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 23
Текст из файла (страница 23)
Это вряд лиотрицательно отразится на результатах расчёта, но приведёт к увеличениючисла контрольных объёмов домена теплообменника.Как вариант для конструкции, содержащей намного большее числотрубок, необходимо сделать несколько вариантов исходных доменов трубок(трубка у стенки, трубка в основном потоке), а потом при помощи функцийперемещения, создать массив трубок теплообменника.Сохраним проект и импортируем сетку в формат для ANSYS CFX.На рисунке 4.5.11 представлен внешний вид сборки полученныхсеточных доменов: домен входного коллектора, домен теплообменника идомен выходного коллектора.Рисунок 4.5.11 Общий вид сборки в CFX-Pre1924.6.
Построение сеточной модели реактивного соплаИмпортируем геометрию сопла: File > Import Geometry > ParaSolid,выберем файл Nozzle.x_t и укажем единицу измерения длины Millimeter,нажмём OK. Полученная геометрия будет содержать два семейства: NOZZLE– самого сопла и FLUID – семейства, содержащего геометрию расчётнойобласти (газовая область внутри сопла и область истечения). СемействоNOZZLE необходимо удалить за ненадобностью.Далее, распределим существующую геометрию по семействам:INLET – семейство для задания ГУ «Вход». Соответствует блокуфорсунок в камере сопла;OUTLET – семейство для задания ГУ «Выход».
Поверхность, лежащаянапротив среза сопла;PRIODIC_LиPERIODIC_R–поверхностидлязаданияГУ«Периодичность»;OPENING – поверхность для задания ГУ «Открытая граница» (Opening);OPEN_IN – поверхность на которой можно задать ГУ «Открытаяграница» или «Вход», что упрощает процесс счёта и необходимо примоделировании полёта ракеты (истечение с спутный поток);AXES – содержит только осевую линию. Данное семейство необходимотолько для построения блочной топологии сопла;WALL_1 и WALL_2 – стенки сопла, внутренняя и внешняя,соответственно;FLUID – материальная точка. После распределения геометрии посемействам, исходное семейство с именем FLUID исчезнет, как несодержащее геометрию.
Освободившееся имя можно использовать повторно.На рисунке 4.6.1 представлена геометрия расчётной области сопла и Деревомодели. По цвету имени семейства в Дереве модели и цвету геометрии193расчётной области можно определить принадлежность геометрии к тому илииному семейству.Рисунок 4.6.1 Геометрия расчётной области, распределённая по семействам(семейство PERIODIC_R – погашено)Особенностьюданноймоделиявляетсяпериодичностьбоковыхповерхностей (семейства PERIODIC_L и PERIODIC_R), т.е если одну изповерхностей провернуть вокруг оси, то можно получить совпадение всехточек геометрии с точками геометрии другой поверхности. Даннаяпериодичностьназывается«периодичностьювращения».Заданиепериодичности при создании сеточной модели необходимо для того, чтобыузлы сетки, расположенные на одной из периодичных поверхностяхотличались от соответствующих узлов другой поверхности только поугловой координате.
При решении задачи параметры потока с однойповерхности будут передаваться на другую без осреднения. Что повышаетточность расчёта.Периодичность задаётся следующим образом: вкладка Mesh > GlobalMesh Setup> Set up Periodicity. Активизируется функция Defineperiodicity, выбирается Rotating periodic. В окне Axis задаётся ось вращения194(в единичных векторах i, j, k) – в нашем случае ось вращения OX,следовательно вводим 1 0 0 (через пробел).
В окне Angle задаём уголпериодичности. В представленном примере угол периодичности 30°.Нажимаем OK.Установим следующие параметры сетки:Global Mesh SizeMax element – 20.AXES > max size – 2INLET > max size – 3Part Mesh SetupWALL_1 > max size – 3; tetra size ratio – 1.5; tetrawidth – 1WALL_2 > max size – 5.Выбираем торцевую поверхность соплаSurface Mesh Setup(принадлежит семейству WALL_1) > Maximum size0.5Далее Compute Mesh > Compute.Для призматического слоя зададим следующие параметры: PrismMeshing Parameters> Initial height – 0.05, Number of layers – 10.Остальные настройки оставим «по умолчанию».
Создадим призматическийслой на поверхностях семейств WALL_1 и WALL_2 (Compute Mesh > PrismMesh, выбрать семейства – Select Parts for Prism Layer, Compute).Проведём процесс выглаживания сетки: вкладка Edit Mesh > SmoothMesh Globally. Критерий сглаживания Criterion – Quality, целевоезначение Up to value – 0.2, число итераций сглаживания Smoothing iterations –20.После описанных операций должна получиться сеточная модель газовойрасчётной области реактивного сопла с качеством сетки более 0.15 по195параметру Quality (низкокачественные элементы находятся возле оси сопла)и числом элементов около 243.000.При желании и в качестве тренировки можно попробовать различныеварианты задания параметров сетки, а также использования функции Densityдля более подробного описания потока в местах скачков уплотнения(например, в горле сопла).4.6.1.Создание блочной структуры реактивного соплаПеред построением блочной топологии расчётной области реактивногосопла, необходимо выгрузить из проекта имеющуюся сетку (чтобы немешалась в дальнейшей работе): File > Mesh > Close Mesh.
Далее, в Деревемоделиоставимвключеннымитолькоточкиикривые,остальныегеометрические объекты (поверхности и тела) для построения блока ненужны и будут только загромождать рабочее окно лишним изображением.Перейдём на вкладку Blocking и построим исходный блок (Create Block> Initialize Blocks, Part – FLUID).Периодичность геометрии и сетки задана ранее. Теперь необходимозадать периодичность и для блока: Edit Block> Periodic Vertices.Укажем попарно на вершины блока: 22 и 26; 38 и 42; 37 и 41; 21 и 25. Блокнемного деформируется – ничего страшного. Если включить функциюДерево модели > Blocking > Vertices (если галочка не стоит – поставьте) >ПКМ > Periodic, то на блоке появятся красные стрелки, соединяющиевершины блока. Данные стрелки показывают, какие вершины периодичнымежду собой.
В этом же меню можно включить и нумерацию вершин(Numbers). Результат задания периодичности представлен на рисунке 4.6.2.Послепроверкипериодичностивершин,периодичности можно отключить.196функциюотображенияРисунок 4.6.2 Блок с периодичными вершинамиТак как из-за задания периодичности нижняя часть блока (ближняя к осисопла) довольно подвижна и при выполнении каких-либо операций будетсильно деформироваться, то лучше часть вершин и рёбер привязать наданном этапе к геометрии. А именно привяжем вершины 38 и 42 ксоответствующим точкам (функция Associate Vertex); рёбра 38-42, 41-41,37-38, 26-42, 22-38, 25-26 и 21-22 к соответствующим кривым геометрии(функция Associate Edge). При помощи функции Move Verticesпереместите вершины 21, 25, 37 и 41 блока как показано на рисунке 4.6.3.197Рисунок 4.6.3 Перемещение вершин блокаВполне вероятно, что при перемещении вершин возникнет ситуация,показанная на рисунке 4.6.4 – одна из периодичных вершин сместилась не вту сторону после перемещения другой вершины.
Ничего страшного непроизошло, возьмите вершину (в данном случае 41) и переместите её насоответствующую ей кривую (в данном случае – вертикальную голубую).Ошибка исчезнет.Рисунок 4.6.4 Ошибка с расположением вершины блокаПри помощи функции Split Blockразбейте существующий блокгоризонтальным сплитом. Далее, при помощи функции Merge VerticesCollapse Blocks>схлопните нижний блок.
Для этого выберете ребро 69-73, подтвердите выбор нажатием КМ (ребро окрасится в красный цвет).198Выберете нижний блок (рисунок 4.6.5, а) и подтвердите нажатием КМ.Результат использования функции представлен на рисунке 4.6.5, б.а)б)Рисунок 4.6.5 Схлопывание блока: а)выбор ребра и блока; б) результат операцииВершины 73 и 74 спроецируйте в точки на оси сопла.199Далее, разбейте блок двумя сплитами – горизонтальным и вертикальным(расположенным, примерно, в плоскости среза сопла). При помощи функцииDelete Blockудалите верхний левый блок (рисунок 4.6.6).Рисунок 4.6.6 Удаление блокаСпроецируйте вершины 87 и 88 в соответствующие точки семействаINLET, вершины 107 и 108 спроецируйте в нижние точки торца сопла, авершины 89, 90, 111 и 112 переместите до придания сходства сизображением на рисунке 4.6.7.Рисунок 4.6.7 Привязка и перемещение вершин200При помощи функции Split Block добавим сплиты: два вертикальных –для описания горла сопла, один горизонтальный (над уже существующим) –для описания стенки сопла.
Спроецируем рёбра на соответствующие кривые,а вершины – в соответствующие точки геометрии. В районе горла сопладостаточно рёбра споецировать на продольные кривые. После операциипроецирования переместим вершины таким образом, чтобы добитьсясходства с изображением на рисунке 4.6.8 и 4.6.9.Рисунок 4.6.8 Блочная структура соплаа)б)Рисунок 4.6.9 Привязка рёбер и вершин в районе: а) горла сопла; б) выходнойкромки сопла201Для описания участка геометрии расчётной области, охватывающегочасть атмосферы перед срезом сопла необходимо достроить блок.
Достройкаблока путём вытягивания его из существующей поверхности блокаосуществляется функцией Create Block > Extrude Face(s). Выбираетсяповерхность блока, выбор подтверждается нажатием КМ, и не отпускаяколёсика мыши двигаем саму мышь в нужном направлении, чтобы получилсяблок, соизмеримый с геометрической областью (рисунок 4.6.10).Рисунок 4.6.10 «Вытягивание» блока: а) выбор поверхности; б) результатпостроения блокаПолученныевершинынепериодичнымеждусобой.Задайтепериодичность вершин 194 и 196, 195 и 197 при помощи функции PeriodicVertices. Спроецируйте вершины и рёбра на соответствующие элементыгеометрии.Результатом последовательного разбиения блока на подблоки, удаленияи создания новых подблоков, привязки вершин и рёбер к элементам202геометрии является блочная топология расчётной области реактивного сопла,представленная на рисунке 56.11.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
