430—436. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1038.430
Dveirin, O. Z., Andree v, O. V., Kondrat’ev, A. V., Haidachuk, V. Ye. (2021). Stressed State in the Vicinity of a Hole in Mechanical joint of Composite Parts. International Applied Mechanics, 57, 234—247. https://doi.org/10.1007/s10778- 021-01076-4
Surianinov, M., Andron o v, V., Otrosh, Y., Makovkina, T., Vasiukov, S. (2020). Concrete and Fiber Concrete Impact Strength. Materials Science Forum, 1006, 101—106. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1006.101
Kovalov, A., Otrosh, Y., Surianinov, M., Kovalevska, T. (2019). Experimental and Computer Researches of Ferroconcrete Floor Slabs at High-Temperature Influences. Materials Science Forum, 968, 361—367. https://doi.org/10.4028/www. scientific.net/MSF.968.361
Kondratiev, A., Píštěk , V., Smovziuk, L., Shevtsova, M., Fomina, A., Kučera, P. (2021). Stress-Strain Behaviour of Reparab le Composite Panel with Step-Variable Thickness. Polymers, 13(21), 3830. https://doi.org/10.3390/polym13213830
Kovalov, A., Otrosh, Yu., Kovalevska, T., Safronov, S. (2019). Methodology for assessment of the fire-resistant quality of reinforced-concrete floors protected by fire-retardant coatings. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (20—22 November 2019, Kharkiv, Ukraine), 708(1), 012058. https://doi.org/10.1088/1757-899X/708/1/012058
Kondratiev, A., Gaidac huk, V. (2019). Weight-Based Optimization of Sandwich Shelled Composite Structures with a Honeycomb Filler. East.-Eur. J. Enterp. Technol., 1(1), 24—33. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.154928
Bashynska, O., Otrosh, Y., Holodnov, O., Tomashevskyi, A., Venzhego, G. (2020). Methodology for calculating the technical state of a reinforced-concrete fragment in a building influenced by high temperature. Materials Science Forum, 1006, 166—172. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1006.166
Krutii, Y., Kovrov, A., Otrosh, Y., Surianinov, M. (2020). Analysis of Forced Longitudinal Vibrations of Columns Taking into Account Internal Resistance in Resonance Zones. Materials Science Forum, 1006, 79—86. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1006.79
Kovalov, A., Purdenko, R., Otrosh, Y., Tоmеnkо V., Rashkevich, N., Shcholokov, E., Pidhornyy, M., Zolotova, N., Suprun, O. (2022). Assessment of fire resistance of fireproof reinforced concrete structures. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(1(119)), 53—61. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.266219
Chen, W. (2023). Hydro dynamic heat transfer in solids. Int. J. Heat Mass Transf., 215, 124455. https://doi.org/10.1016/ j.ijheatmasstransfer.2023.124455
Wyczółkowski, R. (2021 ) . Experimental Investigations of Effective Thermal Conductivity of the Selected Examples of Steel Porous Charge. Solids, 2(4), 420—436. https://doi.org/10.3390/solids2040027
Kozhukhar, A., Bilous, P . (2015). Practical methods of calculating the autoclaves thermal stresses at building industry. Odes’kyi Politechnichnyi Universytet. Pratsi, 2(46), 46—50. https://doi.org/10.15276/opu.2.46.2015.09
Brunetkin, А. (2014). In tegrated approach to solving the fluid dynamics and heat transfer problems. Odes’kyi Politechnichnyi Universytet. Pratsi, 2(44), 108—115. https://doi.org/10.15276/opu.2.44.2014.21
Pandey, R. (2017). App r oximate Solution of One-dimensional Heat Conduction Problem. Int. j Res. Appl. Eng. Sci. Tech., 5(X), 178—183. https://doi.org/10.22214/ijraset.2017.10029
Brovka, G., Sychevskii , V. (1999). Calculation of temperature fields and thermal conductivity in structurized systems. J. Eng. Phys. Thermophys, 72, 579—585.
Men’shikov, V., Skob, Y., Ugryumov, M. (1991). Solution of the three-dimensional turbomachinery blade row flow field problem with allowance for viscosity effects. Fluid Dynamics, 26(6), 889—896.
Toro, E. (2001). Godun o v Methods. Theory and Applications. Springer, New York.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Положення про авторські права Автори, які публікуються у журналі «Наука та інновації», погоджуються на такі умови: Автори зберігають авторські права та надають журналу право першої публікації. Автори можуть вступати в окремі, додаткові договірні угоди для не ексклюзивного розповсюдження надрукованої у журналі «Наука та інновації» версії своєї роботи (статті) (наприклад, розмістити її в інституційному сховищі або опублікувати в своїй книзі), із підтвердженням її первинної публікації у журналі «Наука та інновації». Авторам дозволено розміщувати свою роботу в Інтернеті (наприклад, в інституційних сховищах або на їх веб-сайті).
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
