Numerikus Áramlástan, Áramlások Numerikus Szimulációja (BMEGEÁTAG03, BMEGEÁTAG26) 2016. tavasz, 1. hét
Dr. Kristóf Gergely tananyaga alapján (link) összeállította: • Benedek Tamás • E-mail: benedek [at] ara.bme.hu • Az anyagok elérése: www.ara.bme.hu/~benedek/CFD/workbench • Kérdés vagy probléma esetén keressetek bátran személyesen vagy emailben
Elnézést az okozott kellemetlenségekért! /Douglas Adams, Viszlát és kösz a halakat!/
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
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 e-mailben
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)
CFD szimuláció lépései CAD modell (Design Modeler)
Numerikus háló (Mesher/FLUENT)
Fizikai modell, szimuláció (FLUENT)
WORKBENCH
Kiértékelés (FLUENT/CFD post)
Az első gyakorlat célja - Mérőperem (invariáns az azimutális koordinátára 2D, axiszimmetrikus)
1. fejezet: A geometria
Alappontok letöltése http://www.ara.bme.hu/oktatas/tantargy/NEPTUN/BMEGEATAG26/MAGYAR_kepzes/2015-2016-II/ea/ http://www.ara.bme.hu/oktatas/tantargy/NEPTUN/BMEGEATAG03/2015-2016-II/ea/
Az ANSYS Workbench kezdőképernyője
Húzzátok be a munkaterületre az Analysis System csoportból a FLUENT elemet a munkaterületre
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
A mértékegységek beállítása
A Units menüben válasszatok mm mértékegységet
A munkasík kiválasztása
Válasszátok ki az XY síkot, majd jobb klikk rajta és a Look at paranccsal forgassátok a képernyővel szembe
Az alappontok beolvasása
A File menü Run Script parancsával futtassátok le az alappontokat tartalmazó Java scriptet Ügyeljetek arra, hogy az XY sík legyen kiválasztva
Mi a címe ennek a diának?
A pontok megjelenése után váltsatok a Sketching fülre
Kényszerek
A Constraints csoportból az az Auto constraints eszköznél pipáljátok be a Cursor lehetőséget
Egyenes vonalak berajzolása
A Draw csoportból a Line paranccsal kössétek össze az egyenes szakaszokat
Körív rajzolása
A Draw/Arc by center paranccsal rajzoljátok be a körívet (a körüljárási irány óramutató járásával megegyezik)
Kényszerek
A Constraints/Fixed paranccsal rögzítsétek a mérőperem tengelyét
Méretezés
A Dimensions/SemiAutomatic paranccsal méretezzétek be a modellt Az Animate paranccsal megnézhetitek melyik méret mihez tartozik
Állítható méretek publikálása
Publikáljátok a cső sugarát Rcso néven, mint állítható paramétert (előtte lévő négyzetbe kattintva) – semmiképp ne használjatok ékezetet és szóközt
Állítható méretek publikálása
Publikáljátok a perem hosszát Sperem néven, mint állítható paramétert
Állítható méretek publikálása
Publikáljátok a perem lekerekítését Rperem néven, mint állítható paramétert
Felület létrehozása 3 2 1
1)Térjetek vissza a Modelling fülre 2) Válasszátok ki a Sketch1et 3) A Concept menü Surface from sketches parancsát válasszátok ki
Felület létrehozása
Válasszátok az Operation pontban az Add frozen lehetőséget
Felület létrehozása A Generate gombbal hozzátok létre a felületet
Zárjátok be a Design Modeler-t
2. fejezet: A háló
A Mesher elindítása Mentsétek el a projektet (nincs SEHOL szóköz és ékezet)
Dupla kattintással a Mesh-en indítsátok el a Meshert
Kezdeti háló
A Projekt fában a Meshre kattintva nézzétek meg a jelenlegi hálót
A méretek beállítása
A Sizing menüt lenyitva állítsátok Max size és a Max face size méreteket 1 mm-re
A méretek beállítása
Az update paranccsal frissítsétek a hálót
Sűrítés
Jobb klikk a projekt fa Mesh eleménInsertSizing
Sűrítés 1
2
2
1) Válasszátok ki a pontok kijelölésére szolgáló eszközt 2) Geometriaként jelöljétek ki a perem sarokpontját
Sűrítés
A sűrítési terület sugarának állítsatok be 8 mm-t, elem méretnek 0.5 mm-t
Sűrítés
Frissítsétek a hálót
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)
Peremfeltételek beállítása
1 Járjatok el hasonló módon a 1) Tengellyel – Axis 2) Kilépő felülettel – Pressure_outlet
2
Frissítsétek a hálót, mentsetek, majd zárjátok be a Meshert
3.-4. fejezet: A fizikai modell felállítása, az eredmények kiértékelése
A FLUENT elindítása
Dupla kattintással a Setupon indítsátok a FLUENT-et
A FLUENT elindítása FLUENT kezdőablaka, beállítható: - A használni kívánt processzorok száma - A pontosság - A színséma - Nyomjatok egy OK-ot
A Fluentben a legtöbb beállítás a bal oldalon lévő fában és a menüben is elérhető
Alapbeállítások 1
1
2
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)
Fizikai modellek
A Models menüben – lehet a különböző fizikai modelleket beállítani - Válasszátok ki a Viscous pontot a turbulencia modell beállításához
Turbulencia modell
Válasszátok a Realizable k-e modellt
Anyagjellemzők
2 A Materials pontban tudjátok beállítani a folyadék tulajdonságait (dupla katt az air-en, vagy a create/edit-en
Folyadék zónák
A Cell zones menüben tudjátok a folyadékzónák tulajdonságait beállítani (pl.: forgó zóna, porózus zóna, hőforrás, impulzus forrás …)
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
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
Peremfeltételek A kilépésnél a nyomást írjuk elő (pressure outlet) - Itt is lehet állítani pl. a visszaáramlás turbulencia jellemzőit
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...
Differencia sémák A Solution Methods menüben állíthatóak a differencia sémák. - Mindent állítsátok másodrendűre
Relaxációs faktorok A Solution Controls menüben állíthatjátok be a relaxációs faktorkat, mellyel csillapíthatjátok/lassíthatjátok a megoldást (ezzel néha el lehet kerülni, hogy divergáljon)
Konvergencia figyelése A Monitors menü segítségével definiálhatunk monitorokat, melyekkel különböző jellemzők alakulását figyelhetjük számítás közben - Állítsátok be a reziduumokat figyelő monitort (dupla katt)
Konvergencia figyelése Állítsátok be, hogy ne legyenek konvergencia kritériumok
Konvergencia figyelése
Hozzatok létre egy felületi monitort: Report Definitions
Konvergencia figyelése
1 2
3 4
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
Inicializáció
A Solution initialization menüben tölthetjük fel kezdeti értékekkel a cellákat - A Standard method-dal ugyanolyan értékeket adhatunk minden cellának
Inicializáció
Válasszuk most inkább a hybrid method-ot
Osztott képernyő
1) Jobb klikk a Mesh fejlécen 2) New window 3) Ismét jobb klikk 4) Sub window view
Szimuláció elindítása
1
1
2
1) Az iteráció számot állítsátok 1000-re 2) Indítsátok a számítást
2
Kész
Szintvonalas ábrázolás
A Graphics and animation/Contours paranccsal megjeleníthetjük pl. a nyomás eloszlást (a Filled lehetőség bepipálásával érhető el, hogy kitöltse)
Szintvonalas ábrázolás
Áramvonalak 3
A Graphics/Pathlines paranccsal lehet kirajzoltatni az áramvonalakat (ki kell választani, hogy mely felületből indítsa őket)
Áramvonalak
Nyomáseloszlás 3
A Plot/ XY plot paranccsal lehet megjeleníteni pl. a nyomáseloszlást a falak mentén
Nyomáseloszlás
Kimeneti paraméter definiálása
Keressétek meg Report/Surface integrals parancsot
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
Kilépés
Csináltassatok meg egy iterációs lépést a programmal és zárjátok be a FLUENT-et
Paraméteres futtatás
Dupla katt a parameters-en
Paraméteres futtatás
Állítsatok be két számítási pontot Rperem= 1.5 mm és 2 mm sugárral Futtassátok le őket
A jutalom: Bruce Willis
