Задание и инструкция к расчету течения Пуазейля (811451)

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

Текст из файла

1) Файл puas_flow_01_largemesh.def представляет собой готовый для запуска нарасчет файл. Решается задача о ламинарном течении вязкой жидкости (воды) втрубе диаметром. Гексаэдральная сетка имеет размер около 137000элементов. Эту сетку будет считаться крупной (т.е. не подробной).2) Файл puas_flow_finemesh.def представляет собой документ для работы в препроцессоре ANSYS CFX-Pre. В этот файл для решения задачи о ламинарномтечении воды в трубе диаметромзагружена гексаэдральная сеткаразмером приблизительно 360000 элементов. Данная сетка будет считаться мелкой,подробной.Необходимо:1) Провести расчёт на крупной сетке (т.е. в решателе ANSYS CFX-Solver запустить нарасчёт готовый файл puas_flow_01_largemesh.def).2) Задать для мелкой сетки те же параметры задачи, граничные условия и условия икритерии сходимости, что и для крупной сетки (т.е.

доделать def-файлpuas_flow_finemesh.def по аналогии с файлом puas_flow_01_largemesh.def).3) Провести расчёт на мелкой сетке.4) Провести анализ решения, полученного на крупной сетке; провести сравнениеданного численного решения с аналитическим.5) Провести анализ решения, полученного на мелкой сетке, провести сравнениеданного численного решения с аналитическим.6) Провести анализ сходимости решения по сетке — сравнить численное решение накрупной сетке и на мелкой сетке.Ниже приведена подробная инструкция и расшифровка заданий 4 – 6.Для анализа решения, полученного на крупной сетке, необходимо открыть впост-процессоре ANSYS CFD-Post res-файл, который получится при завершении расчётана крупной сетке. Этот файл будет находиться в той директории, которая будет выбрана вкачестве рабочей при открытии ANSYS CFX Launcher (фиг.

1). Чтобы открыть res-файл дляпросмотра в CFD-Post, достаточно кликнуть по нему два раза. Либо можно открыть CFDPost из окна Launcher (окно Launcher открывается при запуске ANSYS), в CFD-Postоткрыть нужный res-файл: File→Load Results.Фиг. 1.Первый этап анализа расчёта заключается в качественной оценке полученногорешения.Необходимо создать плоскость, проходящую через ось трубы, вывести на нейзаливкой значения скорости, чтобы прикидочно оценить характер полученного решения иориентировочное расстояние, на котором устанавливается профиль Пуазейля в данномрасчёте.Создание плоскости.Фиг. 2.

Создание плоскости.Фиг. 3. Задание названия плоскости.Плоскость создаётся во вкладке Location. Location→Plane (фиг. 2). Далее вводитсяназвание плоскости, ok (фиг. 3). После этого можно выбрать, как будет расположена впространстве данная плоскость. По умолчанию будет выбрана подходящая длярассматриваемого случая плоскость XY, проходящая через ось трубы(фиг. 4).Завершить создания данного геометрического объекта происходит при нажатии кнопкиApply (фиг. 4).

Если требуется задать другую плоскость, то нужно выбрать в меню Methodподходящий вариант и задать плоскость (доступные варианты: плоскость XY приварьируемом значении Z; плоскость XZ при варьируемом значении Y; плоскость YZ приварьируемом значении X; плоскость, задаваемая тремя точками; плоскость, задаваемаяодной точкой и нормалью).Фиг. 4.После того, как плоскость создана, можно вывести на ней значения любойполученной в расчёте и существующей в данной части расчётной области величины.Выведем на созданной плоскости продольную компоненту скорости (компонентускорости вдоль оси трубы, вдоль оси x). Для этого нужно перейти во вкладку Color (см.зелёную рамку на фиг.

4). В поле Mode выбирается вариант Variable; в поле Variable —интересующая нас переменная, в данном случае Velocity u; диапазон range — local(границы шкалы будут соответствовать минимальному и максимальному значениямвыбранной нами переменной на данном геометрическом объекте — в данной плоскости),Apply (см. фиг. 5). Справа в окне просмотра можно приблизить и изучить полученнуюзаливку плоскости. Теперь можно сделать первые качественные оценки полученноготечения.Фиг. 5.Второй этап анализа — определить постоянный перепад давления в области, гдесформировалось течения Пуазейля. Эту область помогает выделить первая построеннаяплоскость.

Область около оси трубы должна соответствовать максимальной скорости, кстенкам должен происходить плавный переход к нулю — на стенках задано условиеприлипания (см. фиг. 6). Например, в области, близкой к входу в трубу, где был заданпостоянный профиль скорости, течения не соответствует развитому течению в трубе, этоможно оценить даже приближённо по первой построенной заливке (фиг. 7).Фиг. 6.Фиг.

7.Т.к. дальнейший анализ предполагает сравнение полученного численно решения саналитической формулой для профиля скорости при ламинарном течении вцилиндрической трубе круглого поперечного сечения, происходящем под действиемпостоянного перепада давления,(1)где — компонента скорости вдоль оси трубы, — динамический коэффициент вязкостижидкости,— постоянный перепад давлений, — радиус трубы, — координата порадиусу трубы, то необходимо определить под действием какого перепада давленийпроисходило течение в расчёте.Для этого необходимо определить постоянный ли перепад давлений получился втрубе (в области, где течение Пуазейля установилось и нет влияния граничного условияна входе).

Если да, то необходимо определить этот перепад. Нужно создать триплоскости YZ в различных сечениях трубы. Эти сечения, т.е. координаты X, где будутпроведены данные плоскости, выберите самостоятельно. Единственное условие — все онидолжны лежать в области, где уже установилось течение Пуазейля (это определяется позаливке первой построенной плоскости XY). Когда созданы три поперечные плоскости,следует определить среднее значение давления в каждом из соответствующих этимплоскостям сечений.Использование калькуляторов.Для этого во вкладке Calculators двойным нажатием левой кнопки мыши выбираетсяFunction Calculator, параметры: function → areaAve (доступно множество функций, даннаяпозволяет вычислить среднее значение по площади любой величины на выбраннойгеометрической поверхности), Location → первая из созданных вами самостоятельноплоскостей YZ, Variable → Pressure; Calculate (фиг. 8).

Вы получите среднее значениедавления в первом из выбранных сечений. Далее ту же операцию нужно повторить длядвух других сечений.Теперь можно вычислить попарные перепады давлений между данными тремясечениями. Если расчёт верен и соответствует течению Пуазейля, то эти перепадыдолжны совпасть.Создание дополнительных переменных.После того, как вычислен перепад, под действием которого в расчёте происходилотечение Пуазейля, нужно провести сравнение численного решения с аналитическим,где в аналитическом решении перепад равен найденному.

Это третий этап задания.Нужно создать пользовательскую переменную, которая будет выражать скорость вдольоси трубы, соответствующую аналитическому решению Пуазейля. Для этого во вкладкеExpressions на любом пустом месте рядом со списком имеющихся выражений нужнонажать правой кнопкой мыши, выбрать New — создание нового выражения. Всеразмерные числовые значения должны вводиться с указанием размерности, например,значение вязкости вводится как 8.9*1e-4 [Pa s].

Подробные правила ввода формул можнонайти в документации к ANSYS, которая доступна при нажатии клавиши F1. Когда вводформулы (1) завершен (обратите внимание, что значения всех величин в ней вамизвестны, кроме r — это независимая переменная), нажмите Apply. Проверьте, чторазмерность этого результирующего выражения соответствует требуемой (размерностьсозданного выражения указывается внизу данного окна после нажатия кнопки Apply).Перейдите во вкладку Variables. Здесь аналогично, кликнув правой кнопкой мыши влюбом месте рядом со списком имеющихся переменных, создайте новую переменную,которая будет определяться только что созданным во вкладке Expressions выражением.Важно, что имена переменной (variable) и выражения (expression), которым она задаётся,не могут совпадать. Когда имя задано, в поле Method выбирается вариант Expression (т.е.создаваемая новая переменная будет определяться выражением), Scalar — величина будетскалярной (в рассматриваемом случае эта величина есть компонента скорости вдоль оситрубы, рассчитанная аналитически), в поле Expression выбирается имя только чтосозданного во вкладке Expressions выражения; Apply.

Создание переменной завершено.Фиг. 8.Фиг. 9.Далее необходимо построить профиль скорости, определяемый аналитическойформулой; построить профили скорости, полученные в расчёте (в трёх сечениях трубы: a)в сечении, близком к входной области; b) в сечении, где только что сформировалсяпрофиль Пуазейля; c) в промежуточном между указанными двумя сечении).Построение графика.Для построения графика на плоскости необходимо создать геометрический объект— отрезок прямой — вдоль которого будут меняться отложенные по горизонтальной ивертикальной оси величины. Для графиков, на которых будут выведены профилискорости, полученные численно, создайте три отрезка в трёх разных сечениях трубы a, b,c.

На графике будем откладывать продольную компоненту скорости в зависимости откоординаты Y. Тогда данные отрезки должны лежать в плоскости XY при Z = 0, должныбыть параллельны оси Y. Отрезки создаются аналогично плоскостям (опция Line вовкладке Location).Когда отрезки созданы, можно перейти к непосредственному созданию графиков.Для этого найдите значок Chart (фиг. 10), нажмите его, задайте имя графика, ok. Вовкладке General выбран вариант XY — оставляем его, переходим во вкладку Date Series.Фиг. 10.Здесь необходимо выбрать первый из трех отрезков, a, напротив опции Location. Далееперейдите во вкладку X axis. Напротив опции Variable выберете Y, перейдите во вкладку Yaxis, напротив опции Variable выберете Velocity u.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов учебной работы