Адекватное описание явлений при передаче тепла является чрезвычайно важной задачей для энергетической отрасли как в теоретическом плане, так и с позиций практического использования тепловых процессов. Классический подход к моделированию передачи тепла в сплошной среде предполагает использование уравнений теплопроводности, в которых теплофизические характеристики материалов обычно являются константами. В ряде случаев это является грубым допущением, особенно при рассмотрении процессов горения твердых тел. Учет влияния температуры на характеристики материалов приводит к необходимости исследовать нелинейные уравнения, что вызывает значительные вычислительные сложности. В этой связи становится целесообразным использовать принципиально иные подходы к моделированию теплопроводности, одним из которых являются модели на основе систем клеточных автоматов. Материалы и методы: Использованы дискретные динамические модели в виде систем детерминированных клеточных автоматов. При этом сплошная среда рассматривается как совокупность взаимодействующих элементов, поведение которых полностью описывается локальными функциями. Результаты: Рассмотрены примеры использования систем клеточных автоматов для моделирования нелинейных процессов переноса тепла с учетом наличия в материале объемных источников переменной мощности. Показаны преимущества дискретного подхода в сравнении с параболическими дифференциальными уравнениями в частных производных с нелинейными коэффициентами. Выводы: Полученные данные дискретного моделирования хорошо согласуются с результатами использования классического подхода и не противоречат общепринятым в теории тепловых явлений взглядам. Ключевые слова: клеточные автоматы, теплопередача, нелинейные задачи теплопроводности, объемные источники тепла, дискретное моделирование.
The article is devoted to the issues of using discrete simulation models for modeling some basic technological processes. In the scientific work, models in the form of multi-agent systems have been investigated, which allow us to consider a continuous environment as a set of interacting elements (agents), the behavior of which obeys local functions. The authors describe the basic techniques and general methodology for the development of deterministic agent-based models. The paper considers the use of multi-agent systems for modeling thermal conductivity, taking into account the nonlinearity of the process, in homogeneity of the material and the presence of volumetric heat sources of variable power in it. The obtained scientific results are in good agreement with the generally accepted classical approaches and do not contradict the provisions adopted in the theory of thermal phenomena.
The article presents the investigation results of the heat transfer process in a moving continuous medium. The lattice Boltzmann model (LBM) was used. This model is based on the principles of the cellular automata system. For the study, an orthogonal spatial lattice with diagonal constraints was adopted, by means of which the particle distribution functions were introduced from a discrete set of allowed velocities. These distribution functions were described by a discrete analogue of the Boltzmann kinetic equation. This approach made it possible to study the evolution of the distribution functions of particles in a continuous medium as a fuction of discrete-time steps. The model used made it possible to describe both mechanisms of thermal energy transfer in a moving medium – macroscopic and microscopic. In this case, the macroscopic transfer due to the motion of a continuous medium was determined by a change in the density of the particle distribution, and the microscopic (molecular) transport was determined by the relaxation heat exchange operator. This operator of the mathematical model characterized the redistribution of heat in a discrete region due to the collision of particles, that is, it takes into account the thermal conductivity of the medium. Since not only the moving continuous medium but also the boundary surfaces (walls, obstacles) participate in the heat exchange process, the elements taking into account this fact were included in the model. To test an adequacy of the approach used a software application was developed. It was used to simulate and visualize the process of heat transfer by a moving continuous medium. The application also allowed setting confining surfaces of various forms. An analysis of the computer experiment results allows us to state that the obtained data do not contradict to the real concepts of the processes of heat transfer in a moving fluid. The advantage of the proposed discrete approach is the possibility of describing hydrodynamic and thermal processes within the framework of a single model, which makes it quite convenient to use. In addition, this method makes it possible to solve heat transfer problems for objects that have a complex geometric configuration of the interfaces. Forcitation:Chernyavskaya A.S., Bobkov S.P. Convective heat transfer discrete modeling. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2018. V. 61. N 2. P. 86-90
The issues of using systems of cellular automata for modeling nonlinear heat transfer processes taking into account the heterogeneity of the material and the presence of volumetric heat sources of variable power in it are considered.
Достоверное прогнозирование фракционного состава измельченного твердого топлива и энергозатрат на измельчение на угольных электростанциях и других материалов в смежных производствах химической, строительной и других отраслей промышленности требует разработки адекватных моделей и методов расчета процессов измельчения. Чаще всего измельчение реализуется стесненным (шаровые барабанные мельницы) или свободным (молотковые мельницы) ударным взаимодействием измельчаемых частиц с твердой поверхностью. Эволюция механического состояния частицы при ударном нагружении является важнейшей составляющей собственно измельчения. Поэтому важно знать, какие из моделей ударного нагружения наиболее приемлемы для расчета измельчения частиц. При описании процесса упругого удара обычно применяются классические непрерывные модели сплошной среды. Кроме того, в настоящее время все шире используются дискретные подходы к описанию процессов в твердых телах. В этой связи становится уместным провести сравнение результатов, полученных с использованием различных моделей, в целях определения их адекватности и областей применимости. Материалы и методы: Рассмотрены методы, использующие подходы классической механики сплошной среды, а также модели, основанные на теории распространения упругих волн в твердом материале. В качестве альтернативы рассмотрен метод дискретных элементов, описывающий сплошную среду как систему взаимосвязанных составных частей. Результаты: Представлены результаты исследования влияния размера твердого тела, скорости в момент удара и упругих свойств материала на продолжительность упругого соударения тела с поверхностью. Проведен сравнительный анализ результатов, полученных с использованием различных подходов. Выводы: Данные, полученные с помощью дискретной модели тела, хорошо коррелируют с результатами, которые можно получить при использовании непрерывных моделей, и не противоречат существующим представлениям о сути процесса упругого столкновения. Их следует рекомендовать для использования в моделях ударного измельчения. Ключевые слова: ударное измельчение, модель твердого тела, продолжительность удара, метод дискретных элементов.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
customersupport@researchsolutions.com
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.