Диссертация (785882), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Проведение расчёта может в некоторой степени контролироваться с помощью текстового файла протокола.В процессе работы пакет FLUENT создаёт два бинарных файла, в одном из которых содержатся расчётная сетка и модель, а в другом содержатся результаты расчёта. Поэтому, например, даже для простой проверки значения одного из граничных условий после выполнения расчётанеобходимо запускать пакет FLUENT и полностью открывать модель.Для проведения анализа результатов расчёта файлы проекта пакета FLUENT также могут быть открыты в пост-процессоре CFX-Post.Модели уплотнений в пакетах CFX и FLUENT строятся максимальноодинаково. Главным отличием между моделями уплотнений в пакетеFLUENT и моделями в пакете CFX является алгоритм решателя.5.2.3. Модель уплотнения в пакете OpenFOAMПакет OpenFOAM3 представляет собой широкий набор модулей длярешения различных задач гидро- и аэродинамики, а также некоторыхдругих задач численного моделирования [277].
Главные преимуществапакета заключаются в его свободном распространении и открытости ко3www.openfoam.org2255.2. Описание моделей уплотненийда, написанном на языке С. Открытый код означает, что при необходимости возможности пакета могут быть расширены и дополнены новымимоделями и методами.Использование пакета OpenFOAM рассчитано, прежде всего, на платформу Linux. Однако исходные файлы пакета могут быть скомпилированы теоретически для любой распространённой операционной системы.
Пакет состоит из большого количества моделей и решателей, которые выбираются в зависимости от поставленной задачи. Можно отметить, что по основным возможностям при решении задач ВГД пакет OpenFOAM практически не отличается от доступных коммерческихпрограмм. В пакете OpenFOAM реализованы все распространённые модели турбулентности, типы граничных условий, модель пористой средыи т. д., что является необходимым при моделировании лабиринтных ищёточных уплотнений.Для моделирования течения сжимаемой среды в каналах уплотнений могут быть использованы следующие стационарные и нестационарные решатели пакета OpenFOAM: rhoSimpleFoam, rhoPorousSimpleFoam,rhoPimplecFoam.В пакете OpenFOAM отсутствуют графические оболочки для пре-процессора и решателя, что в известной степени затрудняет работу приподготовке и выполнении расчётов.
Для пост-процессора используется графическая оболочка на основе также свободно распространяемого программного обеспечения ParaView, возможности которого заметноограничены по сравнению с другими пакетами. Результаты расчёта также могут быть либо экспортированы в форматах других программ дляпоследующего анализа (например, FLUENT), либо напрямую открыты внекоторых программах для пост-процессора (например, Tecplot).В пакет OpenFOAM также входят несколько модулей для генерациирасчётной сетки, возможности и удобство работы с которыми, однако,заметно уступают коммерческим программам-аналогам.Наряду с отсутствием графической оболочки, другим недостатком,ограничивающим применение пакета OpenFOAM, является неудовлетворительное описание работы с пакетом (руководство пользователя), атакже практически отсутствие подробного изложения реализованных2265.2.
Описание моделей уплотнениймоделей и методов. Однако пакет распространяется с большим числомпроектов-примеров, которые могут быть использованы как отправныеточки для создания собственного расчёта.Проект в пакете OpenFOAM представляет собой отдельную папку, вкоторой находятся другие папки и файлы (преимущественно текстовые)с описанием расчётной сетки, всех компонент используемых моделей,граничных и начальный условий, параметров дискретизации и организации вычислительного процесса.
Структура папок и названия файловдолжны отвечать строгим правилам пакета OpenFOAM.Как отмечалось выше, пакет OpenFOAM имеет встроенные модулидля генерации сетки (например, blockMesh, snappyHexMesh), которые,однако, заметно ограничены по возможностям. Также имеются функции конвертирования расчётных сеток, представленных в других форматах (например, в формате для программы FLUENT). В этом случаерасчётная сетка для модели уплотнения может генерироваться в пакетеICEM CFD с последующим экспортированием в пакет FLUENT, затем осуществляется экспорт в пакет OpenFOAM.Пакет OpenFOAM также поддерживает параллельные вычисления.Декомпозиция расчётной области и последующая сборка представляютсобой, однако, дополнительные шаги, которые должны быть выполненыотдельно при организации вычислительного процесса. После выполнения расчёта в параллельном режиме результаты должны быть сновасобраны вместе с помощью имеющихся служебных программ.Процесс расчёта начинается с запуска соответствующего решателяиз командной строки в корневой папке проекта.
Решатель самостоятельно считывает все необходимые данные из заранее созданных файлов,согласно используемым правилам. Промежуточная информация итерационного процесса, состоящая в основном из значений невязок решаемых уравнений, направляется в окно терминала, но может быть такженаправлена в текстовый файл.Отсутствие графической оболочки для решателя затрудняет наблюдение за историей расчёта.
Однако существует возможность графического представления историй невязок в реальном времени с использованием дополнительных инструментов (например, вывод содержания2275.2. Описание моделей уплотненийтекстового файла с невязками в графическое окно с помощью некоммерческой графической программы gnuplot).Изменения некоторых параметров модели и расчёта могут такжепроисходить «на лету» во время проведения расчёта.
Это является удобной функцией в процессе достижения заданных критериев сходимости.Одно из преимуществ коммерческих пакетов заключается в том,что большое количество параметров моделей задаются программой автоматически, исходя из определённых рекомендаций, встроенных в программу, либо вычисляются в зависимости от выбранной пользователем опции. В этом случае пользователь коммерческого пакета может неиметь глубоких знаний в области методов ВГД и деталей используемыхмоделей, но проводить успешные расчёты.
При использовании свободно распространяемых программ большинство параметров должно бытьзадано напрямую, что требует от пользователя более высокого уровняквалификации и экспертизы.В данной работе пакет OpenFOAM использовался в первую очередьдля сравнения результатов моделирования уплотнений, полученных спомощью других программ.
Также в пакете OpenFOAM была разработанапростая ВГД-модель одиночного щёточного уплотнения под названиемPOLLS для проведения автоматизированных расчётов.Схема расчётной области трёхмерного сегмента одиночного щёточного уплотнения показана на рис. 5.5. Пакет щёточного уплотнения описывается как пористая среда. Модель уплотнения в OpenFOAM соответствует базовой модели, описанной в главе 3.Граничные условия на входе расчётной модели щёточного уплотнения задаются с использованием типа totalPressure для давления итипа pressureDirectedInletOutletVelocity для скорости. На выходерасчётной модели используется комбинация граничных условий типовfixedValue и pressureInletOutletVelocity для давления и скоростисоответственно.
На гранях трёхмерного сегмента уплотнения задаютсяпериодические граничные условия типа cyclicAMI.Отличительной особенностью разработанной ВГД-модели щёточного уплотнения является тот факт, что модель полностью (включая генерацию расчётной сетки) реализована в пакете OpenFOAM. Данная мо2285.2. Описание моделей уплотненийРис. 5.5. Схема расчётной модели сегмента ЩУ в OpenFOAMдель представляет собой инструмент, с помощью которого с относительно небольшими временными и вычислительными затратами можно выполнить аэродинамический расчёт щёточного уплотнения, определитьего расходную характеристику, а также картину течения.В простейшем случае от пользователя требуется ввести лишь основные параметры уплотнения: диаметры, параметры щёточного пакета(диаметр проволоки, плотность упаковки), рабочие параметры (перепаддавления).
Генерация структурированной расчётной сетки выполняетсяавтоматически с помощью модуля blockMesh. Расчёт выполняется с помощью решателя rhoPorousSimpleFoam. Анализ результатов осуществляется в оболочке paraFoam.При необходимости пользователь также имеет возможность изменить любые параметры модели (геометрия уплотнения, параметры сетки, модель турбулентности, коэффициенты сопротивления в модели пористой среды и т. д.) и провести расчёт вручную.В качестве примера на рис. 5.6 приведено сравнение результатов,полученных с помощью простой модели в OpenFOAM и стандартной модели в CFX для контактного щёточного уплотнения из [290]. Можно отметить хорошее согласование для приведённых локальных характеристиктечения в щёточном пакете.На рис.
5.7 показаны распределения давления в щёточном уплотнении из [290], полученные с помощью описанной модели в OpenFOAM.В приложении Г приведены файлы пакета POLLS. Пакет включает всебя две MATLAB-функции для генерации файла blockmeshDict, которыйсодержит данные для создания расчётной сетки с помощью blockMesh,и файла porosityProperties, содержащего параметры модели пори-2295.2. Описание моделей уплотненийа) Осевое направлениеб) Радиальное направлениеРис. 5.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
