Моделирование гидродинамических процессов

15-amaliy mashg‘ulot.Mavzu:Gidrodinamik jarayonlarni modellashitirish

Gidrodinamika (gidro... va dinamika) — mexanikaning siqilmaydigan suyuqliklar harakati va ularning qattiq jismlar bilan oʻzaro taʼsirini oʻrganadigan boʻlimi. Gidrodinamika suyuqliklar va gazlar mexanikasining eng rivojlangan qismi boʻlib, gaz dinamikasiga oid masalalar ham shu boʻlimda oʻrganiladi.

Tabiatda ro‘y berayotgan jarayonning ma’lum bir hususiyatlarini o‘rganish uchun uni batafsil kuzatib,jarayonning ro‘y berishini xarakterlovchi parametrlarni aniqlashga to‘g‘ri keladi. Gidrotexnika amaliyotida ham garchand bu sohada yaratilgan nazariyalar yuqori darajada rivojlangan bo‘lsada, gidrotexnik inshoatlarni loyihalashtirishda yoki hozirda ishlayotganlarini qayta ta’mirlash maqsadida paydo bo‘ladigan muammolarni nazariy echimini olish imkoniyati afsuski, hozirda mavjud emas

Buning sababini ikki tomonlama tushuntirishimiz mumkin:
 mavjud yoki quriladigan gidrotexnik inshoatlar majmuasining turli konstruksiyaga va murakkablikka egaligi;
 gidrotexnik inshoatlarni loyihalashtirishda yuzaga kelayotgan suyuqlik oqimi dinamikasi muammolarini ochiq o‘zanlar gidravlikasining bugungi yutuqlariga asoslanib, hal qilish imkoniyati mavjud emas.

Bu Gidrotexnik inshotlarning majmualarini gidravlik tadqiqot qilishning ahamiyatli tomonlari nimadan iborat degan savolga quyidagicha izoh berish mumkin:
 suyuqlik oqimining tirqish va naychadan siqilib napor ostida oqib chiqishi, to‘lqinlanishi, gidravlik zarb, gidravlik sakrash, suyuqlikning qattiq jism zarrachalari –nanoslar bilan o‘zaro ta’siri, suyuqlikning g‘ovakli muhitdagi naporli va naporsiz barqaror va beqaror harakatlari, qattiq jismlarning suyuqliklarda suzishi va cho‘kishi kabi turli ro‘y beradigan gidravlik jarayonlar;

Suyuqlik oqimining beqaror va barqaror, tekis va notekis, sekin va keskin o‘zgaruvchan, sokin, kritik yoki shovqinli, naporli va naporsiz, laminar va turbulent tartibli kabi turli harakatlarining mavjudligi;
 suyuqlik oqimining harakatiga ta’sir qiluvchi og‘irlik, bikrlik, sirt taranglik, yopishqoqlik kabi kuchlarni bir vaqtning o‘zida inobatga olish zarurati mavjudligi;

Zamonaviy ochiq o‘zanlar gidravlikasi hal qilishga ojizlik qilayotgan suyuqlik oqimi dinamikasiga ta’sir etuvchi faktorlarni aniqlash imkoniyatini beruvchi gidravlik modellar yordamida olib boriladigan tadqiqotlarning asosiy maqsadlarini quyidagi guruhlangan ko‘rinishda ifodalash mumkin:

 gidrotexnik inshoatlar majmuasiga oqim tomonidan bo‘ladigan gidrodinamik zo‘riqishlarning ta’sirini aniqlash;
 suyuqlik oqimining inshoatga ta’sirini va uning o‘tkazuvchanlik qobiliyatini tahlil qilib, modellar yordamida konstruksiyalar tanlab, ularni loyihalashtirish;

 inshoatlarni gidravlik hisoblashlarni takomillashtirish va tekshirish. Ular quyidagi masalalardir:
 suv o‘tkazuvchi, chiqaruvchi, tushiruvchi inshoatlarning o‘tkazuvchanlik qobiliyatlarini aniqlashtirish;

 Filtratsion jarayonlarni o‘rganish. Bu jarayonlarni ma’lum bir masshtablarda kichiklashtirilgan modeli qurilib, undagi gidravlik jarayonlar o‘rganiladi yoki daryo va boshqa gidrotexnik inshoatlardagi jarayonlar ma’lum bir differensial tenlamalar (Sen-Venan, Guk, Nave-Stoks, Reynolds tenglamalari) yordamida ifodalanib, algoritmlar, dasturlar, funksional bog‘liqliklar yordamida ularning echimini izlanadi.

Bu usullar modellashtirish deb yuritilib, uning o‘zi quyidagi ikki ko‘rinishga ajratilgan:
fizik modellashtirish va matematik (kompyuter orqali) modellashtirish.
Birinchi ko‘rinishdagi modellashtirish – fizik modellashtirishda o‘rganilayotgan jarayon (original, tabiiy) fizikaviy xossasini saqlab qolgan holda modelda qayta tiklanadi.

Masalan, daryodan to‘g‘onsiz usulda sug‘orish kanaliga kerakli miqdorda suv sarfini ta’minlash maqsadida suv oqimining harakatini o‘rganishga to‘g‘ri keladi.Bu vaziyatda daryo o‘zaning o‘zgarishi, deformatsion jarayonlarni o‘rganish uchun daryoning kanal bilan tutashish sohasining kichiklashtirilgan modelini qurib, bu sohadagi jarayonlarni o‘rganishga to‘g‘ri keladi

Ikkinchi ko‘rinishdagi modellashtirish – matematik modellashtirish bo‘lib, Hozirgi davrda kompyuter orqali modellashtirish deb yuritiladi. Bu usulda tabiiy holat ro‘y berayotgan jarayonlar matematik tenglamalar sistemasi yordamida ifodalanadi va bu jarayonlarni ifodalovchi tenglamalarning echimini topib, uning yo‘nalishini o‘rganish bilan amalga oshiriladi.

Boshqacha fizikaviy tarkibga ega bo‘lgan, matematik bog‘liqliklar va tajribalar yordamida olingan ifodalar qaralayotgan jarayonni etarli darajada matematik tenglamalar yordamida tasvirlash (tabiiy jarayonni ifoda qiluvchi) imkonini beradi. Matematik modellashtirishga misol qilib, daryodan to‘g‘onsiz ~ 447 ~ usulda sug‘orish kanaliga kerakli miqdorda suv sarfini ta’minlash maqsadida suv oqimi dinamikasini modellashtirishni keltirish mumkin.

Matematik modellashtirishga EHMda tuzilgan maxsus dasturlar bo‘yicha bajariluvchi shunga o‘xshash jarayonlarning hisobi ham kiradi.Bu holda ko‘rilayotgan fizik jarayon boshqa bir fizikaviy tarkibga ega bo‘lgan jarayonlar bilan almashinadi.

Suyuqliklarning nazariy modelini tuzish asosida yotuvchi fizik xossalari qatoriga ularning uzluksizligi yoki tutashligi, yaʼni suyuqlikni tavsiflovchi fizik koʻrsatkichlarning fazoda uzluksiz taqsimlanishi, yengil harakatlanishi yoki oquvchanligi kiradi.

Gidrodinamik modellashtirish - bu harakatdagi suyuqliklarni o'rganish. Suyuqlik harakati yakka o'zi yoki kombinatsiyalangan holda harakat qiladigan ko'p sonli kuchlar tomonidan hosil bo'lishi mumkin. Bularga suv toshqini, shamol va to'lqinlar (masalan, daryo oqimi, begona o'tlar va to'g'onlar), turbinalar (masalan, suv toshqinlar) va suyuqlik yig'iladigan massalar (masalan, okeanlar, daryolar, oqova suvlar yoki sovutish suvi oqizishlari) kiradi.

Gidrodinamik harakat suyuqlikka tushadigan qattiq moddalarga (masalan, tuzilmalar, dengiz tubi xususiyatlari va tuproq chegaralari) ta'sir qiluvchi kuchlarni hosil qiladi, bu suyuqlikning xatti-harakatlariga ta'sir qiladi. Butun dunyo bo'ylab Okeanlar, dengizlar, qirg'oq suvlari, portlar va portlardan ko'llar, ko'llar va daryolargacha bo'lgan yuzlab umumiy sifatni ta'minlash gidrodinamik modellarini yaratdi va amalga oshirdi. Ushbu modellar texnologiyamizning asosini tashkil etadi

Gidrodinamik kirishlardan foydalanadi, masalan cho'kindi tashish, ishqalanish va suvning sifati (masalan, fizik, kimyoviy va biologik). Bizning gidrodinamik modellarimiz ekstremal sharoitlarni va iqlim o'zgarishini ham qo'llab-quvvatlaydi.

Neft, gaz, va suv sohalardagi gidrodinamik modellashtirish xizmatlari mavjud, ular portlar , shamol, to'lqin va oqim. shuningdek, atrof-muhitga zararli chiqindilarni chiqaradigan kompaniyalarga gidrodinamik modellashtirish xizmatlarini taqdim etadi va bu chiqindilarni baholashni talab qiladi (masalan, suv, oziq-ovqat va ichimliklar, farmatsevtika, konchilik, fabrikalar va tegirmonlar).

Gidrodinamik modellashtirish atrof-muhit samaradorligini oshirishga qaratilgan. Rejalashtirilgan yoki davom etadigan operatsiyalar uchun modellar yaratish orqali atrof-muhitining gidrodinamik xatti-harakatlarini tushunishga yordam beradi. Ushbu modellar operatsiyalarni va atrof-muhit o'rtasidagi o'zaro bog'liqlik to'g'risida qimmatli ma'lumotlarni taqdim etadi, shu bilan xarajatlarni kamaytiradigan va xavfsiz muvofiqlikni ta'minlaydigan muhandislik cheklovlarni optimallashtirilgan echimlarni taqdim etadi.