Комп’ютерне моделювання плескань рідини в резервуарах з перегородками

Анотація

Мета дослідження – розроблення числових методів дослідження стійкості руху в резервуарах за наявності перегородок різного типу.

Актуальність. Дослідження стійкості руху рідини в резервуарах із горизонтальними та вертикальними перегородками має важливе теоретичне та прикладне значення для багатьох галузей - від космічної та авіаційної техніки до морського та наземного зберігання рідин (паливо, технологічні рідини, хімічні реактиви). Наявність перегородок істотно змінює характер плескань: вони впливають на частотний спектр вільної поверхні, структуру вихорів, локалізацію енергії та виникнення резонансних режимів. Неправильне врахування цих ефектів може призвести до зниження безпеки, зростання динамічних навантажень на конструкцію та погіршення експлуатаційних характеристик системи. Експериментальні дослідження таких процесів часто є технічно складними, коштовними та потенційно небезпечними. Випробування на реальних об’ємах рідин потребують великих стендів, високих витрат на матеріали й обладнання, а також обґрунтованих заходів безпеки при роботі з паливно-агресивними або вибухонебезпечними середовищами. У зв’язку з цим розробка точних математичних моделей, чисельних алгоритмів і методів моделювання руху рідини в резервуарах із перегородками набуває особливої актуальності. Комп’ютерне моделювання дозволяє безпечно і відносно недорого дослідити широкий спектр режимів, виконати.

Методи дослідження. В роботі використані методи теорії потенціалу та сингулярних інтегральних рівнянь, методи граничних елементів, метод під-областей та метод заданих нормальних форм.

Результати. Отримані системи одновимірних сингулярних інтегральних рівнянь для визначення потенціалу швидкостей. Знайдені базисні функції, а саме форми коливань вільної поверхні, які надалі використано при розв’язанні задачі дослідження вимушений коливань. Проаналізовано вплив комбінованих горизонтальних і вертикальних навантажень на резервуари різної конструкції - як без перегородок, так і з вертикальними та горизонтальними перегородками. Виявлено області стійкого й нестійкого руху рідини. Встановлено, що наявність перегородок суттєво зменшує амплітуду коливань вільної поверхні рідини

Висновки. Отримані результати показали, що застосування горизонтальних і вертикальних перегородок істотно впливає на стійкість руху рідини в резервуарах, а саме приводить до суттєвого зменшення амплітуди коливань вільної поверхні.  Отримані дані можуть бути використані для підвищення надійності та безпеки резервуарних систем у різних галузях техніки, зокрема в авіаційній, космічній, морській та енергетичній.