ПРИЛОЖЕНИЕ А

Пример расчета аппарата магнитной обработки воды

с использованием программного комплекса ELCUT

1 Методика расчета АМОВ

Метод конечных элементов применяется для решения любой задачи по определению двумерного поля. Решения, найденные методом конечных разностей, являются приближенными, однако, использование компьютерной техники и современных программ позволяет получить результаты с желаемой точностью.

Для расчета магнитной системы АМОВ будем использовать программный комплекс ELCUT (расчет двумерных полей методом конечных разностей). Данная программа разработана производственным кооперативом ТОР г. Санкт-Петербург. Программа позволяет решать плоские и осесимметричные задачи. Для решения магнитной системы необходима корректная постановка задачи [3].

Началом работы с программой является создание геометрической модели. Создание модели происходит в три этапа:

1) построение геометрического объекта;

2) задание свойств, источников поля и граничных условий;

3) построение сетки конечных элементов.

Для построения геометрического объекта необходимо построить ребра, а их соединение между собой приведет к созданию объекта.

Рисунок 1.1 – Геометрия магнитной системы

аппарата для магнитной обработки воды

Следующий этап при решении поставленной задачи - это задание свойств объектов (блоков). Метка блоков описывает свойства материалов. После открытия свойств метки появится следующее окно.

Рисунок 1.2 – Окно свойства метки блока

В свойствах метки блока, задаются два компонента:

-  магнитная проницаемость;

-  полный ток или плотность тока.

В ферромагнитных материалах необходимо задать кривую намагничивания вместо магнитной проницаемости [2].

Рисунок 1.3 – Кривая намагничивания материала

Рисунок 1.4 – Свойства метки ребра

Свойство метки ребра задается для одного из возможных граничных условий.

Условие Дирихле, задает на части границы известный векторный магнитный потенциал А0 в вершине или на ребре модели. Это граничное условие определяет поведение нормальной составляющей индукции на границе. В программе ELCUT условие Дирихле задается как функция координат в виде:

А0 = а + вх + су – для плоских задач.

rА0 = а + вzr + cr2 / 2 – для осесимметричных задач.

Константы а, в и с постоянны в пределах стороны, но могут меняться от одной части границы к другой.

После описания геометрии объекта необходимо построить, конечно-элементную, сетку. Густота сетки непосредственно влияет на точность решения в тех или иных частях расчетной области. Сетка делается особенно густой в местах, где необходимо получить большую точность. Густота сетки управляется заданием шагов дискретизации в вершинах. Шаг дискретизации определяет расстояние между соседними узлами сетки в окрестности, данной вершины.

Рисунок 1.5 – Сетка конечных элементов

После корректной постановки задачи программа осуществляет расчет магнитной системы. Результатом расчета является картина магнитного поля.

Рисунок 1.6 – Картина распределения силовых магнитных линий

аппарата магнитной обработки воды

2 Исследования по оптимизации магнитной системы

аппарата магнитной обработки воды

Конструирование, производство и эксплуатация аппаратов для магнитной обработки водных систем чрезвычайно затруднена тем, что отсутствуют научные основы этого процесса, доведенные до стадии инженерных расчетов, и не проводятся четкие сравнительные испытания различных аппаратов для изучения влияния их конструктивных элементов на процесс омагничивания. Создание и изготовление аппаратов производится на основе качественных представлений о механизме явлений, практики эксплуатации аппаратов в России и за рубежом, а иногда исходя из чисто интуитивных соображений.

При создании аппаратов учитывается необходимость разработки конструкций, которые, наряду с эффективным воздействием на водные системы, позволяют достигнуть высокого коэффициента использования магнитных источников, отличаются простотой и надежностью, по возможности, могут быть изготовлены из малодефицитных материалов и не создают больших потерь напора [19]. От размера последнего фактора, характеризующего степень гидродинамического совершенства аппарата, зависит его производительность.

Эффект от обработки воды магнитным полем, зависит от параметров аппарата и свойств воды: индукции; градиента напряженности в зазоре аппарата; скорости потока воды; времени воздействия магнитного поля; количества пересечений магнитного поля; концентрации солей; количества агрессивной двуокиси углерода.

При проектировании новых аппаратов необходимо производить их расчет на соответствие определенным критериям. Учет этих критериев позволит сократить расход цветных сплавов или цветных металлов аппарата на 1 м3/ч расхода воды.

Основным критерием оптимального аппарата, принимается обеспечение в зоне обработки, определенного значения конструкционного модуля М [10]. Этот показатель представляет собой произведение магнитной индукции аппарата, скорости пересечения водой магнитного поля υ и времени нахождения воды в зоне обработки t.

М=Вср υ t, (2.1)

где М – конструкционный модуль, Тл·м;

Вср – средняя магнитная индукция, Тл;

υ – скорость потока жидкости, м/с;

t – время нахождения жидкости в магнитном поле, с.

Для тех систем, где скорость потока жидкости можно принять постоянной уравнение приобретет вид:

М=Вср l0, (2.2)

где l0 – путь воды в зоне обработки, м.

Опираясь на литературные данные, можно сказать, что эффективной обработка будет при значениях М = 0,002…0,02 Тл·м

Использование данного критерия проектировщиками позволяет им варьировать значениями магнитной индукции и шириной зоны обработки, для определения оптимальной конструкции аппарата, при сохранении заданного значения конструкционного модуля.

При проектировании, очень часто, сталкиваются с противоречивостью выбора из множества критериев. Необходимо учитывать важность критериев в каждом конкретном случае.

Получить магнитное поле в зоне обработки предполагается за счет изменения площади поперечного сечения магнитопровода, прохождению магнитного потока, что приведет к насыщению ферромагнитного материала в местах с наименьшим сечением. В результате насыщения этого участка, основной магнитный поток будет выталкиваться в окружающее пространство. Предполагаем, что возможно получить различные характеристики магнитного поля, изменяя конструкцию магнитной системы.