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)
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
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
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
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
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
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
Teraz musimy połączyć wszystkie punkty w krawędzie i wykonamy to w panelu GEOMETRY
⇒ 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
⇒
CONNECT/DISCONNECT EDGES
poprzez
zaznaczenie
'podejrzanych' krawędzi lub całego obiektu i kliknięcie APPLY. Podobnie
dla powierzchni GEOMETRY
⇒ 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
⇒ 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
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
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
⇒ 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
⇒ 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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

tutaj - cae.info.pl

Transkrypt

Podobne dokumenty

To jedna z najbardziej nietypowych produkcji ostatnich lat.