Решение задачи в ANSYS Student 2019 R2 (CFX)

Ход работы:

Рис. 2.17

1. Подготовитель-

ные операции

Пуск → ANSYS 2019 R2 → Workbench2019 R2 →

→ ComponentSystem (ЛКМпознаку⊞) → CFX ( 2 ЛКМ ) → Mesh (2 ЛКМ)

Появятся блоки А и В схемы проекта (рис. 2.17).

 

2. Импорт геометрии

Geometry (ПКМпо ячейке в блоке В) → ImportGeometry →
→ Browse → Открыть файл с геометрической моделью
(Здесь файл «PECH 11.x_t») → Mesh (ПКМ по нижней ячейке блока В) →
→ Edit → Открылось окно Meshing с геометрической моделью зоны печи (рис. 2.18).

 

 

Рис. 2.18

 

3. Задание регионов:

 

Регион входного отверстия горелки: Повернуть модель при нажатом Scroll, сделать видимым горелочный торец камеры. Выделить окружность на торце моделигорелки (рис. 2.19, а) → ⊞ Model (A 3) (ПКМ) → Insert → NamedSelections → ПКМпо надписи «Selection» → Rename → вписать «Inlet 1» → Enter (рис. 2.19, б).

 

Регион входного отверстия под пережимом свода печи: Повернуть модель при нажатом Scroll, сделать видимым входное отверстие под пережимом. Выделить входное отверстие (рис. 2.19, в) → ⊞ Model (A 3) (ПКМ) → Insert → NamedSelections → ПКМпо надписи «Selection» → Rename → вписать «Inlet 2» → Enter (рис. 2.19, г).

 

Регион выходного отверстия зоны: Повернуть модель при нажатом Scroll, сделать видимым выходное отверстие. Выделить выходное отверстие (рис. 2.19, д) → ⊞ Model (A 3) (ПКМ) → Insert → NamedSelections → ПКМпо надписи «Selection» → Rename → вписать «Outlet» → Enter (рис. 2.19, е).

 

 

а	б	в
г	д	е
ж	з	и
Рис. 2.19

 

 

 

 

Регион верхних внутренних поверхностей объема зоны на границе с кладкой печи: Выделить с помощью «Ctrl» поверхности, составляющие верхнюю поверхность камеры (рис. 2.19, ж) → ⊞ Model (A 3) (ПКМ) → Insert → NamedSelections → ПКМпо надписи «Selection» → Rename → вписать «Wall 1» → Enter (рис. 2.19, з).

 

Регион нижней внутренней поверхности зоны: Выделить нижнюю поверхность камеры (рис. 2.19, и) → ⊞ Model (A 3) (ПКМ) → Insert → NamedSelections → ПКМпо надписи «Selection» → Rename → вписать «Wall 2» → Enter.

Регион адиабатических поверхностей: Выделить с помощью «Ctrl» правую и левую боковые поверхности зоны и половинки боковой поверхности «горелки» → ⊞ Model (A 3) (ПКМ) → Insert → NamedSelections → ПКМпо надписи «Selection» → Rename → вписать «Wall 3» → Enter

4. Задание сетки

а) В разделе Mesh дерева проекта (TreeView):

→ ЛКМ по разделу Mesh в дереве проекта (на вкладке Outline) →

Ниже, во вкладке Detailsof “ Mesh ”, можно посмотреть параметры сетки в соответствующих разделах вкладки. Оставить значения параметров, заданные по умолчанию.

→ GenerateMesh (команда вверху над деревом проекта) →. На экране появится сетка, сгенерированная программой (рис. 2.19, а). Во вкладке Detailsof “ Mesh ” (раздел Statistics) указано число элементов сетки 497и узлов 1084.

 б) Сетка, сгенерированная программой «по умолчанию», недостаточно подробна. Для увеличения точности расчетов размеры элементов сетки желательно уменьшить. Изменить значения параметров сетки:

→ Physics Preference → Задать CFD

→ Solver Preference → Задать CFX

→ Element Order → Linear →.

Вразделе Sizing задать: → Use Adaptive Sizing → Yes →Resolution → Задать 6.

→ 2 ЛКМ GenerateMesh (команда над деревом проекта) →. Появилась модель камеры с объемной сеткой (рис. 2.19, б). Из информации в нижней части экрана следует, что общее число элементов сетки стало равным 47312 с числом узлов 9367.

в) Решение задач газодинамики требует использования подробных расчетных сеток. Имеет смысл посмотреть, какой будет сетка с адаптивным размером при максимальном разрешении в программном пакете ANSYS Student 2019 R2. Изменить параметр: → Resolution → Задать 7.

→ 2 ЛКМ GenerateMesh (команда над деревом проекта) →. Модель камеры с объемной сеткой показана на рис. 2.19, в. По данным раздела статистики общее число элементов сетки стало равным 125763 с числом узлов 24251.

а

б

в

Рис. 2.19

 

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

– → File → SaveProject →Создать папку (или перейти в нее) C / calc. CFX. Задать имя файла. Здесь:  → Сохранить→.

 

Рис. 2.20

→ (ЛКМ в блоке В, нажать и перетащить в ячейку А2, где Setup).Изменился вид схемы проекта (рис. 2.20) → Setup (ПКМв ячейке В2 схемы проекта) → Edit → Предупреждение Workbench → OK →

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

→ UpdateProject (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. 2.21.

 

Рис. 2.21

 

6. Задание материалов и математической модели

Вкладка Outline (слева) – Раздел Simulation – FlowAnalysis → DefaultDomain (2ЛКМ) (рис. 2.22, а) → Появилось окно DetailsofDefaultDomaininFlowAnalysis (рис. 2.22, б) с разделами опций настроек домена → Снова перейти

 

а

б

Рис. 2.22. Настройка домена: а – первый шаг настройки; б – задание опций

 

Рис. 2.23

на вкладку Outline → Simulation → Materials (ПКМ) → Insert → Material → В окне вставки материала ввести имя Material 1 → OK → Открылся раздел BasicSettings вкладки Material:Material1 → Перейти в раздел MaterialProperties вкладки → Установить: Option – GeneralMaterial;термодинамические свойства: Option – Value;молярная масса MolarMass – 31 kg / kmol;плотность Density – 0.275 kg / m ³; теплоемкость SpecificHeatCapacity – поставить ; в открывшемся окне – 1306 J / kg. K;– ConstantPressure;TransportProperties – ЛКМ по плюсу справа;DynamicViscosity – поставить ; DynamicViscosity – 0.0000484 Pas;ThermalConductivity – поставить ; ThermalConductivity – 0.109 W / m. K

→ Radiation Properties – ЛКМпоплюсусправа;Absorption Coefficient – поставить ; Absorption Coefficient – 1.01/m → OK.

Вид вкладки после ввода данных показан на рис. 2.23.

Выбрать созданный материал: → Вкладка (рис. 2.24, а): Domain: DefaultDomain ( 2ЛКМ ) → Перейти в раздел BasicSetting → Установить:
В разделе Fluid1: Option – MaterialLibraru;Material – Material 1.

 

а	б
Рис. 2.24

 → Вкладка FluidModels:

Раздел Heat Transfer: Option – Thermal Energy;включитьдиссипациювязкости Incl. Viscous Dissipation – поставить ;

Раздел Turbulence: Option – k-Epsilon;
Wall Function – Scalable;Combustion – None;Thermal Radiation – Monte Carlo;Number of Histories – 10000;Transfer Mode – Participating Media; Spectral Model – Gray;Scattering Model – None → OK.

Раздел вкладки после заполнения показан на рис. 2.24, б.

7. Задание граничных условий:

 – Регион входного отверстия горелки:

Insert → Boundary (над графическим окном) → Ввести имя INLET 1 → OK.

Разделнастроек Basic Setting вкладки Boundary: INLET1 (рис. 2.25, а):

Boundary Type – Inlet; Location – INLET1.

Разделнастроек Boundary Details (рис. 2.25, б):

Flow Regime – Subsonic;Mass And Momentum – Normal Speed; Normal Speed – 2.65 m/s;Turbulence – Medium (Intensity = 5 %);Heat Transfer - Static Temperature; Static Temperature – 1500 C;Thermal Radiation – Local Temperature → OK.

а

б

Рис. 2.25.

 

 

 – Регион входного отверстия под пережимом свода печи:
Insert → Boundary → Ввести имя INLET 2 → OK;

Разделнастроек Basic Setting вкладки Boundary: INLET2:

Boundary Type – Inlet;Location – INLET2.

Разделнастроек Boundary Details:

Flow Regime – Subsonic;Mass And Momentum – Normal Speed; Normal Speed – 0.1 m/s;Turbulence – Medium (Intensity = 5 %);Heat Transfer – Static Temperature; Static Temperature – 1200 C;Thermal Radiation – Local Temperature → OK.

 

– Регион выходного отверстия зоны:
Insert → Boundary → Ввести имя OUTLET → OK

Разделнастроек Basic Setting:

Boundary Type – Outlet;Location – OUTLET.

Разделнастроек Boundary Details:

Flow Regime – Subsonic;Mass And Momentum – Average Static Pressure; Relative Pressure – 0 Pa; – 0.05; – Average Over Whole Outlet;– Local Temperature → OK.

– Регион верхних внутренних поверхностей объема зоны на границе с кладкой печи:

Insert→ Boundary → Ввестиимя WALL1 → OK.

Разделнастроек Basic Setting:

Boundary Type – Wall;Location – WALL1.

Разделнастроек Boundary Details:

Mass And Momentum – No Slip Wall; Wall Roughness – Smooth Wall;Heat Transfer – Heat Transfer Coefficient;Heat Trans. Coeff. – 21 W/m²K;Outside Temperature– 25 ⁰C;Thermal Radiation – Opaque;Emissivity – 0.8;Diffuse Fraction – 1; → OK.

 

– Регион нижней внутренней поверхности зоны:

Insert→ Boundary → Ввестиимя WALL2 → OK.

Разделнастроек Basic Setting:

Boundary Type – Wall;Location – WALL2.

Разделнастроек Boundary Details:

Mass And Momentum – No Slip Wall; Wall Roughness – Smooth Wall;Heat Transfer – Temperature;Fixed Temperature – 600 ⁰C;Thermal Radiation – Opaque;Emissivity – 0.8;Diffuse Fraction – 1; → OK.

 

– Регионадиабатическихповерхностейзоны:

Insert→ Boundary → Ввестиимя WALL3 → OK.

Разделнастроек Basic Setting:

Boundary Type – Wall;Location – WALL3.

Разделнастроек Boundary Details:

Mass And Momentum – No Slip Wall; Wall Roughness – Smooth Wall;Heat Transfer – Adiabatic;Thermal Radiation – Opaque;Emissivity – 0;Diffuse Fraction – 0; → OK.

Текущее изображение на экране показано на рис. 2.26.

8. Закрытие препроцессора и запуск решения

→  Сохранить → ⊠ Закрыть (ЛКМ вверху справа).

В графическом окне появится видоизмененная схема проекта (без знака вопроса в строке «Setup»).

→ Solution (2 ЛКМпо ячейке В3 схемы проекта) → поставитьгалочкуво вкладке «RunDefinition» в пункте «DoublePrecision»→ StartRun в появившемся диалоговом окне DefineRun → выполняются вычисления.

 

Рис. 2.26

 

 → Выполняются вычисления. После их завершения появляется сообщение о завершении счета.

Поставить птицы в разделах изображения и → OK.

→ Results (2ЛКМ по ячейке в схеме проекта).

9. Просмотр результатов в постпроцессоре

Вид экрана после входа в постпроцессор показан на рис. 2.27.

 

Рис. 2.27

 

Построение поля скорости среды в среднем продольном сечении
 камеры

Ширина расчетного участка зоны печи 1,5 м. Среднее сечение – это плоскость (Plane), параллельная плоскости XY на расстоянии 0,75 м от начала координат по оси Z.

В основном меню:

→ Location → Plane.

В окне «InsertPlane» задать имя плоскости Plane 1 → OK. Слева внизу появилась вкладка «DetailsofPlane 1». Навкладке

вразделе Geometry задать (рис. 2.28, а):

 Domain – All Domains;Method – XY Plane;Z – 0.75 [m].

в разделе Colour ввести (рис. 2.28, б):

Mode – Variable;Variable – Velocity;Range – Global;Colour Scale – Linear;Colour Map – Default Colour Map;

в разделе Render поставить «птицу» у ShowFaces

→ Apply. При поиске наиболее удачного изображения может оказаться удобным иное положение объекта:

→ ПКМ в поле графического окна → PredefinedCamera → ViewTowardsZ.

Полученное изображение показано на рис. 2.29.

 

б	в
Рис. 2.28

 

Рис. 2.29

Построение совмещенного поля векторов скорости и поля
 температуры

В основном меню:

→ Vector. Ввести имя Vector 2 → OK.

Навкладке Geometry ввести:

 Domain – All Domains;Location → Plane1; Variable – Velocity.

НавкладкеColourввести:

 Mode – Variable;Variable – Temperature;Range – Global;– Linear;
– Default Colour Map;

Навкладке Symbol ввести:

Symbol – Line Arrow;Symbol Size – 3→ Apply.

Полученное изображение показано на рис. 2.30.

Построение контурного поля давления газов в зоне

В основном меню:

→ Contour. Ввестиимя Contour 1→ OK.

Навкладке Geometry ввести:

 Domain – All Domains;Location → Plane1; Variable – Pressure.

→ Apply.

Полученное изображение показано на рис. 2.31.

 

 

Рис. 2.30

 

 

Рис. 2.31