conner
CAD CAE CAM ANSYS
corner
РегистрацияСсылкиКонтактыКарта сайтаНовости
Ansys Icem CFX Picture LogoAnsys Fractal Logo
Меню
Главная
Статьи
Примеры
Галерея
ГОСТ
Литература
Макросы
Форум
Словарь
Скачать
Благодарности
MenuCon


Главная -> Примеры -> Ansys Multyhysics -> Течение жидкости

Течение жидкости

Печать E-mail
Автор: Administrator   
24.12.2008 15:40

Рассмотрим решение задачи о течении жидкости методом конечных элементов на примере задачи о внезапном расширении потока жидкости. Выполним решение данной задачи при помощи программного продукта реализующего метод конечных элементов – ANSYS 7.0.

Физическая сущность задачи заключается в том, что при внезапном расширении (рисунок 1) струя, выходящая из узкой части канала, не заполняет вначале всего поперечного сечения широкого канала, а растекается постепенно. В углах между поверхностью струи и стенками образуются замкнутые токи жидкости, причем давление на торцовой стенке 1 по опытам оказывается почти равным статическому давлению на выходе из узкой части канала (р1). При внезапном расширении канала наблюдается значительное гидравлическое сопротивление, т. е. происходит уменьшение полного давления в потоке. Если поместить сечение 2 в таком месте, где поток уже полностью выровнялся, т. е. статическое давление p2 и скорость потока w2 по сечению постоянны, то потери будут равны разности полных давлений

 

Схема течения

Рисунок 1 - Схема течения при внезапном расширении канала.

 

Схема трубопровода (расчетной области) приведена на рисунке 2.

 

Схема трубопровода
Рисунок 2 - Схема трубопровода

 

Алгоритм решения задачи можно представить в следующем виде:

1) идеализация расчетной области (моделирование геометрии потока);

2) разбивка расчетной области на конечные элементы;

3) Наложение условий непроницаемости;

4) определение скорости потока на входной границе и противодавления на выходной границе потока;

5) настройка алгоритма решения задачи (установка параметров потока) и установка параметров жидкости.

6) решение задачи и обработка результатов расчета.

Построение геометрии потока

После запуска программы нужно установить класс решаемых задач: в нашем случае – это решение задач гидрогазодинамики. Для установки класса задач нужно активизировать команду Preferences меню ANSYS Main Menu. В появившемся окне (см. рисунок 3) нужно установить флажок в положение FLOTRAN CFD и закрыть окно нажатием клавиши ОК. После этой настройки в ANSYS Main Menu запустить PREPROCESSOR. Решение задачи начинается с установки типа конечных элементов. Для решения задач гидрогазодинамики в ANSYS предусмотрены два типа конечных элементов: FLUID 141 (для решения задач в двухмерной постановке) и FLUID 142 (для решения задач в трехмерной постановке). В данном случае выбираем конечные элементы FLUID 141.

Пользовательские установки
Рисунок 3 - Установка типа решаемой задачи

 

 

После установки типа конечного элемента выполняется построение модели геометрии потока жидкости (модель канала). Для этого нужно:

1) построить ключевые точки;

2) построить линии;

3) образовать при помощи линий поверхности.

Для построения ключевых точек выполняется следующая последовательность команд в ANSYS Main Menu: PREPROCESSOR > MODELING > CREATE > KEYPOINTS > IN ACTIVE CS (создание ключевых точек в активной системе координат). В появившемся диалоговом окне (рисунок 4) в разделе NPT Keypoint number задается номер ключевой точки. В окнах X, Y, Z, Location in active CS задаются координаты ключевых точек. Для построения модели требуется восемь ключевых точек.

Диалоговое окно построение точек
Рисунок 4 - Диалоговое окно для построения ключевых точек

Завершение выполнения команд осуществляется нажатием кнопки ОК. После построения всех точек рабочая область имеет вид, который представлен на рисунке 5.

Расположение точек
Рисунок 5 - Расположение ключевых точек

 

Для построения линий выполняется следующая последовательность команд в ANSYS Main Menu: PREPROCESSOR > MODELING > CREATE > LINES > IN ACTIVE COORD (создание линий в активной системе координат). После этого курсор приобретает вид указателя, а в левом нижнем окне появляется диалоговое окно выбора элементов. Указывая курсором последовательно ключевые точки (последовательность соединения точек: 1 – 2, 2 – 3, 3 – 4, 3 – 4, 4 – 5, 5 – 6, 6 – 7, 7 – 8, 8 – 1, 2 – 7), осуществляем построение линий. Завершается выполнение команд нажатием кнопки ОК в диалоговом окне выбора точек. На рисунке 6 показаны линии модели с указанием их номеров.

Построение линий
Рисунок 6 - Линии модели с их обозначением

 

 

Для построения поверхностей выполняется следующая последовательность команд в ANSYS Main Menu: PREPROCESSOR > MODELING > CREATE > AREAS >ARBITRARY > BY LINES (построение плоскостей на линиях). При этом, как и при построении точек изменяется вид курсора на указатель и появляется окно выбора линий. После выбора линий образующих замкнутый контур нажимается кнопка APPLY. Завершение выполнение команд осуществляется нажатием клавиши ОК в окне выбора линий.

 

Разбиение модели.

После построения модели геометрии потока, модель разбивают на конечные элементы. Для этого выполняется последовательность команд в ANSYS Main Menu: PREPROCESSOR >MESHING > MECH TOOL. При этом появляется диалоговое окно атрибутов разбиения (рисунок 7).

 

Атрибуты избиения
Рисунок 7 - Окно выбора атрибутов разбиения

 

 

Используя соответствующие опции данного окна, могут быть установлены атрибуты разбиения для линий и поверхностей. Для установки атрибутов разбиения линии, нажатием клавиши SET в разделе LINES, вызывается диалоговое окно выбора линий. При этом курсор изменяет свой вид на указатель, которым выбираются нужные линии. После выбора нужных линий, выбор подтверждается нажатием клавиши APPLY в окне. После нажатия клавиши APPLY появится окно для задания параметров атрибутов разбиения (см. рисунок 8). В разделе SIZE Element edge length окна атрибутов разбиения задается количество узлов на выбранной линии. Для линий L1, L14 это значение равно 14, линий L3, L5 – 45, линий L8, L9 – 7, линии L4 – 15, линий L2, L6 – 3. После заполнения раздела SIZE Element edge length нажимается клавиша APPLY.

Разбиение на элементы
Рисунок 8 - Окно задания атрибутов разбиения для линий

 

После установки атрибутов разбиения для линий в окне MESH TOOL (рисунок 7) нажатием клавиши MESH активизируется процедура разбиения поверхности конечными элементами. При этом курсор изменяет свой вид на указатель, и в левом нижнем углу появляется окно выбора поверхностей. Процедура разбиения заключается в следующем: курсором выбираются поверхности, подлежащие разбивке и затем, подается команда ОК в окне выбора поверхностей. Модель, разбитая на конечные элементы представлена на рисунке 9. После этого PREPROCESSOR закрывается. Вся дальнейшая работа проходит в SOLUTION.

 

Сетка элементов
Рисунок 9 - Конечно-элементная модель исследуемого канала

 

 

Наложение граничных условий

 

Следующим этап решения задачи – наложение граничных условий. Первое накладываемо граничное условие – это условие непроницаемости.

Наложение условий непроницаемости производится набором команд в ANSYS Main Menu: SOLUTION > DEFINE LOADS > APPLY > FLUID/CFD > VELOCITY > ON NODES. При выполнении этого набора команд курсор изменяет свой вид на указатель, а в левом углу появляется окно выбора узлов. В окне выбора узлов установить BOX – выбор узлов рамкой (см. рисунок 10).

Выбор узлов
Рисунок 10 - Окно выбора узлов

Рамкой выбираются линии: L1, L2, L3, L5, L6, L7. После выбора нажимается клавиша ОК. В появившемся окне (см. рисунок 11) задаются параметры скорости по осям координат. После задания значений скорости (Vx = 0 м/с, Vy = 0 м/с) нажимается клавиша ОК. На модели это отражается в виде красных стрелок приложенных к узлам линий.

Далее производится определение скорости потока на входе в канал. Для определения повторяется та же последовательность команд, что при задании условия непроницаемости. Скорость на входе: Vx = 0,2м/с. При выборе узлов выбираются все узлы линии L8 кроме смежных узлов (узлов принадлежащих одновременно двум линиям: L1 – L7, L1 – L8)

После задания скорости на входе производиться задание противодавления на выходе. Для этого выполняется следующая последовательность команд в ANSYS Main Menu: SOLUTION > DEFINE LOADS > APPLY FLUID/CFD > PRESSURE DOF > ON NODES. Так же, как и при определении скорости появляется окно выбора узлов. На выходной границе канала (линия L4) выбираются все узлы, включая смежные. После указания узлов в окне выбора нажимается клавиша ОК. В появившемся при этом окне (см. рисунок 12) задается значение давления. Задаваемая величина давления (противодавления на выходе из канала) равна нулю. Это соответствует установленному в ANSYS давлению равному 105 Па (референтный уровень). В данном случае величину больше нуля воспринимается, как избыточное давление (манометрическое).

Следующим этапом решения задачи является определение физических свойства жидкости и параметров потока (поток адиабатный, турбулентный, несжимаемый). Плотность ? = 1000 кг/м3, коэффициент динамической вязкости 0,001 Па с.

Поток жидкости в задаче принимается турбулентным.

Диалоговое окно задания скорсти.
Рисунок 11 - Окно для задания значений скорости

 

Далоговое окно задания давления
Рисунок 12 - Окно для задания значений давления

 



 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

conner

Главная | Статьи | Примеры | Галерея | Скачать | Форум

Глоссарий | Литература | Карта сайта | Контакты | Ссылки | Студентам БГТУ

© ProCae.ru При полном или частичном использовании материалов ссылка на www.ProCae.ru обязательна

conner
Rambler's Top100