Главная Избранное Популярное Новые добавления Случайная статья Вывод отчета по решению задачи ⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒ При нажатии ЛКМ кнопки Report Viewer (под графическим окном), на экран выводится отчет с параметрами проекта, показанный на рис. 4.45. Данные отчета легко встраиваются в документы Word копированием и вставкой данных. Полученный с использованием форматирования документ показан в таблице 4.1.       Рис. 4.45. Вывод отчета на экран Таблица 4.1 Пример оформления отчета по решению задачи 1. File Report Table 1. File Information f   CFX_001 Case CFX_001 File Path C:\calc.CFX\VRE SE~2\dp0\CFX\CFX\CFX_001.res File Date 31 ���� 2011 File Time 02:00 File Type CFX5 File Version 12.0 Mesh Report Table 2. Mesh Information for CFX_001 Domain Nodes Elements Default Domain

4.4.4. Моделирование в программном пакете ANSYS 14.
Камера с горелкой «труба в трубе»

Постановка задачи

В предыдущих разделах рассмотрены решения задач в системе Workbench программных пакетов ANSYS 12 и 13. В относительно новом пакете ANSYS 14 процедура решения задач имеет небольшие отличия, из-за которых учебные примеры приходится перерабатывать. Рассмотрим последовательность решения задачи из раздела 4.4.2 в Workbench пакета ANSYS 14. Это позволит выделить изменения в процедуре решения задач и учитывать эти изменения при использовании устаревших учебных материалов.

Порядок решения

1. Подготовительные операции

Workbench 14 → закрыть приветствие программы →
→ Fluid Flow (CFX) (2ЛКМ) →

Появится блок схемы проекта (рис. 4.46), в котором нужно поочередно выполнять последовательности действий, сгруппированные в строках блока. При этом будут исчезать вопросительные знаки в строках.

2. Импорт геометрии

Geometry (ПКМпо ячейке в схеме проекта) → Import Geometry →
→ Browse → Открыть файл с геометрической моделью
(Здесь файл «Burner tube in tube») → Mesh (ПКМпо ячейке в схеме проекта) → Edit → Откроется окно Meshing с геометрической моделью камеры стенда (изображение на экране аналогично рис. 4.8).

3. Задание регионов

Регион суммарного входного отверстия горелки:
⊞Model(A3) (ПКМ) → Insert → Named Selection →

Повернуть модель при нажатом Scroll, сделать видимым горелочный торец камеры. Выделить с помощью Ctrl окружность и кольцо на торце модели горелки (изображение на экране аналогично рис. 4.9, а).
→ ПКМ (на поле вкладки Outline) → Rename → Вписать Inlet → Enter.

Рис. 4.46. Вид экрана со схемой проекта

Регион выходного отверстия камеры:

⊞Model(A3)(ПКМ) → Insert → Named Selection →

Повернуть модель при нажатом Scroll, сделать видимым выходное отверстие камеры. Выделить выходное отверстие

→ ПКМ (на поле вкладки Outline) → Rename → Вписать Outlet → Enter.

Изображение на графическом экране аналогично изображению, показанному на рис. 4.10.

Регион стенки камеры:

⊞Model(A3) (ПКМ) → Insert → Named Selection →

Выделить с помощью Ctrl поверхности, составляющие стенку камеры, используя Scroll.

→ ПКМ (на поле вкладки Outline) → Rename → Вписать Wall → Enter.

Вид экрана на стадии завершения задания региона Wall аналогичен изображению, показанному на рис. 4.11.

Для выбора поверхностей может использоваться инструмент выбора (на панели сверху) .

4. Задание сетки

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

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

→ Mesh (открыть опции команды в меню сверху) → Generate Mesh →.

На экране появится сетка, сгенерированная программой. Во вкладке Details of “Mesh” (раздел Statistics) указано число элементов сетки 83190.

5. Сохранение сетки и передача ее в CFX

→ Update (кнопка с желтым значком в меню сверху) →

→ File → Save Project (при сохранении задать имя файла) → При необходимости перейти к схеме проекта, используя кнопки внизу экрана →

→ Setup (ПКМв строке схемы проекта) → Edit →.

На экране появится изображение, аналогичное изображенному на рис. 4.15.

6. Задание материалов и математической модели

Tools ( вверху экрана в препроцессоре CFX-CFX-Pre) → Quick Setup Mode. Задан режим быстрой установки параметров, где часть их определяется по умолчанию.

→ Вкладка Simulation Definition. Задать значения:

Simulation Data – Single Phase;Выбрать рабочую среду (Working Fluid). Здесь Fluid – Air at 25 C (изображение на экране аналогично рис. 4.17, а) → Next →.

→ Вкладка Physics Definition. Задать значения:

Analysis Type – Steady State;Reference Pressure – 1 [atm];Heat Transfer – Thermal Energy;Turbulence – k-Epsilon (рис. 4.17, б) → Next →.

7а. Задание граничных условий

Default Domain Default (ПКМ. Рис. 4.18) → Delete Boundary (Удаляется информация, которая размещалась программой «по умолчанию») →

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

→ Вкладка Boundary Definition. Задать значения:

Boundary Type – Inlet;Location – выделить поверхности входного отверстия F27.4 и F19.4 → OK;Flow Specification – Normal Speed;Normal Speed –
20 m s^-1;Static Temperature – 1500 C. Вид вкладки аналогичен рис. 4.19.

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

Boundary Type – Outlet;Location – выделить поверхность выходного отверстия F8.4 → OK;Flow Specification – Average Static Pressure;Relative Pressure – 0 [Pa]. Заполнение позицийвкладки аналогично рис. 4.20.

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

Boundary Type – Wall;Location – выделить все поверхности региона Wall (F7.4, F5.4, F11.4, F16.4) → OK;Wall Influence On Flow – No Slip Wall. Видвкладки аналогичен виду, показанному на рис. 4.21. → Next.

7б. Переход в основной режим

Ввести Enter General Mode (На вкладке Final Operations) → Finish (ЛКМ слева внизу).Текущее изображение на экране аналогично изображению на рис. 4.22.

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.

→ Сохранить → ⊠Закрыть (ЛКМ вверху справа).

В графическом окне появится схема проекта без знака вопроса в строке Setup.

8. Запуск решения

→ Solution (2 ЛКМпо ячейке схемы проекта) → Start Run в появившемся диалоговом окне Define Run.

При контрольном расчете процесс вычислений прервался досрочно. После этого на стартовой вкладке решателя Define Run была поставлена птица в окне Double Precision. Повторный расчет завершился успешно.

9. Просмотр результатов в постпроцессоре

Вид экрана после выхода в постпроцессор показан на рис. 4.26.

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. 4.27, а;

– в разделе Colour параметры, показанные на рис. 4.27, б → Apply.

Рис. 4.47. Распределение линий тока газов в камере, полученное расчетом в ANSYS 14

Результаты расчета линий тока газов в пакете ANSYS 14 показаны на рис. 4.47.

В разделе 4.4.2 описаны процедуры получения поля температуры в объеме камеры и поля скорости среды в среднем продольном сечении камеры.

ГЛАВА 5. ИНЖЕНЕРНЫЙ АНАЛИЗ ТЕПЛООБМЕНА И ТЕРМИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ В ANSYS Multiphysics

5.1. Постановка теплофизических задач в ANSYS Multiphysics

5.1.1. Основные уравнения и условия однозначности в анализе теплофизических процессов металлургии

Уравнение энергии

Уравнение выражает закон сохранения энергии для каждого элементарного объема dv (параллелепипеда с размерами dx, dy, dz). В направлении оси x теплопроводностью подводится поток тепла Через противоположную грань уходит Остается в объеме Потоки , находятся аналогично , и определяется величина В результате поступления тепла меняется теплосодержание объема, Полная производная связана с движущейся материей (субстанцией) и часто называется субстанциональной. Она показывает, что изменение теплосодержания является результатом изменения температуры объема среды и конвективного перемещения тепла. На основании изложенного записано уравнение теплопроводности Фурье–Кирхгофа где wx, wy, wz – компоненты скорости движения среды; – коэффициент температуропроводности; λ – коэффициент теплопроводности; сР – удельная теплоемкость. При наличии тепловыделения в объеме (объемные химические реакции горения, работа трения и др.) и радиационного теплопереноса уравнение энергии имеет вид где qv – интенсивность внутренних источников тепла, Вт/м3; – дивергенция вектора излучения (поток вектора через замкнутую поверхность объема, отнесенный к величине этого объема). В расчетной практике большое значение имеют частные случаи уравнения энергии. У твердого тела wx=0; wy=0; wz=0 и уравнение (5.1) имеет вид (5.3) При стационарной теплопроводности с учетом получено (5.4)   Это уравнение называют уравнением Лапласа. При стационарном процессе с внутренними источниками тепла уравнение энергии имеет вид (5.5)   Выражение (5.5) называют уравнением Пуассона.   Используя обозначения: – векторный дифференциальный оператор набла (частично совпадает с оператором Гамильтона)[8]; и – единичные векторы, получим векторную запись уравнения (5.2) (5.6) , где w – скорость жидкости.

Уравнение неразрывности (сплошности)

Вывод уравнения основан на законе сохранения массы для любого элементарного объема. По аналогии с выводом предыдущего раздела определяется поток массы жидкости, втекающей в объем в направлении оси x, – . Масса, вытекающая из объема, – . Изменение массы – . Изменение массы компенсируется изменением плотности объема во времени . Отсюда после преобразований получено уравнение неразрывности (5.7) . Для несжимаемых жидкостей ρ = const (5.8) . В векторной форме уравнения (5.6) и (5.7) имеют вид соответственно (5.9) и .

Характер взаимосвязи величин, входящих в уравнение неразрывности, хорошо иллюстрирует частный случай уравнения, записанный для «трубки тока». У трубки тока боковыми поверхностями являются «линии тока», касательные к которым совпадают с направлением скорости жидкости. Частную запись уравнения неразрывности широко применяют в приближенных практических расчетах процессов и агрегатов на участках течений с постоянной массой, например в трубах или каналах. При этом для двух произвольных сечений канала можно записать равенство

где ρ, w, f – плотность среды, скорость и площадь в сечении канала 1 или 2 соответственно. Из выражения (5.10) следует, что при постоянной плотности среды уменьшение площади поперечного сечения канала вдвое увеличит в два раза скорость потока.

Уравнения Навье–Стокса движения вязкой жидкости

На процесс движения жидкости большое влияние оказывают силы внутреннего трения. Свойство реальной жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой называется вязкостью. Действие вязкости можно представить как перенос количеств движения молекулами, случайно перемещающимися из медленных слоев жидкости в быстрые, и наоборот. Если «медленные» молекулы оказались среди быстрых, то они мешают общему движению, «тормозят» его. Между слоями появляется внутреннее трение (касательные напряжения). Касательные напряжения трения в зависимости от градиента скорости определяет формула Ньютона (5.11) , где μ – коэффициент динамической вязкости. Жидкости (вода, воздух и др.), которые подчиняются закону (5.11) называются ньютоновскими. Неньютоновскими жидкостями, например, являются растворы полимеров. В физике сила, действующая на единицу поверхности, называется давлением (напряжением поверхностной силы). Внутренние силы – это силы взаимодействия отдельных частиц внутри объема. Внешние силы бывают массовые (объемные) – пропорциональны массе и равномерно распределены по объему (например, сила тяжести) и поверхностные – действуют на поверхности, ограничивающие объем (например, реакции стенок сосуда на жидкость). Поверхностные силы имеют составляющие: перпендикулярную поверхности (создают нормальное напряжение) и параллельную (создают касательное напряжение). Градиент скорости можно представить как относительный сдвиг соседних слоев жидкости – деформацию сдвига. Это означает, что выражение (5.12) устанавливает связь касательного напряжения в жидкости со скоростью относительной деформации слоев. Для вывода уравнений в

потоке жидкости выделяется элементарный объем с размерами ребер dx, dy dz. На объем действуют: сила тяжести, сила давления и сила трения. При выводе уравнения (из-за громоздкости вывод здесь не рассматривается) использован второй закон Ньютона: равнодействующая сил, действующих на элемент, равна произведению массы элемента на его ускорение. Сила тяжести, приложенная к элементу, в проекции на ось x – где g – ускорение свободного падения. Силы давления, действующие на элемент в направлении, противоположном движению жидкости, – . Силы трения направлены против движения жидкости, но их равнодействующая определяется разностью сил трения на противоположных боковых гранях элемента. Для трехмерного движения она равна . Здесь μ – коэффициент динамической вязкости, wx – проекция скорости жидкости на ось x. В выражении учтено, что по закону Ньютона сила трения на единицу поверхности равна . Произведение массы элемента ρdυ на ускорение записывается . В соответствии со сказанным уравнение Навье–Стокса принимает вид (5.12) Объединяя три уравнения в одно векторное уравнение, получим (5.13) .

5.1.2. Задание граничных условий и параметров теплообмена в ANSYS Multiphysics

Система дифференциальных уравнений имеет бесконечное множество решений. Выделить из них конкретное решение можно заданием условий однозначности (краевые условия). Это значит, нужно задать геометрические условия однозначности (задать форму и размеры объекта, в котором протекает процесс); физические условия однозначности (свойства среды и тел в объекте); временные условия (обычно задаются начальные условия – температура в некоторый начальный момент времени τ0). Особенности протекания процесса на границах тела задают граничные условия однозначности. Различают [8 – 10]: Граничные условия I рода (условия Дирихле)– задаются распределения температуры по поверхности тела во времени T(x,y,z,τ) = φ(x,y,z,τ). Обычно условие используется для идеализированного описания реальных процессов в оценочных расчетах; Граничные условия II рода (условия Неймана) – на границе задается плотность теплового потока как функция координат и времени ; (5.14) Граничные условия III рода – задается плотность теплового потока конвекции на границе как функция температуры поверхности тела tC и температуры окружающей тело среды tЖ в виде (5.15) , где αК – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 ·К). Данное условие часто распространяют на процессы переноса тепла излучением. Для этого тепловой поток на стенку записывают в виде суммы потока тепла, переносимого конвекцией, и потока, переносимого излучением, (5.16) , где εПР – приведенная степень черноты системы; s0=5,67·10-8 Вт/(м2·К4) – постоянная Стефана–Больцмана. Отсюда получено выражение для коэффициента теплоотдачи излучением (5.17) ; Граничные условия IV рода – задают условия на границе контакта двух сред с разными теплофизическими свойствами. Если на границе нет выделения или поглощения тепла, то обе среды имеют одинаковые температуры и тепловые потоки (5.18) Если на границе идут процессы с выделением или поглощением тепла, например, при фазовых превращениях, то в первое уравнение вводятся величины соответствующих потоков тепла. Для учета свойств в области теплового контакта вводятся дополнительные термические сопротивления.

Подробная информация о методах и особенностях вычислений содержится в разделе HELP программы и в литературе [11–14]. Геометрические условия однозначности в ANSYS задаются при твердотельном геометрическом моделировании объектов. Физические условия однозначности включают задание свойств (для этого есть специальная процедура) и внутренних источников тепла. Отдельно задаются конвективные и радиационные граничные условия третьего рода.

«Теплообменные» условия однозначности в ANSYS следующие.

Граничные условия I рода –

задаются значения температуры (TEMP) на поверхностях, линиях, узлах, ключевых точках (если они выделены при построении геометрической модели).

В одном из примеров следующего раздела задается температура 500 К на линии границы (далее перечисляются опции, которые последовательно выбираются в окнах графического интерфейса):

MAIN MENU→SOLUTION→DEFINE LOADS→APPLY→ →THERMAL →TEMPERATURE→ On Lines ^[9]

Появляется меню «Apply TEMP». Щелчок курсором по верхней границе плиты, появляется штриховая линия → OK. Появилось второе меню «Apply TEMP on lines». Задать Lab2= TEMP; VALUE= 500 → OK. На поверхности появились треугольники, показывающие, что условия заданы;

Граничные условия II рода –

задаются значения удельного теплового потока (HFLUX) на поверхностях, линиях, узлах, элементах. (Удельный тепловой поток через единицу поверхности q= –kA(dT/dx), где k – коэффициент теплопроводности; А – поверхность.) Положительное значение потока означает, что элемент принимает тепло.

В одномерных моделях тепловой поток не задать, поэтому используют плотность теплового потока (HEAT– тепловой поток, протекающий через узел за единицу времени);

Конвективные граничные условия III рода –

задается тепловой поток конвекцией (CONV) на внешней границе модели по закону Ньютона–Рихмана . Здесь – удельный тепловой поток конвекции через поверхность A; h – коэффициент теплоотдачи конвекцией; t_S, t_f – температура поверхности и температура окружающей среды. В одном из примеров работы задан конвективный тепловой поток на поверхности (h=500, t_f =500):

MAIN MENU→SOLUTION→DEFINE LOADS→APPLY→ THERMAL→ CONVECTION→On Lines Щелчок курсором по нижней границе плиты, появляется штриховая линия → OK.

Задание объемного энерговыделения HGEN – задается тепловыделение внутри элемента, вызванное или химической реакцией, или электрическим током, которое имеет размерность потока тепла, отнесенного к единице объема. Используется последовательность операций MAIN MENU→SOLUTION→DEFINE LOADS→APPLY→THERMAL→ HEAT GENERAT.

Адиабатические условия – это частный случай граничного условия II рода с заданным тепловым потоком на поверхности, который равен нулю. Поверхность считается адиабатической по умолчанию, если на ней не заданы никакие граничные условия.

Условия симметрии рассматриваются как адиабатические.

Изложенное выше показывает, что в расчетах конвекции используется температура в первой степени, а в расчетах излучения температура в четвертой степени. Расчеты облегчает функция с двиг значения температуры,позволяющая в радиационной задаче специальной командой задавать разность между абсолютным нулем и нулем используемой шкалы.

При расчетах в ANSYS должна контролироваться размерность вводимых величин. Информация, помогающая задавать расчетные параметры, содержится в табл. 5.1. В табл. 5.2 указаны форматы файлов, которые создаются ANSYS в процессе вычислений.

Таблица 5.1

Параметры, используемые в тепловом анализе

Окончание табл. 5.1

Таблица 5.2

Виды и форматы файлов, создаваемых ANSYS

5.1.3. Модели турбулентности, используемые
в программе ANSYS Multiphysics

Поиск по сайту: