Создание и параметризация модели осевого вентилятора в Ansys WorkBench

Кирилл "deLuther" Сергеев 25.05.2009

---

Данная статья входит в набор статей для решения задачи "Моделирование осевого вентилятора в Ansys 12"

Полный список статей для этой задачи таков:

Описание задачи

1. Создание геометрии в Ansys BladeModeler (данная статья)

2. Предварительные расчеты

3. Создание сетки с помощью CFX-Mesh

4. Расчет течения в Ansys CFX.

5. Поспроцесоорная обработка результатов в CFD-Post.

См. также:

6. Расчет течения в Ansys Fluent

Сопутсвующие матераилы:

Расчет штамповки ступицы вентилятора в сиcтеме QForm 2D/3D

---

Создание расчётной модели будет вестись в Ansys Workbench 12.

Следует помнить один нюанс - профиль лопатки должен строится на цилиндрической поверхности, так как DesignModeler не обладает функцией девелопмента (развёртки скетча на поверхность), то решено сделать модель вентилятора в BladeModeler. В этом случае решено воспользоваться стандартными средствами и не пытаться получить именно дугу для средней линии.

Запустим Workbench.

По умолчанию обычно активна лицензия для DesignModeler, поэтому чтобы был доступен BladeModeler надо сделать следующее: Tools->License Preferences...

На последней вкладке (Geometry) выделить ANSYS BladeModeler и поднять его вверх кнопокой Move up, либо убедиться, что он стоит первым. Далее закрываем диалог по OK.

Далее существует две возможности: либо добавить Fluid Flow (CFX) из Toolbox->Analysis Systems, либо собрать задачу по частям. Выберем второй способ.

Открываем Component Systems в Toolbox, двойным щелчком на Geometry добавляем систему в проект. Систему сразу можно переименовать (при желании). Для удобства сохраним проект в рабочую папку (по выбору, кнопка Save).

Далее перейдём к созданию геометрии.

Для начала выделим ячейку Geometry (где горит знак вопроса). Справа откроются свойства ячейки, в свойстве Named Selections, следует поставить галку. В появившемся свойстве Named Selection Key стереть NS (выделяем ячейку таблицы и удаляем). То же самое делаем для Attributes и Attribute Key. Named Selections нужны для сквозной передачи названий регионов геометрии по всему проекту. Согласитесь, более понятно Hub, чем регион просто с каким-то номером, да и названия регионов пригодятся на этапе постпроцессинга. Убирая префикс NS, мы избавляемся от необходимости называть регионы именами типа NSxxx. Префикс является своеобразным фильтром, если выделение не имеет его в имени, то выделение не передаётся дальше. Attributes является необходимым условием для автоматического задания названий регионов проточной части.

Двойным щелчком на ячейке Geometry открываем DesignModeler.

Выбираем единицы длины, в нашем случае миллиметры более подходят.

Стрелкой показан тулбар BladeEditor`а (что отсутствует в обычном DesignModeler).

Далее требуется задать геометрию проточной части.

Специфика приложения требует, чтобы контуры для обода (Shroud), ступицы (Hub), входа (Inlet) и выхода (Outlet) задавались в отдельных скетчах на плоскости ZX, причём осью вращения считается Z.

Создадим четыре пустых скетча на плоскости ZX, для этого выделим ZXPlane и создадим скетч кнопкой New Sketch.

Переименуем скетчи в Shroud, Hub, Inlet, Outlet соответственно. Названия выбраны, исходя из того, что постпроцессор потом автоматически сможет их понять при переходе в турборежим. Для переименования надо щёлкнуть правой кнопкой на скетче в дереве и выбрать Rename.

Нарисуем профиль ступицы, для этого выделим скетч Hub и перейдём на вкладку Sketching. Инструментом Line нарисуем горизонтальную линию (в этом случае появляется знак H), т.е. параллельно красной (X) оси скетча.

Далее зададим расстояние до горизонтальной оси (т.е. радиус). Жмём кнопку Dimensions.

В случае использования инструмента General, сначала надо выбрать ось X скетча, затем линию. Можно использовать инструмент Vertical.

Щёлкаем на L1, в появившемся диалоге вводим название параметра Rh (радиус ступицы).

Жмём OK.

Для изменения значения параметра жмём кнопку Parameters на тулбаре и в окне снизу в появившемся диалоге вводим вводим занчение для Rh, 162. Если щёлкнуть на вкладке Check, то геометрия обновится.

Аналогично создаём линию для обода, выделяем скетч Shroud и рисуем горизонтальную линию, ставим размер и назначаем параметр Rs=231.

Теперь построим вход (Inlet).

Выбираем скетч Inlet. Рисуем линию соединяющую концы линий ступицы и обода (будем считать что вход у нас справа и поток движется вдоль положительного направления глобальной оси Z).

Для того чтобы сделать линию вертикальной, выбираем Constraints, Vertical и щёлкаем на линии. Важно не перепутать скетчи и нарисовать линию именно в скетче Inlet.

Аналогично для выхода (Outlet).

Добавим ещё три параметра к нашей модели, просто добавив выражения.

Lin=12 - расстояние от входа до передней кромки лопатки по оси.

Lout=12 - расстояние от задней кромки лопатки до выхода по оси.

Lb=42 - длина лопатки (по оси).

Теперь зададим окончательные размеры проточной части.

Зададим размер от оси Y скетча (зелёная) до входа. При задании параметра укажем Lin.

Иногда можно не увидеть в Details View заданного только что размера, чтобы добавить параметр. Тогда достаточно выделить в дереве скетч, к которому относится данный размер.

Для размера от оси до выхода поступим хитрее. При задании параметра укажем в диалоге задания параметра Lb. Потом переключимся на вкладку Parameter/Dimension Assigments и изменим выражение на @Lb+@Lout. После Check геометрия обновится.

Теперь настаёт очередь операции ради которой это всё делалось, а именно задание проточной части FlowPath. Жмём на FlowPath в тулбаре. Можем выбрать тип машины (Fan) для назначения соответствующих контуров щёлкаем в жёлтой ячейке, выбираем соответствующий скетч и жмём Apply. Также следует вставить ещё один слой посередине. Щёлкаем правой кнопкой на Layer Details: 1 и выбираем Insert Layer Below. После этого можно жать кнопку Generate в тулбаре.

На следующем этапе требуется задать среднюю линию (Camberline) и толщину лопатки. Так как у нас три слоя, то требуется задать эти вещи на каждом слое. При задании лопатки мы применим маленькую хитрость. Зададим одно сечение, для этого нажимаем CamThkDef на тулбаре. В жёлтой ячейке (Layer Number) вводим номер слоя - 1. Справа в рабочей зоне появляются два дополнительных окна - Angle и Thickness. Смысл Angle зависит от значения Angle Definition Type, может быть Theta (окружная координата) или Beta (угол наклона кривой). Дальнейший смысл будет ясен позднее (для тех, кто не знаком с турбокоординатами). Для первого сечения оставим Theta как есть. А вот толщину лопатки мы поменяем. Для этого в окне Thickness дважды щёлкаем на красных точках и меняем вторую координату на 2 (толщина лопатки). После того как мы поменяли обе точки, жмём Generate в тулбаре.

 

Со вторым сечением поступим немного по-другому. Создадим сечение (CamThkDef). Но в поле Angle Definition Type укажем Beta. Номер слоя (Layer Number) - 2. Thickness Definition меняем на No (толщина будет задаваться в первом сечении, потом можно и поменять). По аналогии с Thickness ранее, для первой точки укажем наш угол beta1=71.2 (0,71.2), для второй точки beta2=28.8 (100,28.8). В данном случае M это меридиональная координата от передней кромки лопатки (LE) до задней (TE, в процентах, для криволинейного FlowPath - вдоль кривой), за подробностями стоит обратиться в документацию. Generate.

Для последнего сечения оставим (пока) углы как есть, Thickness Definition - No. Generate.

Layer Number - 3.

 

Созданию лопатки

 

Перед созданием лопатки надо создать контур передней и задней кромок. Создадим два скетча на плоскости ZX и назовём их LE и TE.

Выделим LE и переключимся на Sketching. Нарисуем просто вертикальную линию (рядом появляется символ V) от линии ступицы до обода. Выделим её и вертикальную ось скетча и выберем Constraints->Coincident.

 

Выделим скетч TE и нарисуем снова вертикальную линию от ступицы до обода. И зададим горизонтальный размер от вертикальной оси скетча до этой линии и назначим ему параметр Lb.

Теперь в тулбаре BladeEditor`а жмём Blade. Щёлкаем в ячейке Camberline Definitions, выбираем наши сечения в дереве и жмём Apply в этой ячейке. Ячейке LEContour присваиваем скетч LE (щёлкаем, выделяем скетч, Apply). Аналогично для ячейки TEContour.

В деталях кромок можно поставить тип, в данном случае мы оставим всё как есть, что означает эллиптическую переднюю кромку и срезанную заднюю. В случае эллиптической кромки можно указать соотношение осей эллипса отдельно для ступицы и обода (1,1 означает окружность на ступице и ободе). В данном случае сложно сказать, что лучше для задней кромки, можно руководствоваться технологическими возможностями. Задание скруглённой задней кромки такого диаметра вряд ли будет существенно лучше в данном случае.

Number of Blade Sets задаёт количество лопаток колеса, зададим пока 1.

После этого можно нажать Generate для генерации лопатки. На данном этапе она получилась несколько кривоватая, т.к. мы задали только среднее сечение.

Кстати не стоит забывать периодически сохранять проект.

Раскроем Blade1, выделим CamThkDef2, в свойствах поменяем Angle Definition Type с Beta на Theta, при этом будут создано распределение для Theta. Для того чтобы перенести эти точки на другие сечения сохраним эти точки (всплывающее меню по правой кнопке в окне Angle, Save Points...). Сохранение происходит по умолчанию внутри папок проекта.

Теперь выделим CamThkDef1 (в Blade1) и импортируем точки (всплывающее меню окна Angle, Read Points...). Графика не изменится, пока не будет выполнена Generate, но это мы сделаем чуть позже. Аналогично прочтём точки для CamThkDef3.

Теперь выделим Blade1 и поменяем Number of Blade Sets на 28.

Теперь только одна вещь отделяет нас от завершения работ с геометрией - создание проточной части. Для этого жмём кнопку StageFluidZone, в жёлтой ячейке (FlowPath) выделяем имеющийся FlowPath, Apply. В Create Named Selections должно стоять Yes, если мы не хотим их создавать вручную. Жмём Generate. Появляется прозрачная проточная область. Теперь стоит в дереве выделить все Solid кроме проточной части и отключить их (Suppress Body).

Это необходимо для того, чтобы в модуле создания сетки была только наша проточная часть и никаких лопаток.

Сохраняем проект, с геометрией закончено.

Закрываем DesignModeler.

 

< Предыдущая		Следующая >