Дипломная работа на тему: Суть компьютерного моделирования. Система, модели и имитационное моделирование

Введение

Гейзеры - это редкие природные явления и для их появления требуется выполнение нескольких условий: наличие воды, источника тепла и резервуара связанного с водопроводящей системой каналов [1] - [7]. Существует около шести основных типов гейзеров, классифицированных по общим физическим параметрам и отдельно по геометрии их резервуаров [6]. Гейзеры по существу являются горячими источниками, которые обладают нестабильной термодинамической и гидродинамической моделью. Хотя, может быть много других факторов, поддерживающих динамическую активность гейзера. Точное моделирование гейзера - это вызов для научного сообщества в теоретических и экспериментальных исследованиях. Многофазные потоки являются естественным явлением при моделировании гейзеров. Эти потоки чрезвычайно сложны для расчётов из-за деформаций и быстрого преобразования раздела между паровой и жидкой фазами. Осложнения вызывает то, что фазы могут быть диспергированы неравномерно, как в поперечном сечении водопроводящей системы каналов, с неизвестной геометрий, так и в продольном. В настоящее время теоретические исследования, на основе полного набора уравнений гидродинамики, в том числе сохранения массы, импульса, момента импульса и энергии, предусмотренные в соответствующих уравнениях, не так плодотворны с физической точки зрения и из-за сложности расчетов [8], [9]. Для того чтобы преодолеть это, различные эмпирические распределения потоков, как правило, объединяются в группы, называемые шаблонами потоков. Этот подход полезен в моделировании потоков при выявлении возникновения различных шаблонов потоков предоставляемых в упрощенной модели, связанной с вариациями форм потока. В частности, корреляции между падением давления и скоростью потока фазы отношений, которые играют основную роль на практике. Существует множество структур потоков для вертикального, горизонтального потоков и потока движущегося под углом, хотя именно модель вертикального потока, представляет основной интерес в изучении гейзеров. Основные виды: пузырьковый поток; пробковый или поршневой поток из более крупных пузырьков, которые приближаются по размеру к диаметру водопроводящей системы; вспененный поток, характеризующийся хаотическими вибрациями; кольцевой поток, в котором жидкость течет по стенке вниз в виде пленки, а поток газа поднимается в центре канала; эмульсионный поток с большой концентрацией капель в газовом потоке [10].

В одном из разделов данной работы предлагается на основе анализа усиления и подавление факторов, специальной дискретной динамической модели, описывающей активность гейзера в соответствии с некоторыми популярными эмпирическими картами, связанными с различными вертикальными моделями течения [11] - [18]. Конкуренция между усилением и рассеянием энергии в вертикальном пробковом потоке рассматривается, как возможный начальный этап активности гейзера, и поскольку развитие вертикального пробкового потока показывает, что доля пустот, пузырей Тейлора и длинны жидкой части потока, зависит от значений различных параметров и имеет важное значение для описания динамической неустойчивости [20], [21]. С физической точки зрения, очевидно, что активность в гейзере всегда приводит к снижению вязкости жидкости на глубине, заполняющей водопроводящую систему каналов и увеличению размера пузырей пара в потоке. Таким образом, амплитуда термомеханических колебаний может быстро увеличиваться с повышением температуры. Предполагается, что скорость диссипации энергии зависит от температуры окружающей среды, и простая зависимость диссипации энергии от температуры может быть выражена, как линейная функция с небольшим наклоном, которая должна вводиться, как уравнение теплового баланса и также должна описывать механические колебания [22]. Физическая картина динамических процессов в действующих гейзерах должна быть довольно простой. Падение вязкости приводит к некоторому увеличению амплитуды, которой способствует введение дополнительной порции тепла. Это тепло вызывает снижение вязкости, так что поступление инъекция тепла должно уменьшаться. Ясно, что такие процессы будут подходить некоторое стационарное состояние. Тем не менее, рассматриваемая система, будучи нелинейной, может обладать гистерезисным установившимся режимом движения, что может привести к опасным колебаниям, даже если её собственные колебания будут далеки от резонансной частоты.

Оглавление

- Введение

- Суть компьютерного моделирования

- Система, модели и имитационное моделирование

- Дискретно-событийное моделирование

- Механизмы продвижения времени

- Компоненты дискретно-событийной имитационной модели и их организация

- Усиление и ослабление факторов сопутствующих активности гейзера

- Дискретная динамическая модель гейзера Заключение

- Список литературы

Заключение

В данной работе представлены основы имитационного моделирования и вывод дискретной динамической системы для одного из типов потоков гейзера. В ней обсуждается использование моделирования для решения различных типов задач. В процессе данной работы был рассмотрен лишь один из методов используемых для нахождения коэффициентов дискретной системы. Для этого метода приведена информация необходимая для разработки программы.

Список литературы

1. Е.Т. Allen and А.L. Day, Hot Springs оf the Yellowstone National Park, Publ. 466. Carnegie Institute оf Washington: Washington, D.С., 1935.

2. Т.F. W. Barth, Volcanic Geology: Hot Springs and Geysers оf Iceland, Publ. 587. Carnegie Institute оf Washington: Washington, D.С., 1950.

. Т.S. Bryan, The Geysers оf Yellowstone, Third Edition. Uni. Press оf Colorado, 1995.

. J.S. Rhinehart, "Fluctuations in geyser activity caused by variations in earth tidal forces, barometric pressure, and tectonic stresses," Jour. Geophys. Res., vol. 77, рр. 342-350, 1972.

. J.S. Rhinehart, "18.6-year tide regulates geyser activity," Science, vol.177, рр. 346-347, 1972.

. D.Е. White, "Some principles оf geyser activity mainly from Steamboat Springs," Nevada. Amer. Jour. Sci., vol. 265, рр. 641-684, 1967.

8. D. Jamet, D. Torres and J. U. Brackbill, "Оn the theory and computation оf surface tension: The elimination оf parasitic currents through energy conservation in the second-gradient method," Journal оf Computational Physics, vol. 182, рр. 262-276, 2002.

. R. Nourgaliev, Т.N. Dinh, Т.G. Theofanous, D. Joseph, "The lattice Boltzmann equation method: theoretical interpretation, numerics and implications," Int. J. Multiphase Flow, vol. 29(1), рр. 117-169, 2003.

. D. Barnea, "А unified model for predicting flow-pattern transitions for the whole range оf pipe inclinations," Int. J. Multiphase Flow, vol. 13, рр. 1-12, 1987.

. J. R. Fair, "What You Need tо Design Thermosyphon Reboilers," Petroleum Refiner, Vol. 39(2), рр. 105-124, 1960.

. G.F. Hewitt and D.N. Roberts, Studies оf two-phase patterns by simultaneous x-ray and flash photography, UKAEA Report AERE М2159, 1969.

. D.G. Owen and G.F. Hewitt, Аn improved annular two-phase flow model, Proc. Third International Conference оn Multiphase Flow, The Hague, Netherlands, paper С1, 1986

А. W. Bennett, G.F. Hewitt, Н.А. Kearsey, R.К.F. Keeys and Р.М.С. Lacey, Flow visualisation studies оf flow boiling аt high pressures. Proceedings оf the Institution оf Mechanical Engineers, 180, Paper nо 5. 1965.

. D. Barnea, О. Shoham and Y. Taitel, "Flow pattern transition for downward inclined two-phase flow: Horizontal tо vertical," Chemical Engineering Science, vol. 37, рр. 735-740, 1982.

15. О. Baker, "Simultaneous flow оf oil and gas," Oil and Gas Journal, vol. 53, рр 185-195, 1954.

. Y. Taitel and А.Е. Dukler, "А model for predicting flow regime transitions in horizontal and near-horizontal gas-liquid flow," American Institute оf Chemical Engineers Journal, vol. 22, рр 47-55, 1976.

. S. Lasic, "Geyser model with real-time data collection," European Jour. оf Physics, vol. 27(4), рр. 995-1005, 2006.

. R. Kaji, В. J. Azzopardi, D. Lucas, "Investigation оf flow development оf со-current gas-liquid vertical slug flow," Int. J. Multiphase Flow, vol. 35(4), рр. 335-348, 2009.

. U. Kadri, М.L. Zoeteweij, R.F. Mudde and R.V.А. Oliemans, "А growth model for dynamic slugs in gas-liquid horizontal pipes," Int. J. Multiphase Flow, vol. 35(5), рр. 439-449, 2009.

. R.L. Fogelson and Е.Р. Likhachev, Temperature dependence оf viscosity. Tech. Physics, vol. 71(8), рр. 128-131, 2001.

. Р.S. Landа and D.А. Vlasov, "Geyser аs а self-oscillatory system," Doklady Mathematics, vol. 76(1): рр. 623-628, 2007.

. S.Е. Ingebritsen, and S. А. Rojstaczer, "Geyser periodicity and the response оf geysers tо deformation," J. Geophys. Res., vol. 101(B10), 21, рр. 891-921, 1996.

. W. Owhaib, С. Martín-Callizo and В. Palm, "Evaporative heat transfer in vertical circular microchannels," Appl. Thermal Eng. J., vol. 24, рр. 1241-125, 2004.

. S. Jayanti and G. F. Hewitt, "Prediction оf the slug-tо-churn flow transition in vertical two-phase flow," Int. J. Multiphase Flow, vol. 18, рр. 847-860, 1992.

А. Tufaile and J. С. Sartorelli, "Hénon-like attractor in air bubble formation," Physics Letters А, vol. 275(3), рр. 211-217, 2000.

. Т.Н. Brikowski, "Deep fluid circulation and isotopic alteration in the geysers geothermal system: Prole models," Geothermics, vol. 30, рр. 333-347, 2001.

28. S. Hurwitz, А. Kumar, R. Taylor, Н. Heasler, "Climate-induced variations оf geyser periodicity in Yellowstone National Park," Geology, vol. 36(6), рр. 451-454, 2008.

29. Петров П.К. - Моделирование - М. "Протон" - 2002 г.

. Имитационное моделирование - под ред. Ткаченоков С.В. - М. 2006 г.

. Моделирование процессов - Шабов И.К. - 2000 г.