Руководство по решению тепловых, сопряженных, гидрогазодинамических задач (1050672), страница 47
Текст из файла (страница 47)
К/э сетка должна быть одинаковой наповторяющихся границах.Пересечения: В месте пересечения поверхностей, где заданы разные граничные условия,происходит “слияние” условий или задается одно из этих граничных условий. В таблицепоказано, какие граничные условия задаются в месте пересечения поверхностей.Граничные условия в месте пересечения поверхностей.Граница 1Граница 2ДействиеВход: задаются компоненты Стена VX, VY, VZ = 0скорости VX, VY, VZГраничные условия стенкиимеютболеевысокийприоритетВход: задаются компоненты Симметрия: VX или VY Объединениескорости VX, VY, VZили VZ = 0входасимметриииВход: задаются компоненты Выход: P = 0скорости VX, VY, VZГраничныеусловиявходаимеютболеевысокийприоритетСимметрия:VX или VY илиVZ = 0Выход: P = 0ОбъединениевыходаСимметрия:VX или VY илиVZ = 0Стена: VX, VY, VZ = 0Граничные условия стенкиимеютболеевысокийприоритетСтена: VX, VY, VZ = 0Выход: P = 0Объединение условийОбобщенная симметрияВыход :P = 0Объединение условийсимметриииПримечаниеГраничные условия входа стенки и симметрии имеют более высокийприоритет над обобщенной симметрией.Значения входа: Необходимо задать соответствующие граничные условия, если выактивировали модель турбулентности.
Программа ANSYS задает принятые по умолчаниюзначения, основанные на величине входной скорости и масштабном коэффициенте. Значениекинетической энергии на входе определяется следующим образом (v – скорость потока навходе):Значение, принятое по умолчанию, для фактора ININ равно 0.01, что соответствует 1процентному уровню турбулентности на входе. Величина диссипации кинетической энергиина входе определяется следующим образом:Параметр INSF является управляемым пользователем масштабным коэффициентом.
Длязадания факторов ININ и INSF воспользуйтесь одним из предлагаемых методов:Команда:FLDATA24,TURB,ININ,Value and FLDATA24,TURB,INSF,ValueGUI:Main Menu> Preprocessor> FLOTRAN Set Up> Turbulence> Turbulence ParamMain Menu> Solution> FLOTRAN Set Up> Turbulence> Turbulence Param240Можно задать специфичные значения кинетической энергии турбулентности (ENKE) иликоэффициента диссипации (ENDS) используя команду FLDATA24.Возможны ситуации, при которых необходимо отключить модель турбулентности длянекоторых зон модели.
Для этого следует задать нулевое значение кинетической энергии(ENKE) и коэффициент диссипации (ENDS) равным 1.0. Не имеет силы нулевое значениекоэффициента диссипации. ENDS автоматически будет присвоена 1.0, если ENKE заданонулевое значение.Шероховатость стенки: По умолчанию во FLOTRANе используются гладкие стенки.
Длязадания значений шероховатости стенки, вы должны использовать равновесную модельстенки. Эта модель активируется командой FLDATA24,TURB,WALL,EQLB.Для задания однородной шероховатости в единицах длины на все стенки, используйтекоманду FLDATA24,TURB,KS,Value. Будучи фактической шероховатостью, параметр KS,дополнительно определяет режим шероховатости (гладкий, переходный, полностью грубый).Значение, используемое по умолчанию, рано 0.0 (гладкая стенка).Вы можете также задать эмпирический безразмерный фактор (CKS), значения котороголежат в интервале от 0.5 до 1.0, который задает степень неоднородности поверхности.Значение, используемое по умолчанию, равно 0.5, это означает, что заданная KSшероховатость распределена равномерно. Более высокие значения увеличивают потеришероховатости без изменения режима течения, определенного значением KS.
Для заданияэтого фактора используйте команду FLDATA24,TURB,CKS,Value.Существует два метода, используя которые можно задать различные значенияшероховатости соответственно на разные поверхности модели. Первый метод используетвещественные константы всех элементов стены. Вы задаете подходящие значения KS и CKSна элементы стены в виде вещественных констант. Для каждой шероховатости будетсуществовать свой набор вещественных констант.
Обратите внимание на то, что не будутприняты во внимание постоянные шероховатости, заданные на элементы, не принадлежащиеповерхности стенки. Также помните, что будут проигнорированы значения KS и CKSзаданные командой FLDATA24,TURB.Второй метод предназначен для случаев, когда большинство поверхностей имеют одно и тоже значение шероховатости. Сначала задайте величины, подходящие для большинстваповерхностей командой FLDATA24,TURB. Затем используйте вещественные константы длязадания шероховатости на оставшиеся поверхности. Вещественные константы перепишутзначения, заданные командой FLDATA24,TURB. Обратите внимание на то, что еслизадается одно значение CKS на все поверхности (что вполне типично) командойFLDATA24,TURB, то можно больше не использовать вещественные константы.3.8. Стратегия решения сложных задачБольшинство задач имеют расходящееся решение или осцилляции поля давления и/илискорости.
Используя нижеприведенные советы, вы можете привести сложную задачутурбулентного течения к сходящемуся решению.1. Активируйте опцию турбулентности, если это до сих пор не было сделано.Модель турбулентности активируется следующим образом:Команда:FLDATA1,SOLU,TURB,TGUI:Main Menu> Preprocessor> FLOTRAN Setup> Solution OptionsMain Menu> Solution> FLOTRAN Setup> Solution Options2.
Используйте структурированную сетку, если неструктурированная сетка показаланеудовлетворительный результат. Задайте так граничный слой, чтобы значение Y+ непревышало 5000.241Для задания Y+ выполните следующее:Команда:FLDATA5,OUTPUT,YPLU,ValueGUI:Main Menu> Preprocessor> FLOTRAN Setup> Additional Out> RFL Out DerivedMain Menu> Solution> FLOTRAN Setup> Additional Out> RFL Out Derived3.
Задайте единичное значение турбулентному инерционному фактору релаксации.Могут помочь величины порядка 0.01 (для несжимаемых течений можно вообще нетрогать этот фактор).Для задания турбулентного инерционного фактора релаксации выполните следующее:Команда:FLDATA26,STAB,TURB,ValueGUI:Main Menu> Preprocessor> FLOTRAN Set Up> Relax/Stab/Cap> Stability ParmsMain Menu> Solution> FLOTRAN Set Up> Relax/Stab/Cap> Stability Parms4. Используйте значение фактора релаксации импульса и давления меньше 0.5.
Если непомогает значение равное 0.2, то маловероятна польза от более малых значений.Для задания фактора релаксации импульса и давления выполните следующее:Команды:FLDATA25,RELX,PRES,ValueFLDATA25,RELX,VX (or VY, VZ),ValueGUI:Main Menu> Preprocessor> FLOTRAN Set Up> Relax/Stab/Cap> DOF RelaxationMain Menu> Solution> FLOTRAN Set Up> Relax/Stab/Cap> DOF Relaxation5. Начните решение задачи с высоким коэффициентом турбулентности (то есть свысоким начальным значением эффективной вязкости). Не задавайте для этогопараметра (параметр имеет эффект только в начале решения), значение превышающее107.Для задания коэффициента турбулентности выполните следующее:Команда:FLDATA24,TURB,RATI,ValueGUI:Main Menu> Preprocessor> FLOTRAN Set Up> Turbulence> Turbulence ParamMain Menu> Solution> FLOTRAN Set Up> Turbulence> Turbulence Param6.
После задания свойств, решите модель с завышенным значением вязкости иотключенной турбулентностью. После того, как задача частично сойдется,включается модель турбулентности. Возможно, необходимо будет понизитькоэффициент релаксации эффективной вязкости до 0.1 или 0.0 для несколькихглобальных итераций для того, чтобы частично сошлись уравнения турбулентности. Впредыдущих советах дана полная информация по необходимым командам.7. Трудности могут возникнуть из-за значительных изменений свойств, возникшихвследствие флуктуаций давления или температуры. Предотвращение изменениясвойств на ранних стадиях анализа (пока не спадут флуктуации) может значительностабилизировать решение.Вы также можете использовать ограничение скорости, чтобы предотвратитьпоявление больших значений скоростей или давлений.
Для реализации ограниченияскорости выполните следующее:Команда:242FLDATA31,CAPP,Label,ValueGUI:Main Menu> Preprocessor> FLOTRAN Set Up> Relax/Stab/Cap> Results CappingMain Menu> Solution> FLOTRAN Set Up> Relax/Stab/Cap> Results CappingЕсли Вы используете команду FLDATA31, Label представляет параметрограничения, такой как VELO (скорость), или TEMP (температура).
Value , это флагограничения (T or F) или значение параметра ограничения. Ограничение давленияналагается на избыточные значения давления. Ограничение температуры налагаетсяна абсолютные значения температуры.8. Задачи, использующие пирамидальные, призматические или в частностичетырехгранные элементы могут потребовать более строгой сходимости уравнениядавления.Могутбытьзатребованызначенияпорядка10-18(FLDATA21,CONV,PRES,1.E-18).
Вам следует снизить критерий сходимости до техпор, пока (от одной глобальной итерации к другой) изменения количества итераций,необходимых для решения уравнения, не станет меньше 10 процентов (см.Jobname.DBG).9. Решение уравнения давления может повлиять на массовый баланс. Дисбаланс массможет иметь место в случае, если на области входа или выхода наложена слишкомгрубая сетка или если поток выходит под углом.10. Если Вы заметили аномальный результат в трехмерной задаче, то в этом случаеследует увеличить до 2 порядок интегрирования.11. Использование модели Streamline Upwind/Petrov-Galerkin (SUPG) для решенияуравнения импульса может увеличить сходимость.243Глава 4.
FLOTRAN Тепловой анализ4.1. Обзор возможностей теплового анализаВ тепловом анализе, для определения поля температур необходимо решить уравнениетемпературы. Даже если температура сама по себе не важна, изменение свойствжидкости/газа при изменении температуры может быть достаточно важным обоснованиемдля проведения теплового анализа.В дополнении к расчету температурного поля, тепловой анализ также определяет плотноститепловых потоков на границах модели и коэффициенты теплоотдачи исходя изпредполагаемой температуры окружающей среды.Для активации решения температурного уравнения воспользуйтесь одним изнижеприведенных вариантов:Команда:FLDATA1,SOLU,TEMP,TRUEGUI:Main Menu> Solution> FLOTRAN Set Up> Solution OptionsFLOTRAN автоматически включает нагрев за счет сил внутреннего трения для сжимаемыхпотоков.
Дополнительную информацию по активации вязкостного нагрева смотрите вразделах Вынужденная конвекция. Свойства зависящие от температуры, и в описаниикоманды FLDATA1 в ANSYS Commands Reference (Руководство по командам ANSYS).4.2. Требования к конечно элементной сетке.Программа ANSYS не имеет формальных критериев вычисления конечно-элементной сетки.Однако, температурные градиенты зачастую слишком велики вблизи тепловых границмодели. Следовательно, плотность сетки, обычно, должна быть больше вблизи этих границ.4.3. Задание свойств.В дополнении к плотности и вязкости, при решении задач течения, необходимо задатьтеплопроводность и теплоемкость. Вы должны определить зависят ли свойстважидкости/газа от температуры.Для задания свойств материалов твердых областей используйте один из предлагаемыхметодов:Команда:MPGUI:Main Menu> Preprocessor> Loads> Load Step Opts> Other> Change Mat PropsMain Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models> CFD> Conductivity>IsotropicMain Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models> CFD> Specific HeatMain Menu> Solution> Load Step Opts> Other> Change Mat Props4.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
