Научный руководитель:
Область исследования
Тип исследования
Аннотация (краткое описание)
Целью проекта является разработка гидродинамической модели, позволяющей описать поведение потока и процессы, происходящие в центробежном насосе, а также исследование применения гибридного подхода с использованием искусственного интеллекта для ускорения вычислений. Проблемы, исследуемые в проекте. Оптимизация на основе лабораторных исследований требует создания множества прототипов для анализа воздействия различных факторов, таких как профиль рабочего колеса, его диаметр и другие параметры насоса, что приводит к значительным временным и финансовым затратам. Наиболее эффективным решением этой проблемы является использование математического моделирования, которое позволяет уменьшить количество физических прототипов. Однако, математическое моделирование также требует значительных вычислительных ресурсов для проведения расчетов эффективности и напора в зависимости от изменяющихся геометрических характеристик. Это связано с необходимостью учета сложных гидродинамических явлений, таких как турбулентность течения, которая значительно усложняет расчеты и увеличивает время вычислений. К примеру, при исследовании одной геометрии насоса с заданными профилем рабочего колеса на основе k-ω турбулентной модели требуется вычисление как минимум четырех дифференциальных уравнений на расчетной сетке с количеством узлов выше 10 миллионов. Для определения диапазона расхода, при котором насос работает с максимальной эффективностью, необходимо провести серию расчетов при различных значениях расхода. Это требует выполнения нескольких циклов вычислительных экспериментов для каждого значения расхода, что значительно увеличивает объем вычислений. В случае, если требуется оптимизация, время вычислений возрастает ещё больше, так как приходится учитывать различные геометрические параметры насоса. Например, при оптимизации анализируются такие конфигурации, как изменение диаметра рабочего колеса, угла наклона лопаток и других ключевых параметров. Для каждой из этих геометрических конфигураций необходимо провести серию расчетов при разных значениях расхода, чтобы найти параметры, обеспечивающие максимальную эффективность работы насоса. Каждый расчет включает моделирование сложных гидродинамических процессов, таких как распределение скоростей и давления внутри насоса, а также учет турбулентных явлений. Это приводит к экспоненциальному увеличению количества расчетов, поскольку для каждой геометрической вариации нужно пересчитывать основные характеристики насоса, такие как КПД, напор и потери для каждого значения расхода. В результате, временные затраты на выполнение таких расчетов увеличиваются в разы, что создает дополнительные сложности при проектировании и оптимизации насосов. Эта проблема подчеркивает необходимость в развитии более эффективных методов вычислений и использовании инструментов, способных ускорить процесс моделирования. К таким инструментам можно отнести нейронные сети или параллельные вычисления, которые значительно сокращают время расчета, сохраняя точность моделирования. Основным результатом проекта является разработка гидродинамической модели, позволяющей описать поведение потока и процессы, происходящие в центробежном насосе, а также определение условий применимости гибридного подхода с использованием искусственного интеллекта для ускорения вычислений. Научной новизной проекта является интеграция гибридного подхода, сочетающего нейронные сети и гидродинамическое моделирование, для задач проектирования и оптимизации центробежных насосов. Целевые потребители результатов проекта охватывают машиностроительные заводы, занимающиеся производством центробежных насосов. Также к целевым потребителям можно отнести исследовательские организации и учебные заведения, занимающиеся подготовкой специалистов в области гидравлики и механики жидкостей, а также компании, занимающиеся техническим обслуживанием и модернизацией насосного оборудования. Экономическим эффектом проекта является снижение затрат на оптимизацию и проектирование насосов, что, в свою очередь, в будущем позволит разрабатывать новые, более энергоэффективные центробежные насосы и повысить общую эффективность производимых изделий. Научно-техническим эффектом проекта является интеграция гибридного подхода, который сочетает в себе методы нейронных сетей и гидродинамического моделирования для задач проектирования и оптимизации центробежных насосов. Этот подход позволит не только значительно ускорить процесс вычислений, но и повысить точность прогнозов по характеристикам насосов. В результате реализации проекта будет расширен круг применения нейронных сетей в различных инженерных и научных задачах, что откроет новые возможности для оптимизации проектирования и анализа сложных систем. Социальным эффектом проекта может являться улучшение качества и надежности насосного оборудования, что, в свою очередь, способствует повышению безопасности и эффективности работы в важных для Казахстана отраслях. Также проект может способствовать подготовке нового поколения специалистов в области гидродинамического моделирования и применения искусственного интеллекта, что укрепит кадровый потенциал в инженерных и научных сферах.Сведения о финансировании
ГосбюджетДанный документ располагается в коллекциях
Научные проекты
Файлы документа
Документ не загружен