Методические указания по выполнению лабораторных и курсовых работ. Молчанов А.М., Холодов П.В. 2013, страница 9

Соответственно, выбор настроекопределения градиента по узлам повысит точность расчета.14) Во вкладках Momentum, Turbulence Kinetic Energy, SpecificDissipation Rate необходимо выбрать вкладку Third Order MUSCL.15) Во вкладке Transient Formulation выбираем вкладку Second OrderImplicit.Необходимые настройки приведены на рисунке 23.Рисунок 23. Настройки панели Solution Methods.6016) Перейдем на панель Solution Initialization в дереве проекта.Оставим по умолчанию опцию Standard Initialization, во вкладке поднадписью Compute from выбираем inlet. После этого нажимаем кнопкуInitialize.17) Переходим на вкладку Calculation Activities.

В окне Auto saveEvery (Time Steps) вводим значение 10 (что соответствует каждой 0,05секунде расчетного времени). После этого, под окном Solution Animations,нажимаем на кнопку Create/Edit.18) В графе Animation Sequences ставим цифру 1. В колонке поднадписью When проставляем Time Step. После этого в первой строкеsequence-1 нажимаем кнопку Define…19) На экране появится окно Animation Sequence. Под надписьюDisplay Type находятся различные типы параметров, которые доступныдля вывода. Нажимаем ЛКМ на надпись Contours.

Появится еще одноокно настроек, в котором необходимо выбрать следующие параметры:а) в окне под надписью Cont our sof выбираем Velocity;б) ниже выбираем опцию Vorticity Magnitude;в) нажимаем кнопку Compute.г) отключаем метку напротив строки Auto Range и затем напротивстроки Clip to Range;д) в окне под надписью Max (1/s) ставим значение 30.е) нажимаем кнопку Display.Затем нажимаем кнопку Close, после чего закрываем все окнанажатиями кнопок Close и OK вплоть до вкладки Calculation Activities.20) Переходим на вкладку Run Calculation в дереве проекта.

В окне поднадписью Time Step Size (s) необходимо ввести число 0,005 (см. таблицу1). Под надписью Number of Time Steps нужно ввести значение 600, чтосоответствует 3 секундам расчета.21) Сохраняем проект нажатием кнопки иконка с дискетой на панелиуправления) Write a File – Save Project.6122) Запускаем расчет нажатием кнопки Calculate.6. Анализ полученных результатовВ процессе решения задачи можно анализировать сходимость изграфика невязок на экране и на командной панели. Видно, как послепрохождения соответствующих шагов обновляется информация в блокеcalculation activities и автоматически сохраняются параметры расчета.Постпроцессор ANSYS Fluent обладает широким набором инструментовдля обработки и анализа результатов расчета, в том числе построениеконтуров с получением распределения параметров по сечению расчетнойобласти или по всему объему, построение графиков и вывод отчетов понужным величинам.

В данном методическом указании для анализарезультатов будет выводиться распределение статического давления,скорости, а также такого параметра, как завихренность (Vorticity). Кромеэтого, для анализа результатов будут построены графики изменениядавления и коэффициента сопротивления давления по окружностицилиндра.Перед началом вывода результатов посмотрим на графики невязок.Такой обзор важен, в первую очередь, потому, что на раннем этапепозволяет оценить точность решения и его характер.

На рисунке 24 видно,что график невязок в течение некоторого времени после начала процессаостается монотонным, а затем начинает осциллировать все сильней, до техпор, пока не переходит к пилообразным колебаниям примерно одинаковойамплитуды.62Рисунок 24. График невязок решения.Такое поведение характерно для периодических отрывных течений – вначалепроцесса,когдапроисходитпервоначальноенакоплениезаторможенных частиц в пограничном слое на кормовой части цилиндра,параметрытеченияврасчетнойобластиостаютсяпостоянными,соответственно, невязки также не претерпевают изменений. По мере того,как образуется отрывное течение, в графике невязок появляютсяколебания.

Резкие скачки в графиках невязок в развитом отрывномтечении объясняются тем, что в момент времени перед отрывом вихрякомпоненты скорости и давления имеют одни значения (соответствующиеобратному току заторможенных частиц). Сразу после отрыва у кормовойчасти резко изменяются параметры скорости и давления (на местооторвавшегося вихря приходят другие, еще не полностью заторможенныечастицы), что и отражается в скачке графика невязок. Таким образом, поэтим графикам можно оценить развитие отрывного течения и началостабилизированного периодического течения.1) Для вывода картины распределения скоростей потока по расчетнойобласти необходимо перейти на вкладку Graphics and Animations.

Затем вокне Graphics нужно выделить строку Contours и нажать на кнопку Setup.Под надписью Contours of необходимо выбрать Velocity и VelocityMagnitude в соответствующих окнах, после чего нажать кнопку Display.63Для вывода отображенного распределения во внешний графическийфайл необходимо нажать на кнопку Save Picture () на верхней панелиинструментов. В открывшемся меню можно настроить формат выводаграфического изображения, его размеры и стиль. Нажав Apply, нужноуказать директорию для сохраняемого файла и его имя. В результате будетвыведено распределение, представленное на рисунке 25.Рисунок 25. Распределение скорости потока по расчетной области.Из анализа распределения видно, что скорость изменяется за цилиндромволнообразно, что соответствует физической картине отрывного течения.2) Для наглядного отображения вихревой дорожки за цилиндромнеобходимо в том же окне поменять опцию Velocity Magnitude наVorticity Magnitude.

После этого необходимо нажать кнопку Calculate длявыводаминимальногоавтоматическойшкалы.имаксимальногоДляотображениязначенийзаданныхпооценкезначенийзавихренности нужно отключить опции Auto Range и Clip to Range, послечего в окно под надписью Max поставить значение 40. Затем нажимаемDisplay.64Полученная картина распределения представлена на рисунке 26.Рисунок 26.

Картина распределения завихренности потока порасчетной области.Сравнивая общий вид результатов, полученных в расчете, с общимвидом, представленным на рисунке 2, можно сделать вывод, чтомоделирование вихревой дорожки Кармана выполнено успешно. Следуетотметить, что полученное распределение соответствует числу Рейнольдса,равному 1500, которое относится к области устойчивого вихревоготечения. Поэтому ширина вихревой дорожки увеличивается по мереудаления от цилиндра постепенно, сохраняя устойчивые вихри до самогоконца расчетной области (напомним, что длина ее за цилиндромсоставляет 0,49 м).

Также из полученного распределения видна строгаяпоочередность отрыва вихрей с «верхней» и «нижней» поверхностейцилиндра.Точно так же, как и в п. 1, выводится распределение завихренностипотока.Попробуем увеличить картину вихревой дорожки на небольшомудалении от цилиндра. Для этого на экране наведем курсор на левыйверхний угол предполагаемой картины увеличения, а затем, зажимаясреднюю кнопку мыши, проведем курсор до правого нижнего угла65желаемой области увеличения.

В результате изображение на экранеувеличится в том месте, которое мы указали. Сравним получившуюсякартину (рисунок 27) с картиной реального течения, полученной врезультате эксперимента. Четко заметно, что характеры смоделированногои реального течений подобны между собой.Рисунок 27. Участок вихревой дорожки Кармана зацилиндром (результат моделирования).Рисунок 28. Участок вихревой дорожки Кармана зацилиндром (эксперимент).[3]3) Далее выведем график изменения коэффициента сопротивлениядавленияпоповерхностицилиндра.Формуладлякоэффициентасопротивления давления выглядит следующим образом:Cp =P − Pн,1ρ нVн2(2)66где Cp – коэффициент сопротивления давления, P – давление в точке наповерхности цилиндра, Pн – давление в невозмущенном потоке, ρн и Vн –соответственно, плотность и скорость невозмущенного потока.Закрываем все окна, выходя обратно в главное окно программы ANSYSFluent.

После этого переходим на элемент Plots в дереве проекта ивыбираем в окне настроек опцию XY Plot.В открывшемся окне настроек Solution XY Plot отключаем галочкунапротив опции Position on X Axis. Затем под надписью Y Axis Functionвыбираем опции Pressure… и Pressure Coefficient соответственно, поднадписью X Axis Function выбираем Mesh… и X-Coordinate. В окне поднадписью Surfaces выделяем ЛКМ строку wall. Затем нажимаем кнопкуPlot.Получившийся график соответствует распределению коэффициентасопротивления давления по поверхности цилиндра (рисунок 29).Рисунок 29.

Построения графика зависимости коэффициентасопротивления давления по поверхности цилиндра.Проверим правильность построения графика, отметив, что по оси Xминимальная координата составляет -0,01 м, а максимальная – 0,01 м, чтосоответствует радиусам поперечного сечения цилиндра.Из графика видно, что коэффициент сопротивления давления сразупосле лобовой точки цилиндра начинает падать, и значение его в самойдальней точки цилиндра по отношению к набегающему потоку почти на 367единицы от его значения в лобовой точке.

Сопоставляя данные графика сформулой (2), мы видим, что давление на лобовой точке поверхностицилиндра значительно выше, чем на его кормовой части. Этот эффект,появляющийся при обтекании тел с затупленной кормовой частью,характерен для таких течений, и именно поэтому при проектированииобтекаемых профилей стараются сделать их кормовую часть заостренной.Для более полного анализа результатов можно попробовать вывестираспределения других параметров, например, значения Y+ во вкладкеTurbulence элемента Contours. Этот параметр крайне важен при расчетегазодинамических процессов, однако, поскольку в данной задаче скороститечения и размеры ячеек пристеночной сетки весьма невелики, можнозаранее сказать, что значения Y+ с большим запасом удовлетворяютвыбранной модели турбулентности.4) Покажем теперь, как результаты нестационарного расчета на каждомшаге можно вывести в виде анимации.

Для этого переходим на вкладкуCraphics and Animations, в окне Animations выделяем строку SolutionAnimation Playback и нажимаем кнопку Setup. В открывшемся менюнастроек под названием Playback в графе Increment выставляем значение10, в графе End Frame – 600. После этого напротив строки Write/RecordFormat выбираем вкладку MPEG и нажимаем Write. Начнется процессзаписи видео-файла, а в графическом окне Fluent будут переключатьсянастроенные в ч. 5 распределения с результатами, выводимые в качествекадров для видео.