Методические указания по выполнению лабораторных и курсовых работ. Молчанов А.М., Холодов П.В. 2013 (1013328), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Общий вид настроек параметров граничного условия inlet.Нажимаем ОК.Таким же способом задаем следующие граничные условия (ГУ):а) ГУ outlet – присваивается части OUTLET, тип граничного условия –Outlet Supersonic;б) ГУ external – присваивается части EXTERNAL, тип граничногоусловия – Opening, задаваемые параметры – Opening Pres. and Dirn(задаем давление 0 Па, т.к. на этой границе оно должно быть равноатмосферному, т.е. Pe), Opening Temperature – Te;в) ГУ coflow – присваивается части COFLOW, тип граничного условия– Wall, задаваемые параметры – Free Slip Wall (что означает стенку соскольжением на поверхности. Это нейтральное условие, никак невлияющее на расчетную область и не вызывающее никаких проблем вовремя расчета, что и требуется в данной задаче.
Математически это ГУэквивалентно условию симметрии [2]).г) ГУ sym1 и sym2- присваиваются частям SYM1, SYM2, типграничного условия – Symmetry.Итоговый вид расчетной области со всеми приложенными граничнымиусловиями показан на рисунке 16.21Рисунок 16. Общий вид расчетной области и приложенными граничнымиусловиями.11) Далее необходимо настроить параметры решателя для даннойзадачи. Чтобы сделать это, нажимаем дважды ЛКМ на Solver Control вовкладке Solver в дереве проекта. Параметры, установленные здесь, вполнеподходят для решения данной задачи, однако необходимо произвести одноизменение, а именно изменить опцию Timescale Control с Automatic наPhysical Timescale присвоить ему значение 0,002 с.Задание этого параметра непосредственным образом имеет отношениек методу решения системы уравнений Навье-Стокса.
Т. к. методы решенияуравнений, описывающих нестационарные и стационарные процессы,существенно различаются, то для применения единого метода решения кразным случаям (а также для преодоления нелинейности задачи) быласоздана методика псевдо-времени (Pseudo-Timescale), благодаря которойдаже в стационарные уравнения вводится фиктивный нестационарныйчлен.Временной масштаб, определяемый в таких задачах, равен:Timescale = L/U,(2)где L – характерный размер расчетной области, U – осредненная порасчетной области характерная скорость потока.22В качестве L примем длину расчетного домена, равную 5 м, в качествехарактерной скорости – скорость на входе, равную 2500 м/с.
Timescale = 5 /2500 = 0.002 c.Задание этого параметра очень важно для расчета таких течений, каксвободные сверхзвуковые реактивные струи, задачи течений в соплах ит.д. Автоматически задаваемый параметр Timescale может привести кнеустойчивости и развалу решения. [4]Все настройки для подготовки модели к расчету завершены. Сохраняемпроект нажатием File – Save Case.
Нажав на кнопку Write Input File ()на верхней панели инструментов, выбираем место для сохранения файла сданными для расчета.Закрываем программу CFX-Pre.6. Проведение расчета и промежуточный анализ результатов1) Для запуска подготовленной модели на расчет необходимовернуться в окно запуска ANSYS CFX и нажать на кнопку CFX-SolverManager 14.0.
В открывшемся рабочем окне необходимо нажать ЛКМ накнопку File – Define Run, после чего найти файл .def, записанный послеокончания подготовки модели. Найдя и его и нажав OK, в появившемсяокне запуска расчета необходимо поставить метку напротив DoublePrecision. Оставив остальные настройки по умолчанию, необходимонажать Run.После запуска расчет сойдется достаточно быстро, что свидетельствуето правильном задании параметра Timescale и постановке граничныхусловий. Общий вид графика невязок уравнений неразрывности идвижения представлен на рисунке 17.23Рисунок 17. График невязок после окончания первичного расчета.2) Снова вернемся к окну запуска ANSYS CFX.
Запустим теперьпрограмму ANSYS CFD-Post соответствующей кнопкой.3) После открытия рабочего окна программы, необходимо нажать File –Load Results и загрузить файл .res, созданный программой CFX-SolverManager после завершения расчета.4) После того, как данные результатов расчета загрузятся, необходимопоставить метку напротив строки sym1 в дереве проекта.
В появившемсяменю настроек вывода в графе Mode нужно поставить опцию Variable, вграфе Variable – Mach Number. После этого нужно нажать Apply и затемперейти в плоскость обзора XY, нажав на ось Z в правом нижнем углуэкрана.Полученные результаты представлены на рисунке 18. Они показываютраспределение чисел Маха по сечению симметрии расчетной области.Заметно, что распределение получилось очень грубым, однако, даже натаких грубых результатах заметны «бочки», высвеченные ярко-краснымцветом. Это означает, что постановка задачи была выполнена правильно, ибыл получен ожидаемый результат.24Рисунок 18. Распределение чисел Маха по плоскости симметрии на грубойсетке.Какправило,первичныйрасчетвыполняетсялишьдляпредварительной оценки правильности решения задачи и для определениязон наибольшего влияния необходимых параметров.
Поэтому проводитьболее глубокий анализ результатов на такой грубой сетке не имеет смысла.Закрываем программу CFD-Post. Перейдем теперь к построению более«тонкой» расчетной сетки.6. Построение тонкой расчетной сетки1) Открываем программу ICEM CFD.2) В меню Change Working Dir… указываем путь к ранеесохраненному файлу проекта ICEM CFD.3) Нажимаем File – Open project, выбираем ранее сохраненный проект.4) Через меню File – Mesh – Close Mesh выгружаем предыдущую сеткуиз проекта.5) Отключаем галочку Pre-Mesh в дереве проекта во вкладке Blocking.6) Открываем меню Pre-Mesh Params во вкладке Blocking. Переходимв меню Edge Params.
Выделяем осевую грань расчетной области и в графеNodes вводим значение 200. Нажимаем Apply.7) Выделяем периферийную грань, соединяющую границы COFLOW иEXTERNAL, и в графе Nodes ставим значение 6. Нажимаем Apply.258) Выделяем боковую грань границы COFLOW, вводим значение Nodes– 10.9) Переходим в меню Refinement (). Программа автоматическиперейдет в режим выбора блоков.
Выделяем нижний блок, нажимаемсреднюю клавишу мыши и в графе Level вводим значение 3. НажимаемApply.10) Включаем опцию Pre-Mesh в дереве проекта. Построенная сеткадолжна выглядеть так же, как показано на рисунке 19.Рисунок 19. Общий вид предварительной тонкой сетки.11) После создания предварительной сетки конвертируем ее исохраняем так же, как описано в главе 6.7.
Подготовка и проведение окончательного расчета1) Снова открываем программу CFX-Pre. На этот раз в появившемсяокне программы нажимаем на кнопку Open в панели инструментов изагружаем файл проекта, созданный в ч. 4.2) Нажимаем ПКМ на файл с сеткой вверху дерева проекта и выбираемопцию Delete Mesh.3) Загружаем новую сетку способом, описанным в ч. 44) Записываем новый .def-файл для запуска расчета.265) Открываем через окно запуска программу CFX-Solver Manager.Запускаем новый расчет с такими же настройками, как и предыдущий.Расчет задачи с новой сеткой займет больше времени, т.к. в нейсущественно больше элементов, для которых записываются системыуравнений.
Однако, сходимость этой задачи останется примерно на том жеуровне.6) После окончания расчета запускаем полученный результат в CFDPost. Выделяем границу sym1 в дереве проекта, ставим опции Variable иMach Number, затем нажимаем Apply и переводим вид рабочего окна вплоскость XY. Новое распределение чисел Маха показано на рисунке 20.Рисунок 20. Распределение чисел Маха на тонкой сетке.Сравним полученную картину с результатом предыдущего расчета.
Наэтот раз распределение выглядит гораздо более точным, хорошопросматриваетсяграницаструи,видныбочкиМаха.Сравниваяполученную картину с рисунком 1, можно увидеть на ней отображениескачка СВ и отраженного скачка AB. Таким образом, можно сделатьвывод, что решение задачи соответствует физическому смыслу и точностьрасчета зависит от частоты разбиения расчетной области сеткой, а такжеот задаваемых критериев невязок.Выведем теперь картину распределения относительного статическогодавления.
Вместо опции Mach Number во вкладке Variable выведем27параметр Pressure и нажмем Apply. Полученная картина распределенияпоказана на рисунке 21.Рисунок 21. Картина распределения относительного статического давления поплоскости симметрии расчетной области.На рисунке 21 скачки уплотнения видны еще более четко, чем нарисунке 20. Кроме того, анализируя численное распределение давления(отрицательные значения в шкале выводятся потому, что показанноедавления рассчитывается относительно Reference Pressure, заданного приподготовке модели). Хорошо заметно, что до первого скачка (скачок СВ нарисунке 1) давление в потоке меньше, чем атмосферное (т.к.
струяперерасширена). После прохождения отраженного скачка (скачок AB нарисунке 1) давление в потоке становится выше атмосферного, чтосоответствует описанию, приведенному в начале методического указания.Далее картина повторяется снова, но уже не так четко, что свидетельствуето необратимости процессов в потоке и диссипации энергии в реактивнойструе вследствие смешения с атмосферой.28ЗаключениеВ ходе решения задачи, поставленной в данном методическомуказании, был выполнен расчет течения свободной сверхзвуковой струигаза в затопленное пространство. Расчет был проведен в трехмерной(осесимметричной)стационарнойпостановке.Былпроведенпервоначальный расчет на грубой гексаэдральной сетке, после анализарезультатов которого расчетная сетка была перестроена с более частойдискретизацией расчетной области.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
