7
CFD SIMULACE BEZ DATABÁZOVÉ PODPORY WORKBENCH
7.1 Vytvo ení sít v programu ICEM CFD as ke studiu: 0.5 hodiny
Cíl
Po prostudování tohoto odstavce budete um t • vytvo it geometrii v programu ICEM CFD. • vytvo it výpo etní sí v programu ICEM CFD. • exportovat sí do souboru, který je použitelný v programu CFX-Pre.
Výklad Popis úlohy V této kapitole si na jednoduchém p íklad p edvedeme základní postup p i tvorb numerické simulace proud ní bez databázové podpory programu Workbench. Celý postup si budeme ilustrovat na stejné 2D úloze, která byla použita již v p edchozí kapitole. Geometrii a výpo etní sí budeme vytvá et v programu ICEM CFD.
Obr. 7.1. Schematický ná rt ešené oblasti s definicí problému
Popis programu ICEM CFD Program ICEM CFD je velice sofistikovaný nástroj na úpravu geometrie a vytvá ení výpo etní sít , a to konformní/nekonformní, hybridní/uniformní, strukturované tak i nestrukturované. V programu je možné vytvá et i geometrii, ale kreslení a modelování není asociativní, proto je vytvá ení složité geometrie velice zdlouhavé. Program také umož uje implementaci program pro ešení úloh z oblasti pevnosti a dynamiky pevných t les. Program ICEM tak m že sloužit jako ekvivalent Workbench. To ale není náš p ípad, protože program CFX nelze takto implementovat. Proces sí ování je možné specifikovat mnohem podrobn ji než v programu Meshing. Program je tak vhodný pro pokro ilé uživatele a samotný popis se všemi možnostmi programu by vysta il na samostatná skripta a výuku v jednom semestru. My si zde vysta íme s jednoduchým 2D p íkladem, na kterém budeme ilustrovat odlišnosti v procesu kreslení a sí ování vzhledem k program m implementovaným ve Workbench. Program ICEM CFD má shodnou grafickou strukturu s ostatními již popsanými programy. Základní vzhled programu ICEM CFD je zobrazen na Obr. 7.2. Pro p ehlednost si v následující tabulce stru n 97
popíšeme základní ikony. Základní ikony vždy pom rn intuitivn graficky znázor ují operaci, které ikona zastupuje. Otev ení nebo vytvo ení projektu Uložení projektu Otev ení geometrie, znovuna tení geometrie Otev ení sít , znovuna tení sít Otev ení bloku, (specielní možnost p i tvorb hexa sít ) Zotavení pohledu, maximální zoom (zobrazení kdy zoom je nastaven tak aby byly všechny entity na obrazovce viditelné) Zoom M ení délky úse ek Sou adný systém, možnosti nastavení Zotavení pohledu Krok zp t/vp ed Možnosti zobrazení drátového modelu/ možnosti zobrazení plného modelu
Panely nástroj
Okno se stromem geometrických entit Pracovní grafické okno
Okno pro definování p íkaz
Obr. 7.2 Grafické rozhraní ICEM CFD V pravé ásti se nalézají záložky pro zobrazení specifických ikon daných operací. jednotlivé panely si stru n popíšeme Geometry Nástroje pro tvorbu, editaci, modifikaci geometrie Mesh Nástroje pro tvorbu sít , k ivkové, plošné objemové Blocking Nástroje pro tvorbu bloku, specielní nástroj pro tvorbu hexa sít . Obdobný princip jako u p edchozí úlohy - d lení oblasti na podobjemy a vytvo ení 98
Edit Mesh Properties Constrains Loads Solve Options Output Cart3D Post-processing
sestavy) viz Obr. 6.21 Specielní nástroje pro editaci, opravu a kvalitativní vylepšení sít Nastavení parametr výpo tu, materiálu atd. (pouze v p ípad implementace eši e) Definice vazeb (ukotvení, vetknutí, posuvná podpora atd.) (pouze v p ípad implementace eši e) Definice okrajových podmínek, síla, teplota atd. (pouze v p ípad implementace eši e) Nastavení eši e (pouze v p ípad implementace eši e) Export výpo etní sít . Možnost exportu pro ca 100 program Parametry reziduál a monitorování ešení (pouze v p ípad implementace eši e). Tvorba grafických výstup a analýza výsledk simulace (pouze v p ípad implementace eši e).
Stejn jako v p edchozí kapitole vytvo íme pracovní adresá pro tuto úlohu. V tomto adresá i budou ukládány veškeré soubory (v tomto p ípad C:\Work/Priklad1_var2). Nastavení provedeme p íkazem z textového menu File→Change Working Dir... Zde nastavíme vytvo ený pracovní adresá viz Obr. 7.3
Obr. 7.3 postup p i definici pracovního adresá e
Vytvo ení geometrie v ICEM CFD Po definici pracovního adresá e projekt uložíme pomocí ikony , soubor pojmenujeme Priklad1. Nyní m žeme za ít vytvá et geometrii výpo etní oblasti. Postup p i kreslení je pon kud odlišn jší a využívá základní geometrické entity a geometrie tak není asociativní. Proces tvorby je ešen po vrstvách. V prvním kroku je nutné vytvo it hrani ní body. Tyto hrani ní body se následn spojí p ímkami, k ivkami apod. Pomocí p ímek a k ivek jsou vytvo eny plochy a následn jsou vytvo eny objemy pomocí ploch.
99
Body
P ímky/K ivky
Plochy
Objem
Obr. 7.4 Postup p i vytvá ení geometrie Stru ný popis jednotlivých položek v záložce Geometry je uveden v následující tabulce. Vytvo ení bod Vytvo ení 1D entity, k ivky, p ímky, spline atd. Vytvo ení plochy Vytvo ení objemu Rozd lení plochy Úprava importované geometrie, uzdravení, automatické vy išt ní atd. Transformace geometrie, posuv, rotace, škálování atd. Obnovení entit Mazání entit Body vytvo íme prost ednictvím sou adnic X,Y,Z. V záložce Geometry zvolíme volbu . Po této volb se v levé dolní ásti obrazovky upraví panel nástroj a zobrazuje pouze p íkazy platné pro definici bodu. Bod je možné vytvo it celou adou p íkaz , my ale využijeme definici pomocí sou adnic X,Y,Z. Program ICEM CFD nepracuje s jednotkami, ale pouze s íselným formátem. Geometrii tak budeme kreslit v mm. Do t í ádk vepíšeme sou adnice prvního bodu (0,0,0) a volbu potvrdíme Apply. V grafickém okn se následn zobrazí bod. Další body vytvo íme obdobn , napíšeme sou adnice a volbu potvrdíme Apply. Ostatní body vytvo íme dle následující tabulky a obrázku. Sou adnice bod jsou ur ena dle skicy Obr. 7.1. Tab. 7.1. Tabulka bod X Y Bod . [mm] [mm] 1 0 0 2 0 200 3 -1000 200 4 -1000 500 5 0 500 6 4000 500 7 4000 200 8 4000 0
Z [mm] 0 0 0 0 0 0 0 0
Obr. 7.5 Ozna ení bodu p i jejich tvorb
100
Obr. 7.6 Postup p i definici bod Po ukon ení definice posledního bodu a potvrzení Apply uzav eme panel tla ítkem Dismiss. Nyní máme vytvo eny body, které je možné propojit p ímkami. V položce Geometry tedy vybereme tvorbu k ivek
. K ivky je možné definovat celou adou zp sobu. My ale vybereme tvorbu prost ednictvím
bod . Pomocí tohoto nástroje je možné vytvo it k ivku libovolným po tem bod (2 body p ímka, 3 body parabola, atd.). Nyní budeme vždy definovat dva body, které se propojí p ímkou. Body vybereme levým tla ítkem myši a volbu potvrdíme prost edním tla ítkem. Pravým tla ítkem je možné se vrátit o krok zp t p i volb bodu.
Obr. 7.7 Postup p i tvorb p ímek P ímky je vhodné definovat již s ohledem na jejich sm r. tento sm r pak m žeme využít p i tvorb sít . ervené šipky na následujícím obrázku nazna ují po adí p i výb ru bod p i tvorb p ímek. P ímky vytvo íme tak aby byla geometrie tvo ena v budoucnu t emi kvádry, aby bylo možné vytvo it kartézskou sít stejn jako v Design Modeleru a Meshing.
101
Obr. 7.8 Znázorn ní sm ru p ímky Po ukon ení definice poslední p ímky bodu a potvrzení prost edním tla ítkem myši, uzav eme panel tla ítkem Dismiss. Po vytvo ení p ímek je m žeme slou it do ploch. V nástroji Geometry vybereme tvorbu ploch
. Plochy je možné vytvá et celou adou nástroj , nap . rotace, vysunutí apod. My ale
. Po této volb budeme levým budeme plochy vytvá et pomocí p ímek. Zvolíme tedy možnost tla ítkem vybírat vždy ty i p ímky, které ohrani ují plochu. Postup výb ru jednotlivých p ímek m že být již libovolný viz Obr. 7.10. Celkem tedy vytvo íme t i plochy viz. Obr. 7.9
Obr. 7.9 Znázorn ní vytvo ených ploch. Po vytvo ení poslední plochy uzav eme panel tla ítkem Dismiss. Jelikož je úloha ešena jako 2D, není nutné vytvá et objemy, prostorovou sí vytvo íme až následn po vytvo ení plošné sít její editací.
Zobrazení vytvo ené plochy Obr. 7.10 Postup p i tvorb první plochy 102
Aby bylo možné v CFX-Pre definovat okrajové podmínky, je nutné nyní vytvo it tzv. party. Bez tohoto kroku je sice možné vytvo it sí a dokonce ji exportovat, celý povrch by byl však p i exportu seskupen do jedné entity. V CFX-Pre by se po importu vyskytovala pouze jedna plošná entita, ímž by byl naprosto znemožn n proces definování okrajových podmínek, protože by nebylo možné vybrat danou plochu. Nové party tedy budou reprezentovat jednotlivé okrajové podmínky. Na následujícím obrázku je zobrazeno pojmenování jednotlivých part .
Obr. 7.11 Vytvo ení partu, pojmenování entit Postup p i vytvo ení partu je velice jednoduchý. Celý postup si demonstrujeme na vytvo ení part , který bude reprezentovat vstup tekutiny pojmenovaný INLET. Ve stromu v levé ásti vybereme položku Part a pravým tla ítkem vyvoláme kontextové menu a zvolíme položku Create Part. Ve vyvolaném panelu pro tvorbu partu vepíšeme jméno Inlet do kolonky Part. Následn p epneme kurzor myši do vybíracího režimu prost ednictvím ikony a vybereme danou p ímku viz Obr. 7.12. pravým tla ítkem a volbu potvrdíme prost edním tla ítkem, anebo tla ítkem Apply. Ve stromu by se následn m la pod položkou párt objevit nová entita, která má jinou barvu a její jméno je INLET (barva je odlišná pouze z d vodu rozlišení a nemá žádnou jinou vypovídající hodnotu). Následn p epíšeme jméno v položce Part na Outlet, levým tla ítkem myši vybereme dané p ímky a volbu potvrdíme prost edním tla ítkem myši, atd. Celý proces opakujeme i pro ostatní entity. Program ICEM CFD automaticky p epíše veškerá malá písmena v názvu na velká, tato vlastnost je defaultn nastavena a op t nemá žádný vliv na tvorbu. U poslední okrajové podmínky Symmetry_Left nevybereme p ímku, ale vybereme t i plochy. Druhá bo ní okrajová podmínka vznikne až p i editaci sít a není možné ji nyní definovat. Tab. 7.2. Pojmenování jednotlivých partu Jméno partu Po et entit Typ entity INLET 1 p ímka OUTLET 2 p ímka TOP_WALL 2 p ímka MIDDLE_WALL 1 p ímka BOTTOM_WALL 1 p ímka STEP 1 p ímka SYMMETRY_LEFT 3 plocha
103
Create Part
Vepíšeme jméno Inlet
Po potvrzení volby prost edním tla ítkem
Obr. 7.12 Postup p i tvorb partu, pojmenování entit
Vytvo ení sít v ICEM CFD Po pojmenování všech podstatných entit je ukon ena tvorba geometrie. Nyní m žeme za ít definovat parametry výpo etní sít . Postup je obdobný jako p i tvorb geometrie, nejprve budeme definovat sí na p ímkách a následn na plochách. V horním panelu p epneme záložku z položky Geometry na položku Mesh. V následující tabulce je uveden stru ný popis jednotlivých položek a jejich význam. Globální nastavení parametr výpo etní sít Nastavení sít pro jednotlivé party Nastavení sít pro plochy Nastavení sít pro k ivky Definování parametr zhušt ní sít 104
Definování konektivních bod sít Sí ování k ivek Sí ování plochy a objem Proces sí ování zahájíme definováním globálních parametr výpo etní sít . Vybereme ikonu ,v otev eném panelu je možné definovat globální parametry a dále parametry pro povrchovou, objemovou sí , parametry mezní vrstvy a nastavení periodicity výpo etní sít . Globální nastavení parametr výpo etní sít Globální nastavení parametr plošné sít Globální nastavení parametr objemové sít Globální nastavení parametr mezní vrstvy Globální nastavení parametr periodicity sít V panelu globálního nastavení je možné nastavit m ítko a maximální velikost elementu sít . Tyto hodnoty ponecháme ve standardním nastavení a p epneme se do panelu pro definování parametr . Zde m žeme nastavit jaký typ výpo etní sít je preferován pro 2D entity geometrie. plošné sít Ponecháme výchozí nastavení, protože spl uje naše požadavky.
Obr. 7.13 Definování typu plošné sít Jedná se o výpo etní sí ty hrannou (Mesh type →Quad Dominant). Metoda sí ování bude záviset na parametrech sít u k ivek (Mesh method → Patch Dependent). Tuto volbu potvrdíme tla ítkem Apply. Ostatní položky není nutné definovat, protože je b hem procesu sí ování nebudeme využívat. Nyní m žeme za ít definovat parametry výpo etní sít pro jednotlivé p ímky. Pokud byla geometrie vytvo ena podle návodu, je možné nastavit parametry pro n kolik p ímek sou asn .
Obr. 7.14 Ozna ení p ímek p i procesu sí ování
105
Sí za neme definovat pro p ímky ozna ení íslem 1. Vybereme položku v hlavním panelu. Pomocí tohoto nástroje je možné detailn nastavit parametry sít pro 1D entity geometrie.
Vepíšeme hodnotu 41
Obr. 7.15 Definování parametr sít pro p ímky ozna ené íslem 1 V položce Selected Surface(s) vybereme t i p ímky pomocí ikony , která p epne myš do vybíracího režimu. P ímky vybíráme levým tla ítkem myši. Po výb ru t etí p ímky potvrdíme volbu prost edním tla ítkem myši. Nyní by se v p vodn prázdném polí ku Selected Surface(s) m l objevit text crv.03, který ozna uje vybrané p ímky. Po et element na daných p ímkách bude identický se sítí, kterou jsme vytvo ili v programu Meshing (ve Workbench). Po et bun k má být 40, do polí ka Number of Nodes musíme vepsat hodnotu 41 (což je po et uzl na p ímce). Dále ješt chceme zhustit výpo etní sí sm rem ke konc m p ímek. Pomocí posuvníku p esuneme okno na položku Advanced Bunching (zhuš ování sít ). Zhuš ování sít m žeme provést celou adou metod. V položce Bunching Law vybereme metodu Biexponencial. Tato metoda umož uje zhuš ovat exponenciáln po et bun k na obou koncích p ímky (proto je v názvu p edpona bi). V kolonkách Spacing 1 a Spacing 2 nastavíme hodnotu 3, což je velikost prvního elementu na koncích p ímek. Velikost je bez jednotek, my jsme ale vytvo ili geometrii v mm (kreslili jsme v 1000, proto se jedná o mm), takže velikost prvního elementu je 3 mm. V ostatních kolonkách ponecháme 0, což znamená, že tato volba je neaktivní. Tímto jsou nastaveny všechny parametry a m žeme potvrdit tla ítkem Apply. Postup je zobrazen na Obr. 7.15. Stejným postupem budeme definovat také ostatní p ímky podle následující tabulky. Pozor: p ed zapo etím definice sít u další skupiny p ímek je nutné v prvním kroku p epsat registr, tj. vybrat text v polí ku Selected Surface(s) a 106
smazat ho tla ítkem Del, teprve potom je možné se p epnout do vybíracího režimu tla ítkem vybrat novou skupinu p ímek.
P ímky
Po et bod Number of nodes
1 2 3 4
41 21 51 201
Tab. 7.3. Parametry sít pro jednotlivé skupiny p ímek Metoda Velikost 1 Pom r 1 Velikost 2 Pom r 1 Bunching Law Spacing 1 Ratio 1 Spacing 2 Ratio 2
Biexponential Biexponential Geometry 1 Geometry 1
3 3 3 3
0 0 0 0
3 3 0 0
0 0 0 0
a
Max. velikost Max. Space 0 0 0 0
Po et bod Curve Element Count a uzlové body sít Curve Node Spacing na 1D elementech je možné zobrazit pomocí následujícího postupu, toto zobrazení funguje pouze jako zp tná vazba pro uživatele, tak aby vid l výsledek operace.
Obr. 7.16 Zobrazení uzlových bod sít na 1D entitách. Ve stromu vybereme položku Geometry a vybereme levým tla ítkem položku Curves. Následn vyvoláme pravým tla ítkem myši kontextové menu a zvolíme Curve Node Spacing. Tím zobrazíme uzlové body. Po et bod na 1D elementu je možné zobrazit stejným postupem, pouze se v posledním kroku zvolí položka Curve Element Count. Výše popsaným postupem se zobrazení zapne natrvalo, a není nutné tento p íkaz aktivovat pokaždé, když je na p ímce vytvo ena sí .
107
Curve Element Spacing
Curve Node Spacing
Obr. 7.17 Zobrazení parametr sít na 1D elementu Po definování parametr u jednotlivých skupin p ímek je možné vygenerovat plošnou sí . V panelu Meshing vybereme nástroj Compute Mesh
. V panelu Compute Mesh zvolíme možnost Surface
Mesh , protože vytvá íme plošnou sí . Následn bude spušt n proces vytvá ení sít , který je signalizován prost ednictvím process bar ukazatele v pravé spodní ásti obrazovky. Po ukon ení operace je automaticky zobrazena vytvo ená sí viz Obr. 7.18. Stejným postupem je možné vytvo it také 3D sí , ale geometrie by musela obsahovat 3D entity. Tím je ukon en proces vytvá ení sít , protože samotnou úlohu ešíme jako 2D.
Obr. 7.18 Proces vytvá ení plošné sít . Pokud bychom používali program Fluent, mohli bychom rovnou p istoupit k exportu výpo etní sít . Program Ansys CFX však neumí pracovat s ist dvourozm rnou sítí, proto musíme z 2D sít vytvo it minimáln jednu vrstvu 3D element , tedy pseudo 3D sí . Tuto 3D sí m žeme vytvo it pomocí nástroje Extrude Mesh, která je podobná metod Sweep v programu Meshing. V hlavním panelu p epneme z položky Mesh do položky Edit Mesh. Tím jsou aktivovány nástroje pro úpravu sít . Zde je možné upravovat a modifikovat vytvo enou sí a to jak dvourozm rnou, tak trojrozm rnou. 108
Vytvo ení element Vysunutí 2D sít Kontrola sít Kvalita sít Upravení, zlepšení kvality a vyhlazení 2D sít Upravení, zlepšení kvality a vyhlazení 3D sít Opravení sít Slu ování uzlových bod sít Rozd lení sít Posun uzlových bod sít Transformace sít nap . posuv, rotace, m ítko, zrcadlení atd. Asociování sít , update parametr Konvertování sít , p em na typ element ty st ny apod. Zjemn ní sít , upravení hustoty sít .
nap . tverce na trojúhelníky, šestist ny na
P e íslování sít Nastavení tlouš ky sít Zm na orientace normály sít Smazání uzlových bod Smazání sít
P i vytvo ení využijeme nástroj vysunutí 2D sít . které chceme vysunout pomocí nástroje pro výb r
. V otev eném okn nejprve vybereme elementy, . Jelikož chceme vybrat všechny elementy, je
. Pomocí možné v panelu, který se zobrazí v horní ásti grafického okna, použít nástroj Select All tohoto nástroje jsou vybrány všechny existující elementy. Jelikož p i vysouvání vzniknou bo ní st ny a podstava a objemová entita, je nutné specifikovat jejich jména. V položce New Volume Part Name budeme definovat jméno vzniklého objemu. Objem pojmenujeme Fluid. Položku New Side Part Name ponecháme volbu inherited. To znamená, že jméno bo ních st n bude identické se jménem dané p ímky/k ivky, která je vysouvána. Poslední položka New top part name slouží pro pojmenování nov vzniklé podstavy p i vysouvání. Tato nov vzniklá ploch bude reprezentovat druhou symetrii výpo etní oblasti, proto ji pojmenujeme Symmetry_Right (Symmetry_Left je jméno vytvo ené plochy). Dále budeme definovat po et vrstev p i vysouvání, jelikož budeme úlohu ešit jako 2D sta í pouze jedna vrstva element , ponecháme tedy volbu Number of Layers na hodnot 1. Dále musíme definovat, jakou metodou bude vysunutí provedeno. Na výb r je n kolik možností. My zvolíme metodu vysunutí definované vektorem. V položce Method zvolíme typ Extrude by Vector. Následn se program dotáže na vektor, který bude definovat sm r vysunutí. Do polí ka Vector vepíšeme hodnoty 0 0 1, což jsou sou adnice jednotkového vektoru. Vysouvání tak bude probíhat ve sm ru +Z. Poslední položkou je polí ko Spacing. Zde vepíšeme hodnotu 10, což je tlouš ka vrstvy bun k. Tím je kompletn definováno vytvo ení 3D sít vysunutím 2D element podle sm ru daného vektorem. Nastavení tak potvrdíme Apply a poté okno m žeme vypnout p íkazem Dissmis. 109
výb r všech element
Vepíšeme jméno Fluid Ponecháme jméno inherited Vepíšeme jméno Symmetr_Right Vybereme metodu Extrude by vector
Vepíšeme 0 0 1 (sm rový vektor) Ponecháme 1, chceme pouze jednu vsrstvu Zadáme 10, výška vysunutí
Obr. 7.19 Postup p i vysunutí sít Po vytvo ení sít se ve stromu objeví v položce Mesh nová položka Volume, což signalizuje, že byla vytvo ena objemová sí . A také v položce Parts se objeví nové entity, které byly vytvo eny p i procesu sí ování viz Obr. 7.20.
110
Objemová sí Nová objemová entita Nová plošná entita Obr. 7.20 Nové entity po vytvo ení objemové sít Vytvo enou sít si m žeme pro lepší orientaci a lepší vizualizaci zobrazit v takzvaném vypln ném zobrazení. Ve stromu v položce Mesh na položce Shells vyvoláme kontextové menu pravým tla ítkem a zvolíme volbu Solid & Wire. P vodní zobrazení je možné kdykoli zm nit identickým postupem, ale místo Solid & Wire zvolíme Wireframe viz Obr. 7.21
Obr. 7.21 Zm na zobrazení sít
Export vytvo ené sít Posledním krokem je export vytvo ené sít do souboru, který je itelný v programu Ansys CFX. P epneme se tedy ze záložky Edit Mesh na záložku Output. 111
Výb r solveru, tedy programu, ve kterém se bude úloha ešit. Na výb r je celá ada program . Program ICEM CFD je v tomto sm ru univerzální. P ednastavení okrajových podmínek, závisí na volb solveru. P ednastavení podmínek ešení, závisí na volb solveru. Export sít do souboru.
Po p epnutí do záložky Output vybereme první položku Select Solver . Zde v položce Output Solver zvolíme program ANYS CFX, protože ten používáme pro ešení CFD úloh. Sou asn s tím se také zm ní typ souboru se sítí, který bude exportován. Ostatní položky ponecháme, volbu potvrdíme tla ítkem Apply a okno zav eme tla ítkem Dismiss. Ostatní nastavení, tj. okrajových podmínek
a p ednastavení ešení
není pro program CFX možné. Nyní m žeme soubor
. Po stisknutí tohoto tla ítka se otev e okno pro uložení souboru se sítí. Sí pro vyexportovat program CFX je z programu importována v souboru s p íponou *.cfx5. V okn je již p ednastaven název podle názvu projektu, tedy Priklad1.cfx5. Jméno tedy nebudeme m nit a soubor uložíme tla ítkem Uložit (Save). B hem exportování je ješt programem vyvolána výzva k uložení souboru, tím je zajišt no, že bude exportována aktuální sí a ne sí ze souboru, který byl naposled manuáln uložen. Po potvrzení této volby (volba je doporu ena) je zobrazeno okno s parametry exportu. Zde je uvedeno jméno souboru, cesta kde bude soubor exportován a ostatní parametry zápisu. Vše ponecháme a stiskneme tla ítko Done. Tím je proces exportu ukon en. Za povšimnutí stojí položka Scaling. Tato položka umož uje p i exportu zv tšit i zmenšit sí podle nastaveného m ítka, které m že být definováno ve všech t ech sm rech. My tuto položku ponecháme, takže sí bude exportována s rozm ry v ádu tisíc (kreslili jsme v mm). V programu CFX pak p i importu sít nastavíme rozm rové jednotky importované sít na mm, ímž bude sí násobena ve všech sm rech hodnotou 0.001. Pokud bychom vybrali p i exportu Scaling a definovali Scaling Factor ve všech t ech sm rech, byla by sí již roznásobená b hem exportu. V programu CFX bychom pak definovali jednotky importované sít jako m. Exportem je kompletn ukon ena tvorba sít , projekt tak m žeme uložit File→Save Project a program ukon íme Save→Exit.
112
vybereme program ANSYS CFX, a potvrdíme Apply.
soubor uložíme tla ítkem Uložit
P ed exportem ješt uložíme celý projekt. Exportovaná sí tak bude aktuální, Potvrdíle Yes.
Nastavíme parametry exportu. (volby v tšinou ponecháme)
Obr. 7.22 Postup p i exportu sít
Animace Animaci si m že student zobrazit •
odkazem ANIMACE
•
spustit ru n z adresá e Skripta\Priklad1_var2\Captivate\Priklad1_Video1 soubor Priklad1_Video1.htm 113
7.2 P íprava simulace v programu CFX as ke studiu: 0.5 hodiny
Cíl
Po prostudování tohoto odstavce budete um t • manuáln spustit CFX Launcher. • manuáln spustit program CFX-Pre a na íst výpo etní sí . • manuáln zapsat defini ní soubor a vy ešit simulaci v CFX-Solver. • manuáln na íst výsledky simulace a analyzovat je v CFD-Post.
Výklad Program CFX-Launcher Jak již bylo e eno, program CFX se skládá ze t í základních komponent. V manuálním režimu se jednotlivé komponenty spoušt jí p es CFX-Launcher. CFX- Launcher je základní panel pro spušt ní jednotlivých komponent programu CFX a dále definování pracovního adresá e. Spušt ní CFX . Launcher pod Windows se provádí dvojklikem na ikonu Pokud je Launcher spušt n správn , objeví se na pracovní ploše okno zobrazené na následujícím Obr. 7.23. Spoušt ní základních komponent programu CFX
Výb r pracovního adresá e Aktuální pracovní adresá Obr. 7.23 Základní rozhraní programu CFX Launcher Pomocí Launcheru je tedy možné spustit základní programy CFX-Pre prost ednictvím ikony CFD Post prost ednictvím ikony
, CFX-Solver prost ednictvím ikony
,
. Podrobný popis jednotlivých komponent je uveden
v odstavci 6.4. Dále je možné prost ednictvím Launcheru spustit program TurboGrid což je úzce specializovaný program pro tvorbu výpo etní sít u lopatkových stroj (turbíny, odst edivá erpadla apod.). 114
Manuální na tení výpo etní sít , definice výpo etní oblasti a okrajových podmínek Po spušt ní CFX-Launcheru si nastavíme cestu do pracovního adresá e, který bude identický s pracovním adresá em, v n mž je vytvo ena sí exportována z programu ICEM CFD. Pracovní adresá tedy nastavíme na D:/Work/Priklad1_Var2. Nyní m že spustit CFX Pre a za ít definovat simulaci. Po spušt ní CFX-Pre vytvo íme novou simulaci prost ednictvím ikony . Následn se objeví okno, které slouží pro definování typu úlohy, viz Obr. 7.24. Na výb r máme ty i možnosti. GENERAL – spušt ní standardního grafického rozhraní pro manuální definici úlohy. TURBOMACHINERY – spušt ní upraveného grafického rozhraní vhodného pro definici výpo t v rota ních strojích. QUICK SETUP – spušt ní jednoduchého grafického rozhraní vhodného pro laickou definici úlohy. Nevyžaduje hluboké odborné znalosti z proud ní a teorie turbulence. LIBRARY TEMPLATE – využití souboru *.ccl pro automatické definování úlohy. U pln definované úlohy je možné zapsat soubor *.ccl a ten pak použít pro automatické definování obdobné úlohy na jiné výpo etní síti. Obr. 7.24 Okno pro definici nové simulace P íklad ešený v této kapitole budeme definovat manuáln , proto spustíme standardní grafické rozhraní CFX-Pre volbou General. Po potvrzení této volby se pravd podobn objeví okno s informací, že je zapnut režim automatického vytvá ení výpo tové oblasti. Tuto informaci akceptujeme tla ítkem OK (pokud správce tuto volbu vypnul, tato informace se nezobrazí). Prvním krokem p i tvorb . Po zobrazení okna pro výb r sít je simulace je na tení výpo etní sít . Sí na teme pomocí ikony automaticky nastavena cesta do adresá e D:/Work/Priklad1_Var2, protože jsme jej nastavili v CFXLauncher. V položce File of Type nastavíme formát souboru sít , v položce nastavíme program ICEM CFD (*cfx *cfx5). Jak jsme si ekli v p edchozí kapitole, je sí vytvo ená v programu ICEM CFD bez jednotek. Sí jsme vytvo ili v ádech tisíc , takže v mm. Proto musíme také p i importu nastavit jednotky, ve kterých byla sí vytvo ena. V položce Option Mesh Units nastavíme mm, vybereme soubor Priklad1.cfx5 a otev eme sí tla ítkem Open, viz Obr. 7.25.
Jednotky výpo etní sít
Soubor se sítí Typ výpo etní sít
Obr. 7.25 Manuální import sít 115
Po na tení sít je automaticky vytvo ena výpo tová oblast zobrazen soubor s výpo etní síti.
. Ve stromu simulace je
Soubor se sítí
Automaticky vytvo ená doména
Obr. 7.26 Strom simulace po manuální na tení sít Od toho kroku je postup p i nastavení simulace naprosto identický jako v prost edí Workbench, proto nebudeme tyto kroky dále znovu popisovat. Postup si m žeme zopakovat v p edchozí kapitole od Obr. 6.35. Po kompletním nastavení simulace od Obr. 6.45 je již postup odlišný.
Manuální zapsání defini ního souboru Nyní budeme definovat defini ní soubor, který slouží jako vstupní data pro CFX-Solver, který je v prost edí Workbench zapsán v CFX-Pre a na ten v CFX-Solver automaticky. V manuálním režimu je nutné defini ní soubor nastavit ru n . V manuálním režimu programu CFX-Pre je k dispozici další panel s nástroji pro definici úlohy. Význam t chto nových ikon si nyní vysv tlíme. Zapsání defini ního souboru a spušt ní CFX-Solver s grafickým rozhraním. Spušt ní CFX-Solver na pozadí bez grafického rozhraní. Spušt ní CFX-Solver s grafickým rozhraním. Zapsání defini ního souboru. Defini ní soubor zapíšeme pomocí první možnosti. Pomocí ikony spustíme panel nástroj pro definici ešení úlohy. V tomto okn je již automaticky nastaven název souboru Priklad1.def a cesta, kde má být soubor uložen (dle CFX-Launcher). V tomto okn je možné také nastavit b h programu CFX-Pre po zapsání defini ního souboru. Pokud zaškrtneme volbu Quit CFX-Pre, bude po zapsání program ukon en, ímž se áste n vyprázdní opera ní pam . P ed ukon ením programu se v tšinou ješt zobrazí výzva, zda se má simulace v programu CFX-Pre uložit. Pokud tuto volbu nezaškrtneme, z stane program spušt ný. Položku tedy zaškrtneme a uložíme defini ní soubor tla ítkem Save. Následn je defini ní soubor zapsán, jelikož nebyla p ed uložením defini ního souboru uložena simulace, je p ed ukon ením CFX-Pre zobrazeno okno s dotazem, zdali se má simulace uložit. Tuto volbu potvrdíme. Postup je zobrazen na Obr. 7.27. Poté je CFX-Pre ukon en a automaticky spušt n CFX-Solver. Po spušt ní CFX-Solver je zobrazeno okno, ve kterém je již nastavena cesta k defini nímu souboru. Všechny položky je možné ponechat ve výchozím nastavení. ešení spustíme tla ítkem Start Run.
116
Ukon ení programu CFX-Pre po zapsání defini ního souboru Jméno defini ního souboru Priklad1.def Uložení souboru
Obr. 7.27 Postup p i manuálním uložení defini ního souboru
Jméno defini ního souboru Priklad1.def. Nastaveno automaticky Typ eši e Serial – 1 procesor Parallel – více procesor Pracovní adresá Spušt ní ešení
Obr. 7.28 Spušt ní ešení úlohy v CFX-Solver 117
Animace Animaci si m že student zobrazit •
odkazem ANIMACE
•
spustit ru n z adresá e Skripta\Priklad1_var2\Captivate\Priklad1_Video2 soubor Priklad1_Video2.htm
Vy ešení úlohy Postup p i ešení je zcela identický s postupem v prost edí Workbench a tedy velice jednoduchý, po spušt ní ešení tla ítkem Start Run viz Obr. 7.28. Nyní je t eba vy kat na vy ešení úlohy,a tedy zkonvergování. Po dosažení nastavené p esnosti je Solver zastaven a posléze je zapsán soubor s výsledky. Tato informace je zobrazena v okn , které se po ukon ení automaticky otev e. V tomto okn je možné nastavit dv možnosti ukon ení. Tyto možnosti nejsou dostupné p i simulaci v prost edí Workbench viz Obr. 6.52. P i manuálním ešení jsou tedy navíc v okn o potvrzení vy ešení dostupné tyto volby. Post-Process Results – po zaškrtnutí této možnosti je po potvrzení ešení tla ítkem OK automaticky spušt n CFD-Post a na ten soubor s výsledky. Shut down CFX-Solver Manager – po zaškrtnutí této volby je automaticky ukon en CFX-Solver. ímž je možné áste n uvolnit opera ní pam .
Automatické spušt ní CFD-Post a na tení výsledk Automatické ukon ení CFX-Solver
Potvrzení vy ešení úlohy
Obr. 7.29 Potvrzení ukon ení ešení v manuálním ešení Jelikož již nebudeme pot ebovat CFX-Solver, je možné jej ukon it, a také m žeme ihned za ít analyzovat výsledky, proto zaškrtneme ob položky a potvrdíme ukon ení ešení tla ítkem OK.
Animace Animaci si m že student zobrazit •
odkazem ANIMACE
•
spustit ru n z adresá e Skripta\Priklad1_var2\Captivate\Priklad1_Video3 soubor Priklad1_Video3.htm
118
Analýza výsledk Postup p i analýze výsledk je zcela totožný jako v prost edí Workbench. Po automatickém spušt ní CFD-Post a na tení výsledk provedeme analýzu výsledk , jak je uvedeno v kapitole 6.6. Po provedení analýzy výsledk CFD simulace uložíme vyhodnocovací soubor pomocí ikony Jméno souboru je p ednastaveno na Priklad1.cst.
.
Animace Animaci si m že student zobrazit •
odkazem ANIMACE
•
spustit ru n z adresá e Skripta\Priklad1_var2\Captivate\Priklad1_Video4 soubor Priklad1_Video4.htm
Výsledky je možné kdykoli znovu zobrazit. Sta í pouze spustit CFD-Post a pomocí ikony na íst soubor Priklad1.cst. Následn se automaticky na te soubor s ešením Priklad1.res, a zobrazí se všechny entity ve vyhodnocení, které jsme vytvo ili a uložili do souboru *.cst.
Animace Animaci si m že student zobrazit •
odkazem ANIMACE
•
spustit ru n z adresá e Skripta\Priklad1_var2\Captivate\Priklad1_Video5 soubor Priklad1_Video5.htm
119
7.3 Vytvo ení CFD simulace v prost edí Workbench s externí sítí as ke studiu: 0.2 hodiny
Cíl
Po prostudování tohoto odstavce budete um t
• vytvo it simulaci v prost edí Workbench s externí sítí.
Výklad V p edchozích kapitolách jsme si ukázali, jak je možné vytvo it CFD simulaci v prost edí Workbench a manuáln , tj. geometrii a sí jsme vytvo ili v programu ICEM. Nyní si ukážeme poslední možnost. V programu Workbench vytvo íme projekt, který bude obsahovat pouze program CFX. Nebude tedy obsahovat položku Design Modeler a Meshing. Spustíme program Workbench, a uložíme prázdný projekt se jménem Priklad1.wbdb. Pokud bychom cht li vytvo it celou simulaci, ze záložky Analysis . To ale nechceme, Systems bychom zkopírovali do pracovního prostoru modul protože tento modul obsahuje také položku geometrie a sít . Proto tedy zvolíme jiný postup. Minimalizujeme záložku Analysis Systems a rozvineme záložku Component Systems. Tato záložka obsahuje nikoli seskupené projekty, ale jednotlivé komponenty simulací. Pokud tedy vybereme položku a p esuneme ji do pracovního prostoru, vytvo í se projekt, který obsahuje t í položky zastupující CFX-Pre
, CFX-Solver
a CFD-Post
. Dvojklikem na
spustíme CFX-Pre. Po spušt ní programu na teme výpo etní sí Priklad1.cfx5 položku prost ednictvím ikony a další postup je identický s definicí simulace v prost edí Workbench. Proces definice položek je možné si zopakovat od kap 6.4.
Obr. 7.30 Potvrzení ukon ení ešení v manuálním ešení
Animace Animaci kompletního procesu si m že student zobrazit •
odkazem ANIMACE
•
spustit ru n z adresá e Skripta\Priklad1_var2\Captivate\Priklad1_Video24fullproces soubor Priklad1_Video2-4fullproces.htm 120
Shrnutí pojm
.7
Part je pojmenovaná položka v programu ICEM CFD. Bunching je metoda zhuš ování sít na 1D entitách v programu ICEM CFD. CFX-Launcher je program pro spoušt ní jednotlivých komponent CFX.
Otázky . 7 1. Jaký je postup p i vytvá ení geometrie v programu ICEM CFD? 2. Vyjmenujte základní rozdíly p i tvorb geometrie v programu ICEM CFD oproti Design Modeler? 3. Jaký je postup p i vytvá ení výpo etní sít v programu ICEM CFD? 4. Vyjmenujte základní rozdíly p i tvorb sít v programu ICEM CFD oproti Meshing? 5. Jaké jsou základní rozdíly mezi simulací v prost edí Workbench a manuálním režimem?
121
