tutaj - cae.info.pl
Transkrypt
tutaj - cae.info.pl
Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) PAKIET CFD FLUENT Program FLUENT składa się z następujących części: a) Preprocesor – GAMBIT – tworzenie geometrii modelu, – dyskretyzacja numeryczna modelu, – przypisanie typów materiałów oraz typów warunków brzegowych. b) Procesor – FLUENT – określenie materiałów, – określenie warunków brzegowych – przeprowadzenie obliczeń c) Postprocesor – FLUENT – uzyskanie obrazów pól temperatur, ciśnień, prędkości, – uzyskanie wartości pól temperatur, ciśnień, prędkości w kaŜdym elemencie siatki numerycznej. 1. GAMBIT - PREPROCESOR 1.1. Informacje ogólne Program GAMBIT w wersji windowsowej otwieramy z menu START ⇒ PROGRAMY ⇒... Po kliknięciu na ikonę GAMBITA otwierana jest sesja o nazwie DEFAULT_ID. Dobrą praktyką jest od razu po rozpoczęciu pracy zapisać sesję do pliku o właściwej nam nazwie np. przyklad w odpowiednim miejscu na dysku i w czasie pracy zapisywanie zmian co pewien określony czas. 1 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) 1.1.1 Struktura plików W czasie otwierania sesji tworzone są następujące pliki: – przyklad.dbs – baza danych – w tym pliku przechowywane są wszystkie informacje dotyczące geometrii obiektu, siatki, typów materiałów i warunków brzegowych, – przyklad.jou – plik zawiera wszystkie komendy budowania geometrii modelu wykonywane podczas sesji, – przyklad.trn –plik zawiera wszystkie komunikaty wyświetlane w oknie dialogowym podczas sesji. Ponadto tworzony jest tymczasowy plik przyklad.lok, który zabezpiecza obecnie edytowaną bazę danych przed nadpisywaniem lub modyfikowaniem w innym niŜ obecny procesie. W przypadku prawidłowego zamknięcia sesji plik ten jest usuwany automatycznie. Jednak gdy ten plik istnieje nie będziemy mieli moŜliwości otwarcia bazy danych (przyklad.dbs) bez uprzedniego usunięcia tego pliku. 1.1.2. Poruszanie się w oknie graficznym Funkcje klawiszy myszy: LEWY KLAWISZ – przeglądanie obiektu PRAWY KLAWISZ i przeciągając w lewo i w prawo – obracanie obiektem PRAWY KLAWISZ i przeciągając w dół i w górę – powiększanie/pomniejszanie obiektu ŚRODKOWY KLAWISZ – przesuwanie całego widoku 1.2. Tworzenie geometrii modelu W celu przedstawienia funkcji i moŜliwości programu FLUENT rozwiąŜemy przykładowy problem. Będzie to dwuwymiarowe modelowanie przepływu ciepłej wody w stalowym kolanku, który jest podgrzewany na pewnym odcinku. Geometria analizowanego modelu przedstawiona jest na rysunku obok. Geometria modelu będzie początkowo tworzona od wierzchołków, poprzez krawędzie, aŜ do powierzchni. Następnie, poprzez transformacje juŜ istniejących elementów, powstaną pozostałe fragmenty modelu. 1.2.1. Tworzenie wierzchołków powierzchni ABCD W celu zdefiniowania geometrii musimy zdefiniować wierzchołki modelu, dlatego klikamy na przycisk GEOMETRY ⇒ VERTEX COMMAND BUTTON ⇒ CREATE VERTEX 2 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) Uwaga! Przycisk ten ( jak i wiele innych) ma w swoim lewym dolnym rogu czerwoną strzałkę oznaczającą, Ŝe przycisk ten jest wielofunkcyjny. Pozostałe jego funkcje moŜemy uaktywnić klikając na niego prawym klawiszem myszy i z menu kontekstowego wybrać pozostałe funkcje. Uwaga! Krótki opis kaŜdego z przycisków zostaje wyświetlony w okienku DESCRIPTION w momencie najechania na dany przycisk. Po upewnieniu się, Ŝe aktywna jest w tej chwili funkcja tworzenia punktów FROM COORDINATES wpisujemy kolejno współrzędne wierzchołków zatwierdzając kolejne punkty A, B, C, D przyciskiem APPLY. Punkt A rozpoczynamy we współrzędnych (0,1,0) itd. W przypadku pomyłki moŜemy uŜyć klawisza UNDO . Komendę REDO (do przodu) moŜna wywołać prawym klawiszem myszy klikając na przycisk UNDO. Aby usunąć dowolny punkt naleŜy kliknąć w panelu GEOMETRY ⇒ VERTEX COMMAND BUTTON ⇒ DELETE VERTEX i zaznaczając Ŝądany punkt potwierdzić klawiszem APPLY. Zaznaczenia dokonujemy trzymając wciśnięty klawisz SHIFT i lewy klawisz myszy rozciągając prostokąt wokół punktu. Wtedy zostaje on podświetlony na czerwono. Uwaga! Obiekt moŜemy równieŜ zaznaczyć przy pomocy samej myszy. W tym celu naleŜy wcisnąć i przytrzymać prawy klawisz myszy oraz dodatkowo wcisnąć lewy klawisz myszy. Ta kombinacja wywołuje zmianę kursora i znacznik jest gotowy do uŜycia. Zaznaczania dokonujemy lewym klawiszem myszy rozciągając prostokąt wokół lub przez obiekt (tutaj punkt). Dezaktywacji znacznika dokonujemy w ten sam sposób jak jego aktywacji. 1.2.2. Tworzenie krawędzi powierzchni ABCD Następnie, z juŜ istniejących punktów tworzymy krawędzie w panelu GEOMETRY ⇒ EDGE COMMAND BUTTON ⇒ CREATE STRAIGHT EDGE. Aby połączyć punkty A i B, zaznaczamy je i klikamy APPLY. Podobnie łączymy pozostałe punkty. 3 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) Dalsze punkty moŜna tworzyć analogicznie, ale istnieją równieŜ inne sposoby. Krawędzie EF oraz GH utworzymy poprzez skopiowanie odpowiednio krawędzi DC oraz AB. W panelu GEOMETRY EDGE COMMAND BUTTON ⇒ ⇒ MOVE/COPY/ALIGN EDGES zaznaczamy przycisk COPY (domyślnie jest MOVE). Pozostawiamy domyślną funkcje TRANSLATE. We współrzędnych Y wpisujemy 1, zaznaczamy krawędź DC i naciskamy APPLY. Podobnie tworzymy krawędź GH, w tym przypadku wpisujemy współrzędną Y=-1 Następnie za pomocą znanej juŜ komendy GEOMETRY ⇒ EDGE COMMAND BUTTON ⇒ CREATE STRAIGHT EDGE tworzymy krawędzie DE, CF, AG, BH. 1.2.3. Tworzenie powierzchni ABCD Z powstałych krawędzi stworzymy powierzchnie ABCD, DCEF, ABGH. W panelu GEOMETRY ⇒ FACE COMMAND BUTTON ⇒ CREATE FACE FROM WIREFRAME zaznaczamy krawędzie składające się na poszczególne powierzchnie i potwierdzamy APPLY. Uwaga! W dolnej prawej części okna znajduje się GLOBAL CONTROL PANEL zawierający kilka uŜytecznych funkcji min. ⇒ umoŜliwia obejrzenie modelu w róŜnych widokach równocześnie i daje moŜliwość poruszania się po tych widokach. ⇒ umoŜliwia wyświetlenie obiektu w jednym z wielu zorientowanych układów współrzędnych. ⇒ dopasowuje widok modelu do wielkości okna. Kolanko tzn. powierzchnie FCIJ, CBJK, BHKL stworzymy poprzez GEOMETRY REVOLVE EDGES ⇒ FACE COMMAND BUTTON ⇒ (pod prawym klawiszem). Ideą tej metody jest rozciągnięcie krawędzi względem prostopadłej do niej osi tak, aby powstała nowa powierzchnia. Dlatego teŜ zaznaczamy krawędzie FC, CB, BH (zrobimy to równocześnie dla wszystkich trzech krawędzi, 4 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) oczywiście moŜna tą operację wykonać osobno dla kaŜdej z nich), w pole ANGLE wpisujemy 90 (wartość kąta w stopniach), natomiast osią obrotu musi być oś prostopadła do powierzchni ekranu przechodząca przez punkt W. W tym celu definiujemy oś klikając na DEFINE, wybieramy metodę dwóch punktów i jako pierwszy z nich wpisujemy współrzędne punktu W(10,5,0), a jako drugi taki sam jak W, lecz z niezerową wartością w kierunku Z, np.(10,5,10) i klikamy w dwóch panelach na APPLY. Powierzchnię JKNO stworzymy przy pomocy funkcji ⇒ FACE COMMAND BUTTON ⇒ SWEEP EDGES (rozciągnięcie krawędzi do powierzchni) zaznaczając krawędzie JK i przesuwając o VECTOR definiowany za pomocą TWO POINTS wybieramy: dla pierwszego punktu współrzędne (0,0,0), a dla drugiego (0,10,0) i potwierdzamy APPLY. 1.2.4 Tworzenie pozostałych powierzchni modelu Krawędzie MI oraz PL stworzymy przez skopiowanie odpowiednio krawędzi NI i KO. Z panelu GEOMETRY ⇒ EDGE COMMAND BUTTON ⇒ MOVE/COPY/ALIGN EDGES wybieramy kopiowanie krawędzi KO poprzez operację TRANSLATE i wpisując wartości wektora przesunięcia (1,0,0), podobnie kopiowanie dla krawędzi NJ, ale przesunięcie jest o (-1,0,0). Ostatnią część przykładu rozpoczniemy od stworzenia pionowych krawędzi MR, NS, TO, WP poprzez skopiowanie odpowiednio krawędzi MI, JN, KO, PL. Zrobimy to podobnie jak poprzednio tzn. GEOMETRY ⇒ EDGE COMMAND BUTTON ⇒ MOVE/COPY/ALIGN EDGES wybierając metodę TRANSLATE, ale inny wektor (0,10,0). Oczywiście teraz naleŜy przesunąć wewnętrzne krawędzie do zewnątrz. Skorzystamy z tego samego panela jedynie zaznaczając funkcję MOVE zamiast COPY. 5 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) Teraz musimy połączyć wszystkie punkty w krawędzie i wykonamy to w panelu GEOMETRY ⇒ EDGE COMMAND BUTTON ⇒ CREATE STRAIGHT EDGE. zaznaczając poszczególne punkty i potwierdzając APPLY. Następnie z powstałych krawędzi tworzymy powierzchnie IJMYN, KLPZO, RSMY, TUPZ oraz STZONY w GEOMETRY COMMAND BUTTON ⇒ CREATE FACE FROM WIREFRAME ⇒ FACE . NaleŜy podkreślić, Ŝe nie są to tylko powierzchnie czterowierzchołkowe. Dzięki takiemu podziałowi uniknęliśmy moŜliwości stykania się ze sobą krawędzi o róŜnych długościach, co spowodowałoby spore komplikacje w dalszym modelowaniu. Uwaga! Dobrą praktyką jest sprawdzenie przed tworzeniem siatki czy w obiekcie nie znajdują się podwójne krawędzie i powierzchnie, które mogły wyniknąć z kopiowania czy przenoszenia elementów, a które koniecznie naleŜy ze sobą połączyć. MoŜemy tego dokonać dla krawędzi w panelu GEOMETRY ⇒ EDGE COMMAND BUTTON ⇒ CONNECT/DISCONNECT EDGES poprzez zaznaczenie 'podejrzanych' krawędzi lub całego obiektu i kliknięcie APPLY. Podobnie dla powierzchni GEOMETRY ⇒ FACE COMMAND BUTTON ⇒ CONNECT/DISCONNECT FACES . Po połączeniu wszystkich podwójnych krawędzi w naszym przykładzie moŜemy przystąpić do tworzenia siatki numerycznej. 1.3.Tworzenie siatki numerycznej modelu (dyskretyzacja numeryczna) Generując siatkę numeryczną naleŜy przede wszystkim dbać o jej jakość oraz o to, aby w najbardziej charakterystycznych miejscach modelu była moŜliwie gęstsza niŜ w pozostałych fragmentach. W tym konkretnym przykładzie takimi miejscami są: warstwa przyścienna, kolanko oraz dyfuzor. Podobnie jak przy geometrii, najpierw wygenerujemy siatkę na krawędziach, a następnie na powierzchniach dla części modelu przed kolankiem (EGHF), a dopiero później dla pozostałych części. 1.3.1. Tworzenie siatki numerycznej na krawędziach części EGHF modelu Rozpoczniemy od wygenerowania węzłów na krawędziach AB, CD, EF i GH. W tym celu wybieramy w MESH ⇒ EDGE COMMAND BUTTON ⇒ MESH EDGES Ŝądane krawędzie. Zaznaczamy w funkcji SOFT LINK ⇒ BREAK, wybieramy krawędź CD, EF i klikamy na REVERSE, następnie zaznaczamy krawędź AB i GH. Chodziło o uzyskanie tych samych kierunków tworzenia siatki, co będzie widoczne na podglądzie, który moŜemy wywołać z klawiatury przy pomocy klawisza TAB. 6 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) ustawiamy SUCCESSIVE RATIO=0.93 i w podpanelu SPACING wybierzmy INTERVAL COUNT i liczbę węzłów 15. Uwaga! Funkcja SOFT LINK ⇒ FORM daje automatycznego zaznaczenia, a później wygenerowania siatki na kilku krawędziach jednocześnie, co moŜe być pomocne np. przy kilkukrotnym 'próbnym' tworzeniu siatki. moŜliwość Podobnie zrobimy dla krawędzi AD i BC. Zaznaczamy je, ustawiamy SOFT LINK ⇒ BREAK, SUCCESSIVE RATIO=1.256, dodatkowo wybieramy na DOUBLESIDED. W podpanelu SPACING zaznaczamy INTERVAL COUNT oraz ilość elementów 12. 1.3.2. Tworzenie siatki numerycznej na powierzchni ABCD modelu Przystąpimy teraz do generacji siatki juŜ na całej powierzchni ABCD, otwieramy ⇒ MESH FACES i MESH ⇒ EDGE COMMAND BUTTON zaznaczamy tą powierzchnią. Zastosujemy schemat przy tworzeniu siatki stąd zaznaczamy APPLY, wybieramy elementy QUAD (czterowierzchołkowe) i typ siatki MAP. Odznaczamy w podpanelu SPACING przycisk APPLY, tak aby wymusić generowanie siatki na podstawie podziału krawędzi. 1.3.3. Tworzenie siatki numerycznej w pozostałych elementach modelu Aby utworzyć siatkę na powierzchniach ABGH oraz CDEF wygenerujemy węzły na odpowiednio krawędziach AG i DE. W panelu MESH ⇒ EDGE COMMAND BUTTON ⇒ MESH EDGES zaznaczamy Ŝądane krawędzie. Zaznaczamy SOFT LINK ⇒ BREAK, SUCCESIVE RATIO=1, INTERVAL COUNT=4 (ten sam efekt uzyskamy przy parametrze INTERVAL SIZE=0.25 – jak na rysunku obok). Następnie w MESH ⇒ FACE COMMAND BUTTON ⇒ MESH FACES i zaznaczamy te powierzchnie. Stosujemy jak uprzednio schemat ⇒ APPLY, wybieramy elementy QUAD i typ siatki MAP, potwierdzany APPLY. W podobny sposób będziemy tworzyć siatkę na powierzchniach kolanka oraz odcinka rury za kolankiem. Zaczynamy o wygenerowania siatki na odcinkach kolanka: FI, CJ, BK, HL z następującymi parametrami: SOFT LINK ⇒ BREAK, SUCCESSIVE RATIO=1, INTERVAL 7 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) COUNT=10, a dla odcinków rury MI, NJ, KO, PL przyjmujemy SOFT LINK ⇒ BREAK, DOUBLE SIDED, SUCCESSIVE RATIO=1.1 w obu, INTERVAL COUNT=20. Analogicznie powierzchnie FCIJ, CBJK, BHKL: schemat ⇒ APPLY, wybieramy elementy QUAD i typ siatki MAP, potwierdzamy APPLY oraz z takimi samymi ustawieniami powierzchnie: IJMYN, JKNO, KLPZO. Ostatni fragment rury po zmianie średnicy moŜna zdyskretyzować podobnie jak jego pierwszy element (płaski odcinek przed kolankiem) poprzez 'posianie' węzłów na krawędziach MR, NS, TO oraz PU z parametrami: SOFT LINK ⇒ BREAK, SUCCESSIVE RATIO=1.1 w obu, INTERVAL COUNT=15, a powierzchnie MNRS, NOST, OPTU elementami QUAD i typem siatki MAP. Uwaga! Do wygenerowania siatki moŜna równieŜ uŜyć innego typu siatki PAVE. Droga ta jest bardziej pracochłonna, gdyŜ wymaga dyskretyzacji kaŜdej z krawędzi, ale w przypadku nie regularnych kształtów moŜe się okazać jedyną moŜliwą do zastosowania. Definiowanie rodzajów warunków brzegowych i typów materiałów Geometria po wygenerowaniu siatki podziału numerycznego powinna wyglądać następująco: 1.3.4. Sprawdzenie jakości siatki numerycznej modelu Po zakończeniu tworzenia siatki naleŜy sprawdzić jej jakość i moŜemy to zrobić w GLOBAL PANEL ⇒ EXAMINE MESH (w lewym dolnym rogu ekranu). W podpanelu DISPLAY TYPE ustawiamy 2D ELEMENTS (tak jak w przykładzie) oraz RANGE i zaznaczamy elementy czterowierzchołkowe (QUAD). W QUALITY TYPE znajduje się wiele kryteriów sprawdzania siatki (dokładny ich opis znajduje się w HELPie programu), z których najistotniejsze są EquiAngle Skew, EquiSize Skew oraz Area. W ten sposób w dolnej części tego panelu otrzymamy wartości jakości siatki. Przesuwając suwaki LOWER i UPPER moŜemy ustawić dowolny zakres, sprawdzając ile elementów siatki się w 8 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) nim znajduje (równieŜ w procentach). Im mniejsza wartość współczynnika tym lepiej. Generalnie, siatki wysokiej jakości zawierają elementy o wartościach 0.1 dla dwuwymiarowych elementów oraz 0.4 dla trójwymiarowych elementów. W pozostałych typach DISPLAY TYPES tzn. PLANE oraz SPHERE moŜemy równieŜ wyświetlić siatkę tylko w dowolnych fragmentach przesuwając suwaki X, Y, Z. Poszczególne tryby CUT ORIENTATION oznaczają: - – wyświetla elementy na zewnątrz przecinającej objętości, 0 – wyświetla elementy, które są przecięte przez przecinającej objętości, + – wyświetla elementy wewnątrz przecinającej objętości. 1.4. Przypisanie typów warunków brzegowych oraz typów materiałów 1.4.1. Przypisanie typów warunków brzegowych GAMBIT jako preprocesor moŜe uŜyty dla wielu procesorów (solverów) np. FIDAP, FLUENT, POLYFLOW czy ANSYS i te procesory wymagają róŜnego definiowania typów warunków brzegowych. Naszym solverem będzie FLUENT, dlatego z głównego menu wybieramy grupę SOLVER i w niej zaznaczamy FLUENT 5 (w GAMBICIE 1.3) lub FLUENT 6 (w GAMBICIE 2). Na rysunku przedstawione są warunki brzegowe jakie będziemy zakładać w przykładzie i będą one przypisywane do kaŜdej ze ścian zewnętrznych z osobna. 9 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) Uwaga! Podejście w ten sposób jest bardziej pracochłonne, bo wymaga przypisania typu warunku brzegowego do kaŜdej ze ścian z osobna. Natomiast uzyskujemy moŜliwość zakładania warunków brzegowych na ścianach, na których pierwotnie ich nie było i moŜe być to wykonane juŜ z poziomu FLUENTA (nie trzeba wracać do GAMBITA). Przykładowo, ścianę ER będziemy traktować jako cztery niezaleŜne ściany EF, FI, IM, MR. Zaczniemy od przypisania typu warunku brzegowego dla odcinka EF. Klikamy na ZONE COMMAND BUTTON ⇒ SPECIFY BOUNDRY . W polu ACTION pozostawiamy domyślną TYPES COMMAND BUTTON opcję ADD, wpisujemy przykładową nazwę np. ODCINEK EF, pozostawiamy domyślny typ WALL, we menu rozwijalnym ENTITY wybieramy EDGE i w okienku obok zaznaczamy krawędź EF. W przypadku omyłkowego wyboru zaznaczamy krawędź i klikamy REMOVE. Gdy wszystko jest prawidłowo klikamy na APPLY. Podobnie komendy wykonujemy dla odcinków: FI, MI, MR, GH, HL, PL, PU, a takŜe AG, DE, RS, TU. PoniewaŜ do ścianek wewnętrznych nie będziemy przypisywać Ŝadnych warunków, dlatego wewnętrzne ścianki potraktujemy jako jeden typ warunku brzegowego. Wykonujemy to podobnie jak wyŜej klikamy na ZONE COMMAND BUTTON ⇒ SPECIFY BOUNDRY TYPES COMMAND BUTTON .W polu ACTION pozostawiamy domyślną opcję ADD, wpisujemy przykładową nazwę ODCINEK DCJNYS, pozostawiamy domyślny typ WALL, we menu rozwijalnym wybieramy EDGE i w okienku obok zaznaczamy wszystkie krawędzie składające się na tę ścianę tj. krawędzie CD, CJ, JN, NY, SY i potwierdzamy APPLY. Dokładnie ten sam sposób utworzymy drugą wewnętrzną ścianę ODCINEK ABKOZT składającą się z krawędzi: AB, BK, KO, OZ i ZT. Inny typ warunku musimy przypisać dla krawędzi AD (wlot) oraz ST (wylot). W opcjach TYPE naleŜy wybrać dla odcinka AD – VELOCITY INLET, a dla odcinka ST – OUTFLOW, pozostałe opcje pozostają bez zmian, na końcu kaŜdorazowo klikamy na APPLY. 1.4.2. Przypisanie typów materiałów Gdy mamy juŜ zdefiniowane typy warunków brzegowych moŜemy przejść do zdefiniowania typów materiałów w przykładzie. Rodzaje są dwa: ścianki – ciało stałe oraz woda wewnątrz kanału – płyn. Wybieramy ZONE COMMAND BUTTON ⇒ SPECIFY CONTINUUM TYPES COMMAND BUTTON , pozostawiamy aktywną opcję ADD, wpisujemy przykładową nazwę SCIANKA, określamy TYPE: SOLID, z 10 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) menu rozwijalnego ENTITY wybieramy FACES i zaznaczamy wszystkie powierzchnie składające się na ścianki tj. DCEF, FCIJ, IJMYN, MNRS, ABGH, BHKL, KLOZP, OPTU. Podobnie dla płynu, pozostawiamy aktywną opcję ADD, wpisujemy przykładową nazwę PLYN, określamy TYPE: FLUID, z menu rozwijalnego ENTITY wybieramy FACES i zaznaczamy wszystkie powierzchnie składające się na ścianki tj. ABCD, CBJK, JKNO, OZTSYN. Uwaga! Kolejność, najpierw typy warunków brzegowych, później materiały wydaje się naturalna, ale nic nie stoi na przeszkodzie, aby zrobić to odwrotnie. Ponadto gdyby okazało się, Ŝe któraś z powierzchni jest nieprawidłowo zdyskretyzowana i naleŜy tworzyć siatkę jeszcze raz, typy warunków brzegowych i materiałów pozostają te same tak długo dopóki nie zmienimy geometrii modelu. Ostatnią rzeczą jest zapisanie sesji FILE ⇒ SAVE oraz wyeksportowanie siatki do FLUENTA poprzez FILE ⇒ EXPORT ⇒ MESH podać nazwę pliku np. przyklad.msh (dobrze jest mieć tą samą nazwę jak dla sesji) i potwierdzić ACCEPT. Uwaga! Plik przyklad.msh jest łącznikiem między GAMBITEM a FLUENTEM. Zawiera wszystkie informacje, które są w pliku przyklad.dbs, ale nie jest on edytowalny. W związku z tym przy jakichkolwiek zmianach w sesji (pliku przyklad.dbs) musimy kolejny raz eksportować siatkę do pliku przyklad.msh. MoŜemy teraz opuścić GAMBITA przez FILE ⇒ EXIT i potwierdzić YES. 2. FLUENT - PROCESOR Program FLUENT w wersji windowsowej otwieramy z menu START ⇒ PROGRAMY ⇒... Po kliknięciu na ikonę FLUENTA wybieramy wersję FLUENT 2ddp (problem dwuwymiarowy, double precision). 2.1. Import geometrii pochodzącej z GAMBITA Z menu FILE ⇒ READ ⇒ CASE wybieramy ze swojej przestrzeni dyskowej plik przyklad.msh. 2.2. Sprawdzenie jakości siatki numerycznej Po kliknięciu w menu GRID ⇒ CHECK w oknie dialogowym programu listowane są pewne wartości dotyczące zaimportowanej geometrii. Gdyby siatka zawierała jakiekolwiek błędy to właśnie w tym miejscu powinny być wyświetlone. Ponadto naleŜy zwrócić uwagę czy wartość minimum volume ma dodatnią wartość, gdyby tak było FLUENT nie jest w stanie przeprowadzić obliczeń. 11 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) 2.3. Przeskalowanie jednostek geometrii Domyślnymi jednostkami długości dla FLUENTA są jednostki układu SI czyli metry. PoniewaŜ geometria w GAMBICIE była stworzona w cm, dlatego teŜ naleŜy ją teraz przeskalować. W tym celu z wybieramy GRID ⇒ SCALE. W polu GRID WAS CREATED IN wybieramy CM i koniecznie klikamy na SCALE, a następnie CLOSE. Uwaga! Przycisk CHANGE LENGTH UNITS umoŜliwiłby zmianę obowiązujących we Fluencie jednostek długości z m na cm. 2.4. Wygładzanie siatki numerycznej W przypadku, gdy siatka numeryczna nie jest najwyŜszej jakości, moŜna spróbować ją wygładzić. Z menu GRID ⇒ SMOOTH/SWAP… wybieramy METHOD, zakres i potwierdzamy SMOOTH. 2.5. Wyświetlenie sczytanej siatki MoŜemy równieŜ wyświetlić zaimportowaną siatkę poprzez DISPLAY ⇒ GRID zaznaczając dowolne krawędzie. Uwaga! We Fluencie klawisze myszy mają trochę inne funkcje niŜ w GAMBICIE: 12 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) LEWY KLAWISZ – przeglądanie obiektu PRAWY KLAWISZ – wyświetlanie szczegółów dotyczących zaznaczonego obiektu w oknie dialogowym programu, ŚRODKOWY PRAWY KLAWISZ i przeciągając w prawo i w dół – powiększanie obiektu, ŚRODKOWY PRAWY KLAWISZ i przeciągając w lewo i w górę – pomniejszanie obiektu. 2.6. Definiowanie typu solvera W panelu DEFINE ⇒ MODELS ⇒ SOLVER mamy moŜliwość wyboru m.in. typu solvera, typu procesu (stacjonarny lub niestacjonarny). W przykładzie rozwaŜymy proces ustalony, dlatego pozostawimy domyślne opcje. 2.7. Definiowanie modelu obliczeniowego Oprócz równań ciągłości i Naviera-Stokesa będziemy rozwiązywać równanie Fouriera-Kirchhoffa. Dlatego w panelu DEFINE ⇒ MODELS ⇒ ENERGY... musimy zaznaczyć pole przy ENERGY. Ponadto przepływ w kolanku potraktujemy jako turbulentny, stąd klikamy DEFINE ⇒ MODELS ⇒ VISCOUS... i zmieniamy zaznaczenie z LAMINAR na MODEL K-EPSILON i pozostawić pozostałe opcje. 2.8. Definiowanie materiałów w modelu Na poniŜszym rysunku przedstawione są załoŜone rodzaje materiałów oraz warunki brzegowe, które są oczywiście przykładowymi i na tym etapie mogłyby być realizowane zupełnie inne. 13 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) Zdefiniujmy materiały w zadaniu poprzez DEFINE ⇒ MATERIALS... PoniewaŜ jednak domyślnymi materiałami są tylko powietrze oraz aluminium, będziemy musieli własności materiałowe dla wody oraz stali zaimportować z bazy danych, dlatego w juŜ otwartym panelu klikamy na DATABASE. W bazie danych dla odpowiedniego MATERIAL TYPE stałego (SOLID) lub płynnego (FLUID) wyszukujemy odpowiednio STEEL oraz WATER-LIQUID zatwierdzając kolejno poprzez COPY. Opuszczamy ten panel poprzez CLOSE. W panelu MATERIALS w polu MATERIAL TYPE i SOLID/FLUENT MATERIALS moŜemy sprawdzić czy zostały zaimportować materiały z bazy danych. Uwaga! Gdyby zaszła potrzeba zmiany, którejkolwiek wartości dla danego materiału, wtedy naleŜy wpisać tą wartość w odpowiednim polu i potwierdzić CHANGE/CREATE 14 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) 2.9. Definiowanie warunków zewnętrznych W panelu DEFINE ⇒ OPERATING CONDITIONS… moŜemy ustawić wartość oraz połoŜenie ciśnienia odniesienia. Jednak w tym przykładzie nie ma potrzeby niczego zmieniać. 2.10. Definiowanie warunków brzegowych W panelu DEFINE ⇒ BOUNDARY CONDITIONS... będziemy przypisywać warunki brzegowe zgodnie z rysunkiem. Z listy ZONE wybieramy kolejno poszczególne odcinki i określamy ich warunki brzegowe. Do ścian EF, GH będziemy przypisywać strumień ciepła, dlatego w panelu zaznaczamy pole HEAT FLUX i wpisujemy wartość 4000. Ściany ED, AG, RS, TU wg rysunku powinny być zaizolowane, dlatego w panelu BOUNDARY CONDITIONS nie musimy nic ustawiać, gdyŜ domyślną opcją są zaizolowane ściany. Podobnie postąpimy w przypadku wszystkich ścian wewnętrznych (od strony wody). Do ścian FI, HL przypiszemy warunek brzegowy w postaci temperatury. Zaznaczamy pole TEMPERATURE i wpisujemy wartość 360 K. Do ścian MI, MR, PU, PL przypiszemy współczynnik wnikania ciepła i temperaturę otoczenia. W polu CONVECTION wpisujemy wartość 4, a w FREE STREEM TEMPERATURE wartość 300. 15 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) Krawędzie AD oraz ST są odpowiednio wlotem oraz wylotem płynu, dlatego przypiszemy następujące warunki brzegowe: dla AD – VELOCITY INLET i w polu VELOCITY X wpisujemy wartość 0.00185 oraz TEMPERATURE wartość 330 K, natomiast dla ST OUTFLOW i w tym panelu nie musimy niczego ustawiać. 2.11. Określenie kontrolujących rozwiązanie współczynników W panelu SOLVE ⇒ CONTROLS ⇒ SOLUTIONS... moŜemy ustawić m.in. współczynniki podrelaksacji, których zmiana mogłaby pomóc w przypadkach trudno zbiegających się. Zostawimy wszystkie opcje bez zmian. 2.12. Określenie warunków początkowych W panelu SOLVE ⇒ INITIALIZE ⇒ INITIALIZE… określamy warunki początkowe, które mają znaczenie dla procesów niestacjonarnych (nieustalonych). W tym przypadku naleŜałoby z menu rozwijalnego COMPUTE FROM wybrać np. wlot (odcinek AD) i kliknąć na INIT. Wtedy w polu INITIAL VALUES zostaną wyświetlone wartości przypisane jako warunki początkowe i brzegowe. Opuszczamy panel poprzez CLOSE. 2.13. Monitorowanie procesu iteracyjnego W panelu SOLVE ⇒ MONITOR ⇒ RESIDUALS… w OPTIONS zaznaczamy pola PRINT (wyświetlanie wartości w oknie dialogowym FLUENTA) oraz PLOT (kreślenie wykresu procesu zbieŜności), które pozwolą nam monitorować proces iteracyjny. Wartości residuów pozostawiamy bez zmian. 2.14. Przeprowadzenie obliczeń Obliczenia rozpoczniemy w panelu SOLVE ⇒ ITERATE wpisując wartość 200 iteracji i klikając na przycisk ITERATE. 16 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) Rozwiązanie otrzymujemy po ok. 170 iteracjach. Po przeprowadzeniu obliczeń naleŜy je zapisać. Z menu FILE ⇒ WRITE ⇒ CASE&DATE... wpisujemy odpowiednią nazwę i potwierdzamy OK. Plik o formacie cas zawiera wszystkie dane, które dotąd wprowadziliśmy, natomiast plik dat zawiera rozwiązanie (wartości temperatury, ciśnienia itd. w węzłach). 4. FLUENT - POSTPROCESOR 4.1. Wyświetlanie konturów W menu DISPLAY ⇒ CONTOURS… w polu OPTION moŜemy ustawić wyświetlanie wypełnionych powierzchni z wartościami danej wielkości lub wyświetlić tylko kontury (opcja FILLED), wyświetlić wartości w węzłach (NODE VALUES), zmienić zakres wyświetlanej wielkości odznaczając AUTO RANGE i wpisując odpowiednie wartości w polach MIN i MAX. W polu CONTOURS OF moŜemy wybierać jedną z wielu wielkości, którą chcemy wyświetlić np. TEMPERATURE, VELOCITY czy PRESSURE. W polu SURFACES moŜemy wybrać konkretny element i w nim wyświetlać wartości danej wielkości Pozostawiąc domyślne funkcje, wybierając TEMPERATURE i klikając na DISPLAY moŜemy uzyskać podobny do poniŜszego rozkład pól temperatur w modelu. 17 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) 4.2. Wyświetlanie wielkości wektorowych W menu DISPLAY ⇒ VELOCITY VECTORS… moŜemy wybrać spośród wielu opcji – podobnie jak w poprzednim punkcie – po naciśnięciu DISPLAY zostanie wyświetlony podobny do poniŜszego obrazek. 4.3. Wyświetlanie dowolnej wielkości w punkcie lub na prostej W postprocesorze Fluenta moŜemy wyświetlić obliczone wartości dowolnej wielkości w kaŜdym punkcie poprzez SURFACE ⇒ LINE/RAKE lub na prostej poprzez SURFACE ⇒ POINT (w zadaniach trójwymiarowych równieŜ na dowolnych płaszczyznach przekroju – SURFACE ⇒ PLANE). W niniejszym przykładzie zostanie przedstawiona droga do wyświetlenia wartości temperatury na krawędzi BC. Rozpoczniemy od zdefiniowania linii przechodzącej przez punkty B oraz C. Rozpoczynamy od zdefiniowania tej linii, w tym celu wybieramy SURFACE ⇒ LINE/RAKE i jako współrzędne pierwszego punktu wpisujemy odpowiednio: x0=0.1 oraz y0=0.01, a dla drugiego x1=0.1 oraz y=0.04. Wpisujemy nazwę powierzchni np. LINE-BC i potwierdzamy CREATE. 18 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) Z menu wybieramy PLOT ⇒ XY PLOT... ZałóŜmy, Ŝe na osi odciętych będzie pozycja w układzie współrzędnych, a na rzędnych wartości temperatury. W tym celu w OPTION zaznaczamy POSITION ON X AXIS. PoniewaŜ współrzędne linii BC zmieniają się względem osi Y, dlatego w PLOT DIRECTION zmieniamy wartości, tak aby X=0 oraz Y=1. Z rozwijalnego menu wybieramy temperaturę i klikamy na PLOT. Zostanie wyświetlony podobny wykres FLUENT pozwala równieŜ na prostą edycję wykresu. Klikając na AXES... mamy moŜliwość wzorów, kolorów oraz grubości linii oraz punktów. Uwaga! Zaznaczając w polu OPTIONS funkcję WRITE TO FILE, a później SAVE mamy moŜliwość zapisania do pliku współrzędnych punktów oraz odpowiadających im wartości temperatury. 4.4. Zapisywanie obrazków z okna Fluenta do pliku Aby zapisać zawartość okna do pliku na leŜy wybrać FILE ⇒ HARDCOPY... Wybieramy jeden z dostępnych formatów plików np. ps, w OPTION zaznaczamy REVERSE FOREGROUND / BACKGROUND i zapisujemy poprzez SAVE.... 19 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka) Zakład Metod Komputerowych w Technice Cieplnej Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej (www.itc.polsl.pl) 4.4. Zapisywanie ostatecznej wersji obliczeń W samych wynikach obliczeń się nic nie zmieniło od ostatniego zapisania, ale np. stworzyliśmy nowy obiekt LINE-BC, dlatego teraz go zapiszemy. Z menu FILE ⇒ WRITE ⇒ CASE&DATE... wpisujemy najlepiej tą samą nazwę i potwierdzamy OK. Potwierdzamy nadpisanie tych samych plików o formatach dat oraz cas poprzez OK. Program opuszczamy poprzez FILE ⇒ EXIT 20 Autor: Jacek Smołka (www.itc.polsl.pl/smolka)