Руководство по решению тепловых, сопряженных, гидрогазодинамических задач, страница 69

Для данного примераможно смоделировать три области: (а) кольцо, (b) небольшая область жидкости вокругкольца, требующая морфинга, (с) остальная жидкая область.Диаграмма анализируемой преграды в канале.Кольцо под действием давления будет прогибаться. Прогиб может оказаться достаточнозначительным для влияния на поток жидкости. В этом случае в примере определенанебольшая область вокруг кольца, используемая жидкой физической средой. Решив задачу вструктурной области, получим смещения кольца, необходимые для морфинга небольшойобласти вокруг кольца. При дальнейшем решении будет использоваться измененная сетка.356Жидкостный анализ использует нулевой тип элементов для кольца, и структурный анализиспользует нулевой тип элементов для жидкости.Последующие разделы руководства описывают процедуру решения сопряженной задачитипа структура жидкость.2.9.2.1. Построение модели.Построим модель, включающую жидкую область и кольцевую область.Назначьте номера атрибутов с целью разделения типов элементов, свойств материалов инаборов вещественный констант для каждой площади, используя команду AATT.

Всеплощади, представляющие жидкую область будут иметь номер материала 1. Наборывещественных констант не используются в данной задаче.Атрибуты физической средыОбластьТипМатериалНабор вещественныхконстантКольца222Жидкость1112.9.2.2. Создание жидкостной физической среды.Для этого назначьте типы элементов и определите свойства материала для жидкой области.Свойства воды задаются посредством команд FLDATA. Задаются параметры управлениярешением, такие как количество итераций в начальном FLOTRAN анализе. Включаем опциютурбулентности. Дальнейшее смотрите в листинге программы.Жидкая физическая средаОбластьТипМатериалНаборвещественныхконстантКольцоНулевой тип (0)ОтсутствуетОтсутствуетЖидкостьFLUID141Вязкость, плотностьОтсутствует•Задайте соответствующие номинальные граничные условия и нагрузки на жидкуюобласть.Номинальные граничные условия жидкой физики357•Задаются граничные условия жидкости, в этом случае на твердую модель.

Входнойфайл содержит определение именованного компонента узлов, представляющийнижнюю часть кольца. Периодически в процессе решения вы можете просматриватьразмещение этих узлов для отслеживания их перемещения. В данном примере линия 1представляет основание кольца. Выберете узлы этой линии и назовите их "gasket."(кольцо)КомандаCM,GASKET,NODESGUI:Utility Menu> Select> Comp/Ass'y> Create Component•Запишите физическую среду жидкости в файл.Команда:PHYSICS,WRITE,FLUID,FLUIDGUI:Main Menu> Preprocessor> Physics> Environment> Write2.9.2.3. Создание структурной физической среды•Удалите всю информацию определенную для жидкой среды с целью подготовкимодели для структурной среды.358Команда:PHYSICS,CLEARGUI:Main Menu> Preprocessor> Physics> Environment> Clear•Измените тип элементов областей с жидкого на структурный.

FLUID141 должен статьPLANE42. Установите нулевой тип элементов для жидкой области, поскольку этаобласть не требуется для структурной физической среды.Структурная физическая среда••ОбластьТипМатериалВещественнаяконстантаКольцоHYPER56Mooney-RivlinнетЖидкостьНулевой типнетнетУстановите структурные свойства для каждой области, требуемой для структурногоанализа.Задайте структурные граничные условия.Номинальные граничные условия структурной физики••Определите шаг нагружения и опции решения.Запишите в файл структурную физическую среду (например.,PHYSICS,WRITE,STRUC,STRUC).2.9.2.4.

Цикл решения жидкость/структура359В интерактивном или в пакетном режиме (смотрите листинг программы), вводится циклрешения жидкость-структура. В этом случае, максимальное смещение кольца (maximumgasket displacement (MGD)) становится общим монитором сходимости. Задача считаетсярешенной в том случае, если изменение MGD между двумя последовательнымиструктурными решениями меньше величины сходимости.Начальный анализ во FLOTRAN должен решается до тех пор пока не сойдется.Последующие анализы начинаются с этого решения и потребуют для сходимости меньшегочисла итераций.

Также второй и последующие структурные анализы будут возобновлены споследнего решения.После каждого структурного анализа, выполняется морфинг конечно элементной сетки длятого, чтобы передвинуть узлы в небольшой области жидкости вокруг кольца длясогласования со структурными смещениями. Новое расположение узлов является входнойинформацией для последующих анализов течения.

Для адекватного структурного решения идальнейшего морфинга, все узлы должны быть возвращены в исходное положение передзаданием обновленных давлений, полученных в результате анализа потока.Этапы, составляющие цикл решения:1. Чтение жидкой физической среды.Команда:PHYSICS,READ,fluidGUI:Main Menu> Solution> Physics> Environment> Read2. По необходимости установите требуемый параметр FLOTRAN (например количествоглобальных итераций)Команда:FLDATA2,ITER,EXEC,100GUI:Main Menu> Solution> FLOTRAN Setup> Execution Control3. Решение во FLOTRAN.Команда:SOLVEGUI:Main Menu> Solution> Run FLOTRAN4.

Чтение структурной среды .360Команда:PHYSICS,READ,strucGUI:Main Menu> Solution> Physics> Environment> Read5. При необходимости используйте команду /ASSIGN для рестарта структурногорешения.Команда:/ASSIGN,esave,struc,esav/ASSIGN,emat,struc,ematGUI:Utility Menu> File> ANSYS File Options6. Возвратите узлы в исходное положение для последующего структурного анализа ибудущего морфинга.Не выполняйте этот шаг в первом цикле решения типа жидкость-структура.Команда:PARSAV,ALLGUI:Utility Menu> Parameters> Save ParametersКоманда:RESUMEGUI:Utility Menu> File> Resume Jobname.dbКоманда:PARRESGUI:Utility Menu> Parameters> Restore Parameters7. Рестарт анализа.Не выполняйте этот шаг в первом цикле решения типа жидкость-структура.361Команда:ANTYPE,STATIC,RESTGUI:Main Menu> Solution> Restart8.

Выберете узлы/элементы на которые будут заданы давления полученные в результатерешения задачи во FLOTRAN.9. Выполните команду LDREAD.Команда:LDREAD,PRES,LAST,,,,,rflGUI:Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Pressure> From FluidAnaly10. Выберете опцию не использовать мультифреймовые файлы рестарта.Команда:RESCONTROL,,NONEGUI:Main Menu> Solution> Nonlinear> Restart Control11.

Решите структурную задачу и сохраните базу данных.Команда:SOLVEGUI:Main Menu> Solution> SolveКоманда:SAVEGUI:Utility Menu> File> Save as Jobname.db12. Выполните морфинг сетки в небольшой области жидкости вокруг кольца (имякомпонента AREA2).362Команда:DAMORPH,AREA2,,2GUI:Main Menu> Preprocessor> Meshing> Modify Mesh> Refine At> Areas13. Сравните величину сдвига сетки с последним значением. Выберете именованныйкомпонент GASKET и выведете список узловых координат.14.

Проверьте сходимость сравнив максимальные значения последовательных смещенийкольца.15. Просмотрите графики в файле gasket.grph.2.9.3. РезультатыЦикл решения жидкость-структура выполнялся до тех пор, пока не была достигнутасходимость. Допуск сходимости составлял 0.5%. Для первого анализа во FLOTRAN,оказалось достаточно 400 глобальных итераций для достижения сходимости. В циклежидкость структура, количество итераций для оставшегося решения во FLOTRANустановлено равным 100.На нижеприведенных рисунках показаны линии потока и контуры давления. Качественнорезультаты выглядят идентично для недеформированного (первого анализа) идеформированного (окончательного анализа) случаев.Линии потока возле кольцаКонтуры давления363Также на нижеприведенном рисунке показаны нагрузки в кольце, полученные в результатепоследнего анализа.

Максимальная нагрузка в последнем анализа приблизительно на 25%меньше, чем максимальная нагрузка первого анализа. Это указывает на то, что рассмотрениеэффекта смещенной геометрии на поле потока показало существенное отличие результатов.Перед построением графиков структурных результатов структурные узлы должны бытьвозвращены в их исходное положение.Команда:UPCOORD,-1GUI:Main Menu> Solution> Load Step Opts> Other> Updt Node CoordНапряжения в кольце364/Batch,list/prep7/sho,gasket,grphshpp,offET,1,141! Жидкость – статичная сеткаET,2,56,! Гиперэластичный элемент!!!!!!! Мультифизика – взаимодействие жидкости со структурой!!!!!!!Деформация кольца в поле потока.!!!!!!!! Графики записываются в файл gasket.grph.!!- Вода течет в вертикальной трубе через резиновое кольцо!- Определить равновесное положение кольца и результирующее поле потока!!||!||!|----------| Граница "области морфинга жидкости"!|______|!||______ Кольцо!||!|----------| Граница "области морфинга жидкости" (sf)!||!!! 1.

Полностью построить модель:!!Жидкая область – статичная сетка!!!!Кольцо оставляет отверстие в центре трубы!!Деформируемая жидкая область – определяемая пользователем область вокруг!!кольца. Сетка жидкости здесь будет деформирована и обновлена!!по мере деформации кольца.365!!!!Параметризовать размеры в направлении течения!!yent = 0.0! Y координата входа в трубуdyen = 1.0! Длина недеформируемой геометрииysf1 = yent+dyen ! Y координата области входа в деформируемую жидкостьdsf1 = 0.5ygas = ysf1+dsf1 ! Y координата основания кольцаdg = 0.02! толщина кольцаdg2=dg/2.ytg = ygas+dg! Y координата исходного положения верхней части кольцаdsf2 = 0.5! толщина области нисходящего потокаysf2 = ytg + dsf2! Y верха морфируемой жидкой области нисходящего потокаdyex = 6.0! длина выхода жидкостиx = 0.! ось симметрииdgasr =.20! начальный промежуток кольцаpiper = 0.3! радиус трубыxrgap = piper-dgasr!!!!! Создание геометрии!!rect,xrgap,piper,ygas,ytg! A1:Кольцо (ключевые точки 1-4)rect,x,piper,ysf1,ysf2! A2: Морфируемая жидкая областьrect,x,piper,yent,ysf1! A3: Жидкая область со статичной сеткойrect,x,piper,ysf2,ysf2+dyex! A4: Жидкая сетка со статичной областьюaovlap,allk,22,xrgap+dg2,ygas+dg2rarc = dg2*1.1larc,1,4,22,rarcal,6,4adelete,7al,6,3,22,7,8,5,21,1!! Данные разбиения сеткиngap = 10! Число элементов вдоль промежуткаngas = 10! Число элементов вдоль кольцаrgas = -2! Коэффициент разбивка вдоль кольцаnflu = ngap+ngas ! Количество элементов вдоль жидкой областиraflu = -3! Элементы жидкости возле стен и центраnenty =8! Элементы вдоль потока - входraent =5! Коэффициент разбивки вдоль входной областиnfl1 = 20! Элементы вдоль потока – первая морфируемая жидкость.nthgas = 4! Элементы кольцаnfl2 = 3! Элементы вдоль потока – вторая морфируемая жидкость.next = 30! Элементы вдоль потока – выходная областьrext = 6rafls = 12! Начальный коэффициент разбивки элементов - морф.жидкостьlesize,1,,,ngas,rgaslesize,3,,,ngas,rgasnfl11= nfl1*2+9lsel,s,,,2,4,2 ! (Модифицирует lesize линии 8 при изменении сетки кольца)lesize,all,,,nthgasallslesize,5,,,nflu,raflulesize,7,,,nflu,raflulesize,9,,,nflu,raflulesize,15,,,nflu,raflulesize,18,,,nenty,1./raentlesize,17,,,nenty,1./raentlesize,21,,,nfl1,raflslesize,8,,,nfl11,-1./(rafls+3)lesize,22,,,nfl1,raflslesize,19,,,next,rextlesize,20,,,next,rext366!!! AATT,MAT,REAL,TYPE- Установка атрибутов площадейasel,s,,,1,2aatt,2,2,2! Кольцо(материал 2)asel,s,,,3cm,area2,areaalist! Список площадей, выбранных для дальнейшего морфингаasel,a,,,5,6aatt,1,1,1alls! Жидкая площадь (материал 1)eshape,2asel,u,,,2,3amesh,alleshape,0asel,s,,,2,3amesh,all!----------------!!!!! Создание элементного графика и запись в gasket.grphasel,s,,,1,3esla,s/Title, Начальная сетка для кольца и соседних с ним областейeplot/ZOOM,1,RECT,0.3,-0.6,0.4,-0.5alls!----------------!!!!!!! 2.

Создание физической среды для жидкостиet,1,141et,2,0! Кольцо становится нулевым элементомvin=3.5e-1! Входная скорость воды (meters/second)!!Опции управлением CFD решениемflda,solu,flow,1flda,solu,turb,1flda,iter,exec,400flda,outp,sumf,10!!Данные CFD свойствflda,prot,dens,constantflda,prot,visc,constantflda,nomi,dens,1000.! плотность воды 1000 kg/m3flda,nomi,visc,4.6E-4 ! 4.6E-4 kg-s/m (вязкость воды)flda,conv,pres,1.E-8! Величина сходимости уравнения давления!!CFD Граничные условия (Задаются на твердую модель)lsel,s,,,8,17,9lsel,a,,,20dl,all,,vx,0.,1! симметрия средней линииlsel,s,,,9dl,all,,vx,0.,1dl,all,,vy,vin,1! входное условиеlsel,s,,,2lsel,a,,,18,19lsel,a,,,21,22dl,all,,vx,0.,1! внешняя стенкаdl,all,,vy,0.,1lsel,s,,,1,3,2lsel,a,,,6dl,all,,vx,0.,1! кольцоdl,all,,vy,0.,1lsel,s,,,15dl,15,,pres,0.,1! давление на выходе!!! создадим именованный компонент узлов нижней части кольцаlsel,s,,,1nsll,,1367cm,gasket,nodenlist ! список начальный узловых координат основания кольца/com, +++++++++ исходные координаты кольца -------alls/title, жидкостный анализphysics,write,fluid,fluid!!!!!!! 3.