Построение сеток в задачах авиационной и космической техники - А.М. Молчанов, М.А. Щербаков, Д.С. Янышев, М.Ю. Куприков, Л.В. Быков. 2013 (1013341), страница 18

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

Диапазонпараметра Skewness – от 0 до 1. Чем ближе к 1, тем элемент ближе коптимальной форме. Некачественные элементы (с Skewness < 0,3) плоховлияют на расчёт в местах наличия больших градиентов параметров потока.Параметр, отвечающий за отношение размеров соседних элементовMesh Expansion Factor вычисляется как отношение длин максимальновозможного вектора dmax и минимально возможного вектора dmin (рисунок4.2.9).Приавтоматическомпостроениинеструктурированнойсеткивыдерживается автоматически и значение не может быть более 2.

Припостроении пре-сетки на основе блочной топологии в рамках одного блока152также получается автоматически, между блоками – достаточно, какминимум, визуальной оценки. Допускается значение параметра MeshExpansion Factor не более 20.Рисунок 4.2.9 Параметр Mesh Expansion FactorПри обработке результатов расчёта в пост-процессоре на границахзначительного изменения размеров элементов наблюдается ступенчатоеизменение параметров потока.Используется редко, заменён параметрами в пре-сетке – Determinant3x3x3, в неструктурированной – Quality.Авторами на практике чаще всего используются следующие параметрыоценки качества сетки.Для пре-сетки на основе блочной топологии – это параметр Determinant3x3x3 (аналог оценки Skewness), допустимое значение больше 0,3; параметрAngle, с допустимым значением больше 10°; параметр Aspect Ratio, сдопустимым значением больше 0,1 (для ANSYS CFX v.12).Для неструктурированной сетки на основе тетра- и призма-элементовобычно используется параметр Quality – интегральное значение всехосновных параметров.

Допустимое значение – больше 0,3.Однако, как показывает опыт расчётов, приведенные рекомендуемыезначения можно не соблюдать. Так получали достаточно корректныезначения расчётных параметров и при некачественной сетки: Aspect Ratio153больше 1000, Angle – около 3°. При этом необходимо понимать, чтоэлементы с такими параметрами должны находиться во второстепенныхобластях расчётного домена, и в этом районе не должно быть значительныхградиентов параметров потока.Перечисленные выше параметры сетки, а также многие другие, можнопосмотреть следующим образом: при работе с блочной топологией (вкладкаBlocking) – функция Pre-Mesh Quality Histograms; при работе снеструктурированной сеткой – вкладка Edit Mesh > Display Mesh Quality.

После выбора вида параметра сетки (выпадающее меню окна Criterion),под рабочей областью появляется Окно гистограмм (рисунки 4.2.1 и 4.2.10,а).При наведении курсора мышки на чёрное поле Окна гистограмм и щёлкнувПКМ, можно вызвать меню настроек осей гистограмм (рисунок 4.2.10). Гдеможно настроить диапазоны по осям, а также число колонок (Num bars).а)б)Рисунок 4.2.10 Гистограмма качества сетки а) и меню настройки осей гистограммыб)Если щёлкнуть по одной из колонок гистограммы, то она изменит свойцвет, а на модели появятся выделенные элементы сетки с параметрами,соответствующими диапазону выбранной колонки.

Чтобы отказаться от154визуализации этих элементов можно снять галочку рядом с настройкой Showили ещё раз щёлкнуть по выбранной колонке. Настройка Solid отвечает заспособ отображения этих элементов: в виде сплошной заливки всех гранейэлементов или отображение только рёбер элементов.Необходимоупомянутьещёодинпараметркачествасетки–безразмерное расстояние от стенки у+.

Однако, данный параметр становитсядоступным только после проведения расчёта и выводится в пост-процессорена всех поверхностях, имеющих граничное условие Стенка (Wall). Параметру+отвечаетзаиспользованиепристеночныхфункцийвмоделяхтурбулентности. Так, например, для модели k-ε рекомендуется выдерживатьэтот параметр в диапазоне 20-100, а для моделей k-ω и SST – в диапазонеменьше 2.

Параметр у+ рассчитывается по формуле:y y  u(4.1)где y - высота (толщина) элемента, расположенного на стенке; u   w /  скорость трения (равная корню из отношения напряжения трения на стенке кплотности среды);  – кинематическая вязкость.Таким образом, необходимо следить за размером первого на стенкеэлемента.Наиболее точно размер первого элемента можно установить послепроведения расчёта.

Допустим, что в ходе построения сетки был заданразмер первого элемента равный 0,1 мм. После расчёта (полная сходимость исовпадение с экспериментом не обязательна, достаточно чтобы поток болееменее установился) с использованием данной сетки получили, что параметру+ равен 7. Использовалась модель турбулентности SST, для которойнеобходимо чтобы у+ <2.

Следовательно, 7/2=3,5. Можно округлить до 4.Таким образом, для получения значения у+ <2 нам надо уменьшить размерпервого элемента в 3,5…4 раза, что соответствует 0,025 мм.1554.3. Построение тетра-сетки на примере простой геометрииПостроениясеточноймоделивоспользуемсягеометриейтеплообменника (подготовка геометрии для использования в ICEM CFDописано в разделе 3.4). Для этого выберем в меню программы File>ImportGeometry>ParaSolid, укажем файл с расширением *.x_t (в нашем случае этофайл Heat_Exchanger.x_t).

Для импорта геометрии в формате парасолиднеобходимо указать размерность, используемую при построении геометрии –в нашем случае геометрия строилась в миллиметрах.После импорта геометрии в рабочем поле программы появитсяизображение, состоящее из трёх основных элементов. Названия этихэлементов отобразятся в дереве модели: CANAL_IN – геометрия входногоколлектора,CANAL_OUT–геометриявыходногоколлектора,HEAT_EXCHANGER_SIMPLE – геометрия теплообменной трубки. Длядальнейшей работы нам понадобится только геометрия входного коллектора(CANAL_IN).

Остальную геометрию можно удалить. Для этого в деревемодели необходимо щёлкнуть ПКМ по названию семейства, геометриюкоторого надо удалить, из выпадающего меню выбираем Delete, иподтверждаем выбор повторным нажатием Delete в появившемся окне.Семейство будет удалено и вместе с ним будет удалена геометрия. Результатимпорта и удаления лишней геометрии представлен на рисунке 4.3.1.Рисунок 4.3.1 Внешний вид геометрии и дерева модели156Следующим этапом является этап распределения геометрическихэлементов по семействам. Щёлкнем ПКМ по ветке Parts, в выпадающемменю выберем первую функцию: Create Part. В окне ввода данных, в строкеPart необходимо указать имя нового семейства или указать имя ужесуществующего (выбирается из выпадающего списка). После нажатиякнопки в виде стрелочки, появится меню выбора геометрии. Создадимсемейство с именем INLET. Выберем окружность, точки лежащие наокружности, а также круг.

При работе с сеточной моделью в препроцессоре,данное семейство будет использоваться для задания граничного условия (ГУ)Inlet.Аналогичным образом (заданием имени и указанием геометрии)создадим семейства WALL (будет задаваться ГУ Wall) и SIDE (будетзадаваться ГУ Interface). Результат создания семейств, а также дерево моделии панель создания и редактирования семейства показаны на рисунке 4.3.2..Если по ошибке в семейство определили не тот геометрический элемент, тодостаточно выбрать этот элемент и в окне Part указать имя семейства ккоторому этот элемент должен принадлежать (либо создать новоесемейство).Рисунок 4.3.2 Геометрия, дерево модели с новыми семействами и окно созданиянового семейства157Создадим материальную точку, необходимую для качественногопостроения сеточной модели: Вкладка Geometry>Create Body.

В окне Partзададим имя CANAL_IN. Далее нажмём кнопку. Укажем две точки нагеометрии таким образом, чтобы середина отрезка, образованного этимиточками находилась внутри объёма геометрии канала. Автоматически внутриобъёма геометрии канала появится звёздочка с именем, в дереве в веткеGeometry появится элемент Bodies, а в ветке Parts – семейство с именемCANAL_IN. Создание материальной точки необходимо для определенияобласти в которой сетка будет строиться. Особенно это важно для сложнойгеометрии, содержащей многочисленные полости (например, охлаждаемаялопатка турбины).Для построения неструктурированной сетки перейдём на вкладку Mesh.Зададим глобальные параметры сетки: максимальный и минимальный размерэлемента, а также параметры, отвечающие за качество описания геометрии.Для этого воспользуемся функцией Global Mesh SetupSize> Global Mesh.

В окне Max element поставим 10 (размер максимально возможногоэлемента для данной модели, выбирается из рекомендации: в объёме должнонаходится минимум 3-10 элементов), поставим галочку Enabled и зададимразмер минимально возможного элемента – 0,5. Refinement – число узлов наокружности (зададим 50). Если описывается радиус скругления, то алгоритмпрограммы достраивает радиус до полной окружности, распределяетзаданное число по этой окружности и оставляет для дальнейшего построениясетки только те узлы, которые принадлежат действительному радиусу.Остальные настройки оставим «по умолчанию».

Внешний вид окна настроекпредставлен на рисунке 4.3.3.158Рисунок 4.3.3 Окно задания глобальных параметров сеткиСгенерируем сетку: Compute Mesh> Volume Mesh> Compute.После генерации сетки в окне сообщений появится информация о том, чтогенерация сетки завершена (Finished compute mesh) и будет указаноколичество элементов сетки (Total elements : 38608).

Для того, чтобыпоявилась заливка поверхностных элементов необходимо в дереве моделивыбрать Shells и щёлкнуть ПКМ. В выпадающем меню необходимо выбратьSolid & Wire.Рисунок 4.3.4 Сетка входного коллектора159Сохраним сессию: File > Save.Рассечем полученную сеточную модель секущей плоскостью. Для этогов Дереве модели щелкнем ПКМ по Mesh > Cut Plane… > Manage Cut Plane. Вграфе Method выберем метод Middle Z Plane. Отобразятся толькоповерхностныеэлементы.Дляотображенияобъёмныхэлементовнеобходимо в Дереве модели поставить галочку возле Volumes (ветка Mesh).Для перемещения секущей плоскости – для просмотра всего объёма модели –можно установить значение в окне Fraction Value или переместить бегунокрядом.Теперь снимем галочку с функции Enable (Global Mesh SetupGlobal Mesh Size).

Характеристики

Список файлов книги