Решение задачи в ANSYS CFX

Порядок решения

Рис. 1.7. Графическое окно со схемой проекта в начале счета в Workbench

1. Подготовительные операции

Пуск → Все программы →
→ ANSYS 12.0 → Workbench →
→ Component System (ЛКМпо
знаку ⊞) → CFX (2 ЛКМ) →
→ Mesh (2 ЛКМ)

Появятся блоки А и В схемы проекта (рис. 1.7).

2. Импорт геометрии

Geometry (ПКМпо ячейке в
блоке В) → Import Geometry →
→ Browse → Открыть файл с
геометрической моделью
(Здесь файл «Burner tube in tube») → Mesh (ПКМпо нижней ячейке блока В) → Edit → Откроется окно Meshing с геометрической моделью камеры стенда (рис. 1.8).

3. Задание регионов

– Регион суммарного входного отверстия горелки:
⊞ Regions (ПКМ) → Insert →
→ Composite 2 D Region →
повернуть модель при нажатом Scroll, сделать видимым горелочный торец камеры. Выделить с помощью Ctrl окружность и кольцо на торце модели горелки (рис. 1.9, а).
→ Apply (ЛКМв окне Details View слева внизу) → ЛКМпо надписи
«Composite 2 D Region 1» (или ПКМ по этой надписи и выбрать Rename) → Вписать Inlet → Enter (рис. 1.9, б).

Рис. 1.8. Часть экрана с геометрической моделью стенда в сеточном генераторе

Рис. 1.9. Определение региона INLET:

а – выделение входных отверстий горелки; б – ввод имени региона

– Регион выходного отверстия камеры:
⊞ Regions (ПКМ) → Insert → Composite 2 D Region →
Повернуть модель при нажатом Scroll, сделать видимым выходное отверстие камеры. Выделить выходное отверстие

→ Apply (ЛКМслева внизу) → ЛКМ по надписи «Composite 2 D Region 1» → Вписать Outlet → Enter.

Изображение на графическом экране показано на рис. 1.10.

Рис. 1.10. Задан регион выходного отверстия камеры OUTLET

– Регион стенки камеры:

⊞ Regions (ПКМ) → Insert → Composite 2 D Region →
Выделить с помощью Ctrl поверхности, составляющие стенку камеры, используя Scroll.

→ Apply (ЛКМ слева внизу) → ЛКМ по надписи «Composite 2 D Region 1» →

Вписать Wall → Enter.

Вид экрана на стадии завершения задания региона Wall показан на рис. 1.11.

Рис. 1.11. Экран при завершении задания региона WALL

4. Задание сетки

Команды управления генерацией сетки расположены в разделе Mesh дерева проекта (Tree View).

ЛКМ по знаку ⊞) → → Default Body Spacing → В разделе Details View (слева) должно быть задано значение Maximum Spacing. Оставить значение 0.21, предложенное программой → Enter

→ Default Face Spacing → Оставить в разделе Details View значения, предложенные программой → Enter.

→ Generate Surface Meshes (над графическим окном) → Появилась сетка на поверхности модели.

→ Generate Volume Mesh (над графическим окном) → На экране появилась объемная сетка на модели камеры (рис. 1.12) и информация о параметрах сетки, общее число элементов которой равно 6410. Сетка, сгенерированная программой, состоит из ячеек с размерами, меняющимися по объему.

Рис. 1.12. Изображение объемной конечно-элементной сетки и информация о ее параметрах

Рис. 1.13. Графическое окно со схемой проекта в начале счета в Workbench

5. Сохранение сетки, закрытие раздела, передача сетки в CFX

– Сохранить (вверху) → Перейти в папку C / calc. CFX. Задать имя файла. Здесь: «GORELKA_GNP» → Сохранить при заданном типе файла Workbench Project Files (*.wbpj).

Вид схемы проекта в графическом окне показан на рис. 1.13.

– (ЛКМв блоке В, нажать и перетащить в ячейку А2, где Setup).Изменился вид схемы проекта (рис. 1.14) → Setup (ПКМв ячейке В2) → Edit → Предупреждение Workbench → OK →

→ A: Mesh - Meshi … (ЛКМпод графическим окном) → ⊠ Закрыть (ЛКМ вверху справа).Закрывается сеточный генератор ANSYS Meshing →

Рис. 1.14. Схема проекта с передачей данных

→ Update Project (ЛКМнадграфическим окном) → Предупреждение Workbench → OK → Setup (ПКМв ячейке В2) → Edit.

Выполнен переход в препроцессор CFX - CFX - Pre. Появилось изображение в рабочем окне, показанное на рис. 1.15.

Рис. 1.15. Схема геометрии камеры с горелкой в препроцессоре

6. Задание материалов и математической модели

Tools (В меню CFX - CFX - Pre, показано на рис. 1.16) → Quick Setup Mode (Задается режим быстрой установки, где часть параметров определяется по умолчанию) →

Рис. 1.16. Выбор режима быстрой установки параметров

→ Вкладка Simulation Definition. Задать значения:

Simulation Data – Single Phase;Выбрать рабочую среду (Working Fluid). Здесь Fluid – Air at 25 C (рис. 1.17, а) → Next →.

→ Вкладка Physics Definition. Задать значения:

Analysis Type – Steady State;Reference Pressure – 1 [atm];Heat Transfer – Thermal Energy;Turbulence –

k-Epsilon (рис. 1.17, б) → Next →.

7а. Задание граничных условий

Default Domain Default (ПКМ) (рис. 1.18) → Delete Boundary (Удаляется информация, которая размещалась программой «по умолчанию») →

– → Boundaries (ПКМ в окне Boundary Definition слева) → Add Boundary … → ввести имя INLET в окно New Boundary → OK →

→ Вкладка Boundary Definition. Задать значения:

Boundary Type – Inlet;Location – INLET;Flow Specification – Normal Speed;Normal Speed – 20 m s^-1;Static Temperature – 1500 C. Вкладка показана
на рис. 1.19.

Рис. 1.17. Задание параметров задачи: а – свойств среды во вкладке Simulation Definition; б – физической модели во вкладке Physics Definition

Рис. 1.18. Удаление информации «по умолчанию»

Рис. 1.19. Задание граничных условий в регионе INLET

– →Boundaries (ПКМ) → Add Boundary… → Ввести имя OUTLET → OK → Вкладка Boundary Definition. Задать значения:

Boundary Type – Outlet;Location – OUTLET;Flow Specification – Average Static Pressure;Relative Pressure – 0 [Pa]. Заполнение позицийвкладки показано на рис. 1.20.

– →Boundaries (ПКМ) → Add Boundary… → Ввести имя WALL → OK → Вкладка Boundary Definition. Задать значения:

Boundary Type – Wall;Location – WALL;Wall Influence On Flow – No Slip Wall. Видвкладки показан на рис. 1.21. → Next.

7б. Переход в основной режим

Ввести Enter General Mode (На вкладке Final Operations) →Finish (ЛКМслева внизу).На рис. 1.22 показано текущее изображение на экране.

Рис. 1.20. Задание граничных условий в регионе OUTLET

Рис. 1.21. Задание граничных условий в регионе WALL

Рис. 1.22. Вид экрана после задания граничных условий

7в. Проверка данных расчета и закрытие препроцессора

Перед запуском вычислений исходные данные расчета должны проверяться. Делать это удобно после двойного щелчка ЛКМ по имени региона в разделе Default Domain вкладки Outline. При этом появляются соответствующие вкладки с граничными условиями, аналогичные рис. 1.19, 1.21. Вид вкладок соответствует основному режиму General Mode, поэтому информация в них более подробна, чем на рис. 1.19, 1.21.

→ Сохранить → ⊠ Закрыть (ЛКМ вверху справа).

В графическом окне появилась видоизмененная схема проекта (рис. 1.23)

Рис. 1.23. Схема проекта после задания граничных условий

8. Запуск решения

→ Solution (2 ЛКМпо ячейке В3 схемы проекта на рис. 1.23) → Start Run в появившемся диалоговом окне Define Run (рис. 1.24).

Рис. 1.24. Диалоговое окно запуска вычислений

Предупреждение. Если появилось сообщение ANSYS Workbench «The SFX Solver for system SFX did not produce a results file. No output file is available. Cell B3» → OK. → ⊠ Закрыть (ЛКМ вверху справа) → Yes (В ответ на предложение сохранить модифицированный проект). На экране появилось окно Windows. → Открыть файл проекта в Windows: C:/ calc. CFX / GORELKA GNP _ files / dpo / CFX / CFX / CFX. def → Появляется диалоговое окно Define Run (рис. 1.24). → Start Run.

→ Выполняются вычисления. После их завершения появляется изображение на экране, показанное на рис. 1.25.

→ Поставить птицы в разделах изображения и → OK.

Рис. 1.25. Вид экрана после завершения счета

9. Просмотр результатов в постпроцессоре

Вид экрана после выхода в постпроцессор показан на рис. 1.26.

– Построение линий тока газов в камере.

→ (или нажать в главном меню) → Ввести имя объекта (или согласиться с именем, предложенным программой) →.

На кладке Detail of Streamline ввести:

– в разделе Geometry параметры, показанные на рис. 1.27, а;

– в разделе Colour параметры, показанные на рис. 1.27, б → Apply.

Рис. 1.26. Изображение на экране в постпроцессоре


а	б

в
Рис. 1.27. Построение линий тока газов в камере: а – ввод данных в окна раздела Geometry; б – ввод данных в окна раздела Colour; в – распределение линий тока в камере

Полученная объемная картина движения газов в камере показана на рис. 1.27, в. На рисунке видно, что в камере образовались два крупных контура циркуляции газов. В первом от горелки контуре газы движутся к выходу вдоль оси камеры, а во втором – вблизи стенок. На рис. 1.27, в для наглядности показана сначала только нижняя часть линий тока, а затем – только верхняя.