Wybrane aspekty metodyki tworzenia wieloskalowych modeli numerycznych rejonu ściany

• Autorzy: Krawczyk J. , Janus J. , Ostrogórski P.

Warianty tytułu

EN

Methodology of development of multi-scale numerical models of the face region – selected aspects

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Rozwijana w ramach numerycznej mechaniki płynów metoda objętości skończonej jest z coraz częściej stosowana do modelowania zagadnień przepływowych wentylacji kopalń. Jednak systemy wentylacyjne kopalń głębinowych są zbyt rozległe i złożone, by przy wydajności współczesnych komputerów prowadzić symulacje dla całych obiektów. Szczególnie dotyczy to procesów zmiennych w czasie. Ograniczenia te powodują, że są modelowane wybrane fragmenty sieci. Dla procesów stacjonarnych pominięte obszary mogą być zastąpione przez warunki na brzegach. Podczas stanów przejściowych dynamiczne własności pominiętych obszarów sieci mogą mieć istotny wpływ na przebieg zjawiska. Skutecznym rozwiązaniem może być uzupełnienie modelu o prostszy opis dynamiki pominiętego obszaru. W ten sposób mogą być tworzone wieloskalowe modele łączące na przykład jedno i trójwymiarowy opis. Prowadzi to do optymalnej reprezentacji obiektu – szczegółowej dla obszarów krytycznych dla badanych procesów i uproszczonej dla obszarów o mniejszym wpływie. Podobne ograniczenia dotyczą wielu analogicznych dziedzin takich jak wentylacja tuneli czy przepływy w instalacjach reaktorów atomowych, dla których już od kilku lat zaleca się i stosuje wieloskalowe modele. Przy łączeniu różnych jakościowo opisów należy sformułować metody wymiany danych oraz dokonać praktycznej ich implementacji w oprogramowaniu. Przedstawiono wynik studiów literaturowych i prac koncepcyjnych ukierunkowanych na wdrożenie i efektywne wykorzystanie metodyki łączenia modeli numerycznych.

EN

The finite volume method within the framework of the CFD is widely applied in modelling of flow phenomena in mine ventilation. However, ventilation networks in underground mines are typically expanded and complicated and the computation power of currently available computers proves insuffi cient to simulate the behaviour of entire objects, particularly when handling time-variant phenomena. Simulations, therefore, involve selected fragments of ventilation network only. In the case of stationary processes, the omitted areas can be replaced by the boundary conditions. For transients, however, dynamic properties of omitted areas may strongly impact on the involved processes. To overcome this difficulty, the model should incorporate a simpler description of dynamics of the omitted area and thus multi-scale models can be created to connect the 1D and 3D descriptions, yielding the optimal representation of the object to provide a detailed description of critical areas and simplified one for less significant regions. Similar restrictions apply to other analogous fields, such as tunnel ventilation or flows in installations of nuclear reactors, where multi-scale models have been recommended and effectively used for years. When combining qualitatively different descriptions, utmost care should be taken to formulate the methods of data exchange to enable their practical implementation in dedicated software. The work provides the survey of literature and of conceptual works targeted at implementation and effective utilisation of methodology of numerical model integration.

Słowa kluczowe

PL

numeryczna mechanika płynów; modelowanie wieloskalowe; wentylacja kopalń; stany przejściowe

EN

numerical fluid mechanics; CFD; multi-scale modelling; mine ventilation; transients

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 14, no. 1-4
• Strony: 139--148
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Krawczyk J.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

autor

Janus J.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

autor

Ostrogórski P.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. ANSYS inc. [2011]: Fluent User Guide.
• 2. Bertolotto D. [2011]: Coupling a System Code with Computational Fluid Dynamics for the Simulation of Complex Coolant Reactivity Effects, praca doktorska, École Polytechnique Fédérale De Lausanne.
• 3. Colella F., Rein G., Borchiellini R., Torero J., L.: (2010): A Novel Multiscale Methodology for Simulating Tunnel Ventilation Flows During Fires, Fire Technology DOI: 10.1007/s10694-010-0144-2
• 4. Gibeling H., Mahaffy J. H. [2002]: Benchmarking simulations with CFD to 1-D coupling, Joint IAEA/OECD Technical Meeting on Use of CFD Codes for Safety Analysis of Reactor Systems, Including Containment, Nov. 2002.
• 5. Hargreaves D.M., Lowndes I.S. [2001]: An assessment of the future use of computational Fluid dynamics for network modelling, Proceedings of the 8-Th International Mine Ventilation Congress, Kraków, p. 547-553
• 6. Howe H. [2008]: How to call functions from a DLL generated by Borland C++ Builder from VS2005, Visual Studio Developer Center Visual C++ Forums
• 7. Kelsey A., Lea C., Lowndes I., Whittles D., Ren T. X. [2003]: CFD modeling of methane movement in mines. 30-th International Conference of Safety in Mines Research Institutes, South African Institute of Mining and metallurgy, 2003.
• 8. Krawczyk J. (2007): Jedno i wielowymiarowe modele niestacjonarnych przepływów powietrza i gazów w wyrobiskach kopalnianych. Przykłady zastosowań. Arch. Min. Sci., Monograph Numer 2. p. 192.
• 9. Krawczyk J. (2009): On Transients in Mine Ventilation Systems Caused by Fans, Arch. Min. Sci., No 7, pp. 148.
• 10. Krawczyk J., Kruczkowski J., Janus J. (2011): Porównanie symulacji numerycznych z wynikami pomiarów rozkładów pól prędkości w przekrojach chodników kopalnianych Prace Instytutu Mechaniki Górotworu, Kraków 2011, vol. 14, Nr 1-4.
• 11. A. Papukchiev, G. Lerchl, C. Waata, and T. Frank [2009] Extension of the simulation capabilities of the 1D system code ATHLET by coupling with the 3D CFD software package ANSYS CFX, Proceedings NURETH-13, Sept. 2009.
• 12. Smith B.L. i inni [2008]: Assessment of CFD For Nuclear Reactor Safety Problems Raport OECD Nuclear Safety NEA/CSNI/R(2007)13
• 13. RoM [2006] Integration of a Custom C++ Model into FLUENT, odpowiedź na pytanie na forum: http://www.cfd-online.com/Forums/fl uent/
• 14. Tadros A. Uber E.[1996]: Using Borland’s Delphi and C++ A Technical paper for developer. A Technical paper for developers. http://edn.embarcadero.com/
• 15. Tracz J. (1990): Zastosowanie metod częstotliwościowych do badania własności kopalnianej sieci wentylacyjnej. Praca doktorska, IMG-PAN.
• 16. Zienkiewicz O. C.: Coupled problems and their numerical solution. In Lewis R. W., Bettes P., Hinton E. (eds.): Numerical Methods in Coupled Systems, John Wiley & Sons, 1984
• 17. ZorroTheFox [2009]: How to call functions from a DLL generated by Borland C++ Builder from VS2005. Visual Studio Developer Center Visual C++ Forums