Binder1 (Методическое указание ЛР по численному моделированию в StarCCM), страница 5

По этимпричинам желательно наличие перед выходной границей прямолинейногоучастка.Если в исходной модели прямолинейный участок отсутствовал, егоможно создать на этапе построения объемной сетки средствами STAR CCM+.- Выберите в регионе «Volute» элемент «Границы -> Outlet ->Условия для сетки» для отображения доступных параметров.- Выберите элемент «Тип экструзии» и задайте в свойствахзначение «Постоянная скорость в направлении нормали».- Откройте папку «Сеточные значения» и выберите элемент«Нормальные параметры экструзии»- Установите значения параметров как показано на рисунке.«Амплитуда» – 2 м, «Число слоев» - 100, «Растяжение» - 3.0.Нажмите кнопку «Генерировать объемную сетку» и дождитесьокончания построения сетки.Для визуального контроля сетки необходимо создать сечение модели.Правой кнопкой мыши нажмите на папке «Производные части»«Новая часть-> Сечение->Плоскость» создаем сечение насоса.4)ЗАДАНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИДале необходимо задать физическую модель течения путем правогощелчка мыши на «Модель-> Physics 1» «Выбрать моделли»Выбираются следующие модели:- стационарная по времени задача- рабочая среда – жидкость- уравнение состояния – постоянная плотность- решатель - разделенный- режим течения – турбулентный- k-omega SST модель турбулентности.5)ЗАДАНИЕ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙОпределяются граничные условия.

На выходе задается давление 0 Па.При расчете несжимаемой жидкости физический смысл имеет перепаддавления между точками расчетной области, поэтому задание абсолютногонуля на выходе из трубы не влияет на результат расчета. На входе задаетсяскорость течения 3.93 м/с, что соответствует номинальной подаче насоса.В области «Input» существует заранее созданная граница «rotwall»,которая является по сути стенками рабочего колеса, а значит жидкостьприлипшая к этим стенкам будет иметь скорость вращения стенки.Для задания таких граничных условий необходимо открыть вкладку«Области» -> «Input» -> «Границы» -> «rotwall» -> «Физические условия» ->«Задание тангенциальной скорости» и назначить метод задания «Локальнаяскорость вращения»Во вкладке «Физические значения» задать скорость вращения 500об/мин (rpm), а также направление оси вращения [0,0,-1]Для задание вращения области необходимо определить вращающуюсясистему координат, а затем привязать вращающуюся область к этой системекоординат.Для создания вращающейся системы координат зайдите в папку«Инструменты» и нажмите правой кнопкой мыши по папке «Опорныесистемы координат» и выберете «Новый»->«Вращение».Настройте параметры вращения как показано на рисунке ниже.

Данныйнасос является низкооборотным, поэтому частоту вращения необходимозадать 500 об/мин (rpm). Для выбора оси вращения поставьте в свойстве«Направление оси» значение [0,0,-1].Теперьнеобходимозайтивпапку«Области»->«Impeller»->«Физические значения» и в свойствах вкладки «Задание движения» выбрать«Опорная система координат» созданную нами «Rotating»6)СОЗДАНИЕ ОТЧЕТОВ И МОНИТОРОВПравым щелчком мыши выбираем «Отчеты» и создаем два отчета«Осреднение по поверхности». Называем из «p_out» и «p_in» В свойствахкоторых выбираем «Части» и выбираем выходную «outlet» и входную «inlet»границу для одного и второго отчета.Таким же образом создаем отчет «Момент».Во вкладке свойств «Скалярная функция» для отчетов по давлениювыбираем «Total Pressure». Размерность меняем на «bar», а в свойствах«Части» выбираем выходную и выходную границу соответственно.Функция Total Pressure возвращает значение статического давления искоростного давления: = + 22Свойства отчета «Moment 1» меняем как показано на рисунке.Необходимо задать ось, относительно которой вычислять момент и границыротора насоса.

В данном случае это граница «Boundary 1» области«Impeller» и граница «rotwall» области «Input».Далее выделяем два созданных отчета по давлению и правой кнопкоймыши выбираем «Создать монитор и рисунок из отчета». Во всплывающемокне выбираем «Отдельный рисунок».Проделайте ту же процедуру для отчета «Moment 1» отдельно.В папке «Мониторы» и «Графики» появились соответствующиеэлементы. Сосланные мониторы позволяют видеть численное значениесозданных отчетов в окне выводы, а графики изменение величин во времярасчета.7)СОЗДАНИЕ ВИЗУАЛИЗАЦИИ РАСЧЕТАПравым щелчком мыши по папке «Сцены» создаем сцену дляизображения скаляров. Во вкладке «Скаляр 1» в свойствах вкладки «Части»выбираем созданную плоскость разреза.

А во вкладке «Скалярное поле»выбираем «Velocity->Амплитуда»На данной сцене будет показано распределение модуля скоростижидкости в сечении насоса.Создайте вторую скалярную сцену с распределением давления наплоскости разреза (функция поля - Pressure)8)ЗАПУС РАСЧЕТАНажмите на кнопку запуска расчетаРасчет прекращается, когда расчетные значения давления b моментасущественно не меняются от итерации к итерации.Запишите полученные значения отчетов.9)ЗАПУСК НЕСТАЦИОНАРНОГО РАСЧЕТАДля запуска нестационарного расчета с начальными условиямивзятыми со стационарного необходимо изменить некоторые настройкимодели.Нажмите правой кнопкой мыши на «Модель»-> «Physics 1» и выберете«Выбрать модели».

В появившемся окне уберите галку с «Стационарный» ипоставьте «нестационарный неявный» и нажмите «Закрыть».Затем откройте папку «Инструменты» и нажмите правой кнопкоймыши на папку «Движения» и выберете «Новый»-> «Вращение».Настройте свойства движения на те же значения, что были присоздании вращающейся системы координат.Теперьнеобходимозайтивпапку«Области»->«Impeller»->«Физические значения» и в свойствах вкладки «Задание движения» выбрать«Движение» созданную нами «Вращение»Далее необходимо назначить шаг по времени. При расчете насоса шагпо времени должен быть существенно меньше времени поворота лопасти наодин «лопастной шаг» (полный оборот деленный на количество лопастей).В данной задаче частота вращения составляет 500 об/мин, значит одиноборот совершается за 0,12 с. Рабочее колесо имеет 4 лопасти, значит один«лопастной шаг» совершается за 0,03 с.

Выберем шаг по времени в 300 разменьше этого значения, т.к. 0,0001 с.Откройте папку «Решатели» и назначьте свойства элементу«Нестационарный неявный», задав шаг по времени 0,0001 с.Зайдите в папку «Критерии остановки» и настройте элементы этойпапки следующим образом.У элементов «Maximum Physical Time» и «Maximum Steps» снимитегалку со свойства «Разрешено, чтобы запретить решателю автоматическуюостановку расчета.У элемента «Maximum Inner Iterations» измените свойство «Числовнутренних итераций» на 10. Чтобы решатель на каждом шаге по времениделал 10 внутренних итераций, уточняющих решение.Все значения мониторов будут колебаться с лопаточной частотой. Т.е.с периодом в 0,03 с.10)АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТАРассчитайте напор насоса и его гидравлический КПД.Отчёт по лабораторной работе должен содержать:1.

Уравнения динамики жидкости при турбулентном режиме течения вовращающейся системе координат2. Расчет характерных насоса. Гидравлическую и потребляемуюмощность и КПД.3. Фотографии полей распределения скоростей и давлений, полученныерасчетным путем4. Графики изменения расчитываемых величин при нестационарномрасчете.Список литературы:1.Лойцянский Л. Г.Механика жидкости и газа : учебник для вузов /Лойцянский Л. Г. - 7-е изд., испр.

- М. : Дрофа, 2003. - 840 с. - (Классики отечественнойнауки). - ISBN 5-7107-6327-6.2.С. Патанкар Численные методы решения задач теплообмена и динамикижидкости – New York: Hemisphere Publishing Corporation, 1980.3.STAR CCM User GuideКонтрольные вопросы:1.

Зачем отдельно настраивать параметры расчетной сетки для границрабочего колеса?2. Чем отличается система уравнений описывающих динамикужидкости во вращающейся и не вращающейся системе отчета?3. Как рассчитывается шаг по времени при нестационарном расчетенасоса?4. Почему при расчете напора насоса используется отчет с «Полнымдавлением»?5. Зачем применяется нестационарный расчет насоса?Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего профессионального образования«Московский государственный технический университетимени Н.Э. Баумана»ЛОМАКИН В.О.ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВУХМЕНГО ОБТЕКАНИЯКРУГЛОГО ЦИЛИНДРАМетодические указаниядля выполнения лабораторной работыпо дисциплине"Механика жидкости и газа"2014ВведениеОбтекание жидкостью круглого цилиндра является хорошо изученнойзадачей, как теоретически так и экспериментально.

Математическая модельтечения идеальной жидкости вокруг круглого цилиндра лежит в основетеоретического расчета подъемных сил на различных крыловых профилях.При течении вязкой жидкости, при определенных числах Рейнольдса(30<Re<300) за цилиндром возникает так называемая «вихревая дорожкаКармана». Характерным размером при вычислении числа Рейнольдсаявляется диаметр цилиндра, а скоростью – скорость набегающего потока набесконечности.

Отрыв вихрей происходит с двух сторон тела поочерёдно;после срыва вихри образуют две цепочки позади тела, направление вращениявихрей в одной цепочке противоположно направлению вращения в другой.Размеры дорожки зависят от размера обтекаемого тела, при этом существуетлинейная зависимость между шириной дорожки h и расстоянием междусоседними вихрями l (h/l = 0,2809).Все эти явления делают задачу численного моделирования течениевокруг цилиндра интересной обучающей задачей. Есть возможностьсравнить результаты численного моделирования с результатами известныхтеоретических вычислений и экспериментов.В данной лабораторной работе необходимо провести два расчета.Первый посвящен моделированию двухмерного потока идеальной жидкостивокруг цилиндра, а второй моделированию потока вязкой жидкости собразованием дорожки Кармана.Математическая модель стационарного двухмерного теченияидеальной жидкости выглядит следующим образом:Уравнение неразрывности жидкой среды: += 0,Уравнение движения идеальной жидкости для стационарногодвухмерного случая м при отсутствии массовых сил: � �+ � = − ;+ � = − ;Гначниное условие на твердой стенке щаписывается как V n =0.Картина обтекания цилиндра идеальной жидкостью и распределение давления наего поверхности выглядят следующим образом:При моделировании вихревой дорожки возникают некоторыепринципиальные отличия от описанной выше модели.Во-первых причиной образования и диссипации вихрей при течениинесжимаемой жидкости является ее вязкость.

Поэтому уравнение динамикижидкости выглядит иначе: � + � + 2 2 2 2 + � = − + � 2 ++ � = − + � 2 + 2 2�;�;В уравнениях появились не только члены, отвечающие за внутреннеетрение (вязкость), но и нестационарные члены. Дело в том, что процессобразования вихревой дорожки является принципиально нестационарным,развивающимся во времени и в стационарной постановке его невозможнорассчитать.При численном моделировании вихревой дорожки возникает еще однатрудность. В реальных физических условиях в процессе обтекания тел всегдасуществует несимметричность условий обтекания. Это может бытьнесимметричная форма цилиндра, возмущения в набегающем потоке,неоднородность жидкости и т.п.