Numerikus Áramlástan, Áramlások Numerikus Szimulációja

Átírás

1 Numerikus Áramlástan, Áramlások Numerikus Szimulációja (BMEGEÁTAG03, BMEGEÁTAG26) tavasz, 1. hét

2 Dr. Kristóf Gergely tananyaga alapján (link) összeállította: Benedek Tamás benedek [at] ara.bme.hu Az anyagok elérése: Kérdés vagy probléma esetén keressetek bátran személyesen vagy e- mailben Elnézést az okozott kellemetlenségekért! /Douglas Adams, Viszlát és kösz a halakat!/

3 A félév menetrendje: 1. hét: mérőperem szimulációja 2. hét: centrifugál szivattyú szimulációja 3. hét: kipufogó szimulációja 4. hét: nagy sebességgel repülő szárny szimulációja 5. hét: konyhában kialakuló áramlás szimulációja 6. hét: önálló feladat (áramlás csőkönyökben) 7. hét: gyakorlati ZH

4 Szabályok: Ne használjatok sehol (file nevek, mappa nevek, zónák és peremek nevei, ) ékezetes betűket és szóközt! Az ANSYS nem képes ezt kezelni. Ahova dolgozzatok: C:/Work/Neptun_kod (a Neptun_kod helyére természetesen a saját Neptun kódotokat írjátok) A CFD labor gépein hagyott file-ok a gépek kikapcsolásakor törlődnek ha később folytatni akarjátok a munkát, mentsétek el egy flash drive-ra vagy küldjétek el magatoknak ben

5 ANSYS-os CFD gyak.-ot vezetnek: Nagy László (nagy [at] ara.bme.hu) Bak Bendegúz (bak [at] ara.bme.hu) Balla Esztella (balla [at] ara.bme.hu) Farkas Balázs (farkas [at] ara.bme.hu) Füle Péter (fule [at] ara.bme.hu) Mikó Szandra (miko [at] ara.bme.hu) Tomor András (tomor [at] ara.bme.hu) Tóth Bence (tothbence [at] ara.bme.hu)

6 CFD szimuláció lépései CAD modell (Design Modeler) Numerikus háló (Mesher/FLUENT) Fizikai modell, szimuláció (FLUENT) Kiértékelés (FLUENT/CFD post) WORKBENCH

7 Az első gyakorlat célja - Mérőperem (invariáns az azimutális koordinátára 2D, axiszimmetrikus)

8 1. fejezet: A geometria

9 Alappontok letöltése

10 Az ANSYS Workbench kezdőképernyője Húzzátok be a munkaterületre az Analysis System csoportból a FLUENT elemet a munkaterületre

11 A Design Modeler elindítása Katt a Geometry részre Állítsátok 2D-re az elemzés típusát Dupla kattintással a Geometry-n indítsátok el a Design Modeler-t

12 A mértékegységek beállítása A Units menüben válasszatok mm mértékegységet

13 A munkasík kiválasztása Válasszátok ki az XY síkot, majd jobb klikk rajta és a Look at paranccsal forgassátok a képernyővel szembe

14 Az alappontok beolvasása A File menü Run Script parancsával futtassátok le az alappontokat tartalmazó Java scriptet Ügyeljetek arra, hogy az XY sík legyen kiválasztva

15 Mi a címe ennek a diának? A pontok megjelenése után váltsatok a Sketching fülre

16 Kényszerek A Constraints csoportból az az Auto constraints eszköznél pipáljátok be a Cursor lehetőséget

17 Egyenes vonalak berajzolása A Draw csoportból a Line paranccsal kössétek össze az egyenes szakaszokat

18 Körív rajzolása A Draw/Arc by center paranccsal rajzoljátok be a körívet (a körüljárási irány óramutató járásával megegyezik)

19 Kényszerek A Constraints/Fixed paranccsal rögzítsétek a mérőperem tengelyét

20 Méretezés A Dimensions/Semi- Automatic paranccsal méretezzétek be a modellt Az Animate paranccsal megnézhetitek melyik méret mihez tartozik

21 Állítható méretek publikálása Publikáljátok a cső sugarát Rcso néven, mint állítható paramétert (előtte lévő négyzetbe kattintva) semmiképp ne használjatok ékezetet és szóközt

22 Állítható méretek publikálása Publikáljátok a perem hosszát Sperem néven, mint állítható paramétert

23 Állítható méretek publikálása Publikáljátok a perem lekerekítését Rperem néven, mint állítható paramétert

24 Felület létrehozása )Térjetek vissza a Modelling fülre 2) Válasszátok ki a Sketch1- et 3) A Concept menü Surface from sketches parancsát válasszátok ki

25 Felület létrehozása Válasszátok az Operation pontban az Add frozen lehetőséget

26 Felület létrehozása A Generate gombbal hozzátok létre a felületet Zárjátok be a Design Modeler-t

27 2. fejezet: A háló

28 A Mesher elindítása Mentsétek el a projektet (nincs SEHOL szóköz és ékezet) Dupla kattintással a Mesh-en indítsátok el a Meshert

29 Kezdeti háló A Projekt fában a Meshre kattintva nézzétek meg a jelenlegi hálót

30 A méretek beállítása A Sizing menüt lenyitva állítsátok Max size és a Max face size méreteket 1 mm-re

31 A méretek beállítása Az update paranccsal frissítsétek a hálót

32 Sűrítés Jobb klikk a projekt fa Mesh elemén Insert Sizing

33 Sűrítés ) Válasszátok ki a pontok kijelölésére szolgáló eszközt 2) Geometriaként jelöljétek ki a perem sarokpontját

34 Sűrítés A sűrítési terület sugarának állítsatok be 8 mm-t, elem méretnek 0.5 mm-t

35 Sűrítés Frissítsétek a hálót

36 Peremfeltételek beállítása 1) Válasszátok ki a vonalak kijelölésére szolgáló eszközt 2) Jelöljétek ki a cső belépő felületét 3) Jobb klikk a vonalon, Create Named Selection parancs 4) Nevezzétek el Velocity_inletnek (nincs szóköz és ékezet)

37 Peremfeltételek beállítása 1 2 Járjatok el hasonló módon a 1) Tengellyel Axis 2) Kilépő felülettel Pressure_outlet Frissítsétek a hálót, mentsetek, majd zárjátok be a Meshert

38 3.-4. fejezet: A fizikai modell felállítása, az eredmények kiértékelése

39 A FLUENT elindítása Dupla kattintással a Setupon indítsátok a FLUENT-et

40 A FLUENT elindítása FLUENT kezdőablaka, beállítható: - A használni kívánt processzorok száma - A pontosság - A színséma - Nyomjatok egy OK-ot

41 A Fluentben a legtöbb beállítás a bal oldalon lévő fában és a menüben is elérhető Alapbeállítások A General menüben lehet az 2 alapvető beállításokat megtenni (megoldó választás, stac/instac szimuláció, a 2D tér típusa..) - Ellenőrizzétek a hálót a Check paranccsal (1) - Állítsátok be a tengely szimmetrikus (Axisymmetric) szimulációt (2)

42 Fizikai modellek A Models menüben lehet a különböző fizikai modelleket beállítani - Válasszátok ki a Viscous pontot a turbulencia modell beállításához

43 Turbulencia modell Válasszátok a Realizable k-e modellt

44 Anyagjellemzők A Materials pontban tudjátok beállítani a folyadék tulajdonságait (dupla katt az air-en, vagy a create/edit-en 2

45 Folyadék zónák A Cell zones menüben tudjátok a folyadékzónák tulajdonságait beállítani (pl.: forgó zóna, porózus zóna, hőforrás, impulzus forrás )

46 Peremfeltételek 2 1 A Boundary Condition pontban megtaláljátok a named selection-ként beállított peremfelületeket 1) A Type-on belül változtathatjátok a peremfeltétel típusát 2) Válasszátok ki a Velocity_inletet 3) Állítsatok be 10 m/s egyenletes belépősebességet

47 Peremfeltételek - Állítsatok be 10 m/s egyenletes belépősebességet A belépő turbulencia jellemzőket is definiálni kell: - állítsatok be 10%-os turbulencia intenzitást és 0.01 m-es hidraulikai átmérőt

48 Peremfeltételek A kilépésnél a nyomást írjuk elő (pressure outlet) - Itt is lehet állítani pl. a visszaáramlás turbulencia jellemzőit

49 Peremfeltételek A falakon is sok hasznos dolgot írhatunk elő, pl: mozgást (moving wall utána meg lehet adni a sebesség komponenseket), nyírási jellemzőket (no slip tapadás törvénye, specified shear előírhatjuk a nyírófeszültséget, 0 nyírás megfelel a súrlódásmentes falnak), érdességi jellemzőket, több fázisú áramlás esetén a fallal érintkező részecskék viselkedését...

50 Differencia sémák A Solution Methods menüben állíthatóak a differencia sémák. - Mindent állítsátok másodrendűre

51 Relaxációs faktorok A Solution Controls menüben állíthatjátok be a relaxációs faktorkat, mellyel csillapíthatjátok/lassíthatjátok a megoldást (ezzel néha el lehet kerülni, hogy divergáljon)

52 Konvergencia figyelése A Monitors menü segítségével definiálhatunk monitorokat, melyekkel különböző jellemzők alakulását figyelhetjük számítás közben - Állítsátok be a reziduumokat figyelő monitort (dupla katt)

53 Konvergencia figyelése Állítsátok be, hogy ne legyenek konvergencia kritériumok

54 Konvergencia figyelése Hozzatok létre egy felületi monitort: Report Definitions

55 Konvergencia figyelése Figyeljük inkább a csúsztató feszültség terület szerinti átlagát a falon 1) Type: Area weighted average 2) Variable: Wall fluxes/wall shear stress 3) Felület a fal 4) Rajzoltassuk ki a képernyőre

56 Inicializáció A Solution initialization menüben tölthetjük fel kezdeti értékekkel a cellákat - A Standard method-dal ugyanolyan értékeket adhatunk minden cellának

57 Inicializáció Válasszuk most inkább a hybrid method-ot

58 Osztott képernyő 1) Jobb klikk a Mesh fejlécen 2) New window 3) Ismét jobb klikk 4) Sub window view

59 Szimuláció elindítása ) Az iteráció számot állítsátok 1000-re 2) Indítsátok a számítást

60 Kész

61 Szintvonalas ábrázolás A Graphics and animation/contours paranccsal megjeleníthetjük pl. a nyomás eloszlást (a Filled lehetőség bepipálásával érhető el, hogy kitöltse)

62 Szintvonalas ábrázolás

63 Áramvonalak 3 A Graphics/Pathlines paranccsal lehet kirajzoltatni az áramvonalakat (ki kell választani, hogy mely felületből indítsa őket)

64 Áramvonalak

65 Nyomáseloszlás 3 A Plot/ XY plot paranccsal lehet megjeleníteni pl. a nyomáseloszlást a falak mentén

66 Nyomáseloszlás

67 Kimeneti paraméter definiálása Keressétek meg Report/Surface integrals parancsot

68 Kimeneti paraméter definiálása Publikáljátok a belépésen a nyomás tömeg szerinti integrálját mint kimeneti paramétert Csináltassatok meg egy iterációs lépést a programmal és zárjátok be a FLUENT-et

69 Kilépés Csináltassatok meg egy iterációs lépést a programmal és zárjátok be a FLUENT-et

70 Paraméteres futtatás Dupla katt a parameters-en

71 Paraméteres futtatás Állítsatok be két számítási pontot Rperem= 1.5 mm és 2 mm sugárral Futtassátok le őket

72 A jutalom: Bruce Willis