Дискретная динамическая модель гейзера - Курсовая работа

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]. Этот подход полезен в моделировании потоков при выявлении возникновения различных шаблонов потоков предоставляемых в упрощенной модели, связанной с вариациями форм потока. 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]. 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.Суть компьютерного моделирования состоит в следующем: на основе математической модели с помощью компьютера проводится серия вычислительных экспериментов, т.е. исследуются свойства объектов или процессов, находятся их оптимальные параметры и режимы работы, уточняется модель. Имитационные модели - это проводимые на компьютере вычислительные эксперименты с математическими моделями, имитирующими поведение реальных объектов, процессов или систем. Имитационное моделирование представляет собой численный метод проведения на компьютере вычислительных экспериментов с математическими моделями, имитирующими поведение реальных объектов, процессов и систем во времени в течение заданного периода. Имитационное моделирование - это совокупность методов алгоритмизации функционирования объектов исследований, программной реализации алгоритмических описаний, организации, планирования и выполнения на компьютере вычислительных экспериментов с математическими моделями, имитирующими функционирование РПС в течение заданного периода. Термин "имитационное моделирование" означает, что мы имеем дело с такими математическими моделями, с помощью которых нельзя заранее вычислить или предсказать поведение системы, а для предсказания поведения системы необходим вычислительный эксперимент (имитация) на математической модели при заданных исходных данных.Система - это совокупность объектов, например людей или механизмов, функционирующих и взаимодействующих друг с другом для достижения определенной цели. Так, совокупность предметов, которые составляют систему в одном исследовании, может являться лишь подмножеством в иной системе, при проведении другого исследования. Скажем, при исследовании функционирования банка с целью определения числа кассиров, необходимого для обеспечения адекватного обслуживания клиентов, желающих снять деньги со счета, обналичить чек, сделать вклад, система будет состоять из кассиров и посетителей, ожидающих своей очереди на обслуживание. Банк можно назвать примером дискретной системы, поскольку переменные состояния, например количество посетителей в банке, меняются только по прибытии нового посетителя, по окончании обслуживания или уходе посетителя, раньше находившегося в банке. Они представляют систему посредством логических и количественных отношений, которые затем подвергаются обработке и изменениям, чтобы определить, как система реагирует на изменения, точнее - как бы она реагировала, если бы существовала на самом деле.Дискретно-событийное моделирование используется для построения модели, отражающей развитие системы во времени, когда состояния переменных меняются мгновенно в конкретные моменты времени. (Говоря математическим языком, система может меняться только в исчислимое количество моментов времени.) В такие моменты времени происходят события, при этом событие определяется как мгновенное возникновение, которое может изменить состояние системы.В имитационной модели переменная, обеспечивающая текущее значение модельного времени, называется часами модельного времени. К тому же модельное время и время, необходимое для прогона имитационной модели на компьютере, как правило, невозможно соотнести. Существует два основных подхода к продвижению модельного времени: продвижение времени от события к событию и продвижение времени с постоянным шагом. Поскольку первый подход используется всеми основными имитационными программами и большинством разработчиков, создающих свои модели на универсальных языках, а также с учетом того, что второй подход является разновидностью первого, в дискретно-событийных моделях выберем такой подход, как продвижение времени от события к событию. При использовании продвижения времени от события к событию часы модельного времени в исходном состоянии устанавливаются в 0 и определяется время возникновения будущих событий.Логическа

Содержание

Введение

1. Суть компьютерного моделирования

2. Система, модели и имитационное моделирование

3. Дискретно-событийное моделирование

3.1 Механизмы продвижения времени

3.2 Компоненты дискретно-событийной имитационной модели и их организация

4. Усиление и ослабление факторов сопутствующих активности гейзера

5. Дискретная динамическая модель гейзера

Заключение

Список литературы

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 расчетов изза 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 изза 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 ее собственные колебания будут далеки от резонансной частоты.