Расчет смешения горячего и холодного воздуха в тракте двигателя с использованием программного комплекса ANSYS CFX

РАСЧЕТ СМЕШЕНИЯ ГОРЯЧЕГО И ХОЛОДНОГОВОЗДУХА В ТРАКТЕ ДВИГАТЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ANSYS CFX.Цель работы: В данной лабораторной работе студент изучит следующиевопросы:••••••••••••••Запуск CFX-Pre из WorkbenchИспользование заранее определенных материаловЗадание модели жидкости в доменеСоздание и редактирование объектов в CFX-PreЗадание граничных условийНастройка точек мониторинга с помощью простых выраженийЗапуск менеджера CFX Solver из WorkbenchМониторинг сходимостиЗапуск CFD-Post для полученных результатов из WorkbenchПоворот, Масштабирование и панорамирование видаСоздание контурных графиковСоздание плоскость для использования в качестве локатораСоздание графика распределения вектора скоростиСоздание линий тока скоростиСхема течения представлена на рис.1Рис.11.

Запустите WorkbenchИз панели инструментов (Toolbox) перетащите систему Fluid Flow (CFX) вполе Project Schematic (см. рис.2)Рис.22. Щелкните правой кнопкой мыши по Mesh и выберите Import Mesh FileВыберите mixing.msh . При этом в фильтре должен быть выбор типа файловFluent Files (*.cas,*.msh) (рис.3)Теперь двойным щелчком по Setup откройте CFX-Pre (рис.4)Рис.33. Обзор CFX-Pre GUI (рис.5)Рис.4• Структура схемы в виде дерева (Outline tree)- Новые объекты появляются здесь, как только они создаются- Для редактирования существующего объекта используется двойной щелчок- Новые объекты можно добавлять щелчком правой кнопкой мыши в Outlinetree• Окно сообщений (справа внизу) служит для вывода предупреждений иошибокРис.54.

Из всех трехмерных объектов сетки автоматически создается домен подназванием Default DomainИз всех двумерных областей для каждого домена автоматически создаютсяграницы под название Default Domain DefaultЩелкните правой кнопкой мыши по Default Domain в поле OutlineВыберите RenameИзмените название домена на mixer (смеситель)5.

Дважды щелкните по домену mixerПанель домена состоит из трех закладок Basic Settings (основные установки),Fluid Models (модели жидкости) and Initialization (инициализация).Выберите в качестве материала воду – Air Ideal Gas (см.рис.6)Рис.6Выберите закладку Fluid ModelsВ секции Heat Transfer измените Option на Thermal Energy– в этом случае будет моделироваться передача теплаОставьте все остальные настройки неизменными и нажмите кнопку OK(рис.7)Рис.76. Следующий шаг заключается в создании граничных условий.

Высоздадите входные граничные условия для подачи холодного и горячеговоздуха, плоскостей симметрии, а также выход. Остальные границы поумолчанию будут установлены как адиабатические стенки.Щелкните правой кнопкой мыши по домену mixerВыберите Insert > BoundaryУстановите в качестве названия (Name) inlet1Щелкните по кнопке OKРис.8Оставьте поле Boundary Type (тип границы) как Inlet (вход)Установите Location(расположение) на inlet1Рис.9Перейдите на закладку Boundary Details (рис.10)Введите значение 30 для Normal Speed (скорость по нормали к границе). Поумолчанию единицы измерения [m s^-1]Введите значение 20 для Static Temperature (статическая температура).Елиницы измерения необходимо изменить в выпадающем меню на градусыЦельсия C (Celsius)Для сохранения настройки границы щелкните OKРис.10Щелкните правой кнопкой мыши по домену mixerВыберите Insert > BoundaryУстановите в качестве названия (Name) inlet2Щелкните по кнопке OKРис.11Оставьте поле Boundary Type (тип границы) как Inlet (вход)Установите Location(расположение) на inlet2Рис.12Перейдите на закладку Boundary Details (рис.13)Введите значение 70 для Normal Speed (скорость по нормали к границе).Введите значение 120 для Static Temperature (статическая температура).Единицы измерения необходимо изменить в выпадающем меню на градусыЦельсия C (Celsius)Для сохранения настройки границы щелкните OKРис.13Аналогичным образом добавьте еще одну границу под названием outletУстановите Boundary Type как OutletУстановите Location как outletРис.14На закладке Boundary Details установите Relative Pressure(относительное давление) равным 0 [Pa]Оно является относительным по отношению к доменному ReferencePressure (давление, используемое в качестве основы для сравнения),которое задано равным 1 [atm]Оставьте остальные настройки со значениями по умолчанию и щелкнитеOKРис.15Аналогично добавьте границы под названием front и backУстановите Boundary Type как SymmetryУстановите Location как front и back соответственно (см.рис.16)Рис.16Щелкните правой кнопкой мыши по mixer Default, выберите Rename иизмените название границы на wall7.ИнициализацияДля всех рассчитываемых переменных необходимо задать начальныеусловия.

Это дает решателю (Solver) отправную точку для решения.• Есть два варианта при установке начального значения для переменной- Автоматический (Automatic) :В этом случае будет использоватьсяпредыдущее решение, если это уже было получено. В противном случаерешающее устройство будет генерировать начальное предполагаемоезначение, основанное на граничных условий- Автоматический с заданием величины (Automatic with Value): В этомслучае будет использоваться предыдущее решение, если это уже былополучено.

В противном случае будет использоваться заданное значениеРешатель генерирует начальные условия достаточно хорошо в качествеотправной точки. Тем не менее, в некоторых случаях вам нужно будет задатьболее лучшую отправную точку, чтобы избежать развала решения.• Начальные условия могут быть установлены на каждого домена или наглобальной основе.• Вы будете использовать автоматические начальные условия и, такимобразом, нет необходимости устанавливать какие-либо значения. Нажмите назначок инициализации для просмотра параметров, а затемзакройте форму.8. Контроль решателяВконтролерешателя(SolverControl)устанавливаютсяразличныепараметры, которые используются решателем и могут повлиять на скоростьсходимостииточностирезультатов.Вданнойзадаченастройкиустанавливаются по умолчанию, но такой подход пригоден не для всехрасчетов• Дважды щелкните по пункту Solver Control в поле Outline– Солвер остановится после максимального сичла итераций (Max.

Iterations)в независимости от уровня сходимости– Используются значания по умолчанию в пунктах Advection Scheme иTimescale– Невязки (Residuals) являются мерой того, как точно решены основныеуравнения. В данном случае решение остановится, как только невязкиуменьшатся до значения 1.E-4.9. Точки мониторингаВо всех инженерных задачах существуют конкретные переменные, которыепредставляют интерес. Иногда они не достигают удовлетворительногозначения в тот момент времени, когда общее решение уже достиглокритериев сходимости. Поэтому имеет смысл контролировать значения этихпеременных в процессе решения. В данном расчете будем контролироватьдавление на обоих входных отверстиях.•••••Дважды щелкните по пункту Output Control в поле OutlineВ форме Output Control, выберите закладку MonitorАктивизируйте флажок Monitor ObjectsЩелкните по кнопке NewУстановите в качестве названия (Name) p inlet1 и нажмите кнопкуOKРис.17• Для точки мониторинга будет использоваться выражение• Установите в качестве ‘Option’ выражение (‘Expression’)• Введите следующее выражение в поле Expression Value :areaAve(Pressure)@inlet1– Такое выражение рассчитывает среднее по площади давление на границеinlet1.• Учтите, что выражения чувствительны к регистру.Рис.18Вторая точка мониторинга будет использоваться для контроля давления навтором входе, inlet2• Нажмите иконку New• Установите в качестве названия (Name) р inlet2 и нажмите кнопку ОК• Установите в качестве опции (Option) Expression• В поле Expression Value введите :areaAve(Pressure)@inlet2• Нажмите кнопку ОК, чтобы применить настройки и закрыть форму OutputControlРис.1910.

Получение решения• Закрйте CFX-Pre- При работе в WB настройки CFX-Pre будут сохранены автоматически• Сохраните проект Workbench как Mixing.wbpj в вашем рабочем каталоге- File > Save As• В Workbench дважды щелкните Solution для запуска решателя (CFXSolvermanager)Рис.20Запустится CFX-Solver Manager• Нажмите кнопку Start Run, чтобы начать процесс решенияДостаточно 44 итераций, чтобы получить невязки RMS ниже целевогопоказателя 1.0x10-4Давление в точках контроля приблизится к устойчивым значениям.

Дляпросмотра выберите закладку User Points.Рис.2111. Запуск CFD-Post• Закройте CFX-Solver Manager• Сохраните проект• Дважды щелкните Results , чтобы запустить CFD-PostРис.2212. Обзор CFD-Post• Когда откроется CFD-Post , вы увидите, что его внешний вид аналогиченCFX-Pre• Есть два окна с левой стороны:• Selector Window- Показывает определенные графические объекты.Объекты для каждого граничного условия создаются автоматически- Объекты редактируется двойным щелчком или rightclicking на значке- Флажки рядом с каждым объектом включают или выключают видимость вокне просмотра• Details Window- Используется, когда вы изменяете объект13. CFD-Post• Загружаются результаты• CFD-Post изначально отображает контуры модели• Кнопки панели инструментов просмотра позволяют управлять видом14.