 |
1. Подробное описание численного расчёта
|
|
|
|
1. Подробное описание численного расчёта
Начнём знакомство с FlowVision с решения не сложной вводной задачи.
При изучении процесса её решения вы найдёте пояснения к каждому понятию, которое важно освоить новичку. Из-за этого объём информации покажется внушительным.
Но в следующих примерах мы уже не будем останавливаться на типовых действиях. Вместо этого сконцентрируемся на специализированных настройках и подходах для моделирования конкретных физических процессов.
1. 1 Течение в прямолинейном отрезке трубы
Вы узнаете
- О требованиях к геометрической модели для FlowVision
- Когда стоит использовать граничное условие «нормальная массовая скорость»
· Как контролировать значение переменной в окне мониторинга
· Как задать критерий останова расчёта
Описание задачи
Начинаем решение задачи с её постановки. Мысленно ответим на вопросы:
· Что моделируется?
· Какие физические процессы имеют место?
· Какие числовые характеристики процесса известны?
· Какова цель моделирования?
Рассмотрим задачу о моделировании медленного течения жидкости в трубе круглого сечения. Например, в магистрали трубопровода.
На вход трубы поступает вода с заданной постоянной скоростью. При движении потока жидкости из-за вязкости среды вдоль стенок возникают силы трения, тормозящие движение. На преодоление сил сопротивления затрачивается часть удельной энергии потока, которая называется потерей напора (давления).
Таким образом, целью данного моделирования поставим определение величины перепада давления на концах трубы и распределение скорости в её сечении.
Исходные данные
Геометрические размеры трубы:
|
|
|
Длина L = 2 [м]
Диаметр D = 0. 1 [м]
Свойства жидкости:
Мол. масса М = 0. 018 [кг/моль]
Плотность ρ = 1000 [кг/м3]
Дин. вязкость μ = 0. 001 [Па·с]
Уд. теплоёмкость Ср = 4217 [Дж/кг·К]
Параметры течения:
Скорость на входе V = 0. 01 [м/c]
Геометрическая модель: Tube. wrl
Проект: Lam_tube
Этапы решения задачи
Этап 1. Определяем постановку задачи
Определение объекта моделирования и конечных целей исследования. На этом этапе важно полностью осознать решаемую задачу и необходимые для решения исходные данные.
Этап 2. Преобразуем постановку в физико-математическую модель
2. 1. Заменяем объект геометрической моделью
2. 2. Упрощаем геометрическую модель (если это возможно)
2. 3. Упрощаем физику процессов, вводим допущения (если это возможно)
2. 4. Определяем состояние процессов внутри модели и на её границах
2. 5. Выбираем параметры для контроля и оценки решения
Этап 3. Создаём геометрическую модель
3. 1. Создаём упрощённую геометрическую модель в CAD
Убираем все мелкие детали за ненадобностью. Если модель имеет ось или плоскость симметрии можно рассмотреть моделирование только повторяющейся части.
3. 2. Cохраняем геометрическую модель в совместимом с FlowVision формате
Этап 4. Создаём расчётный проект
4.
3.
4.
4. 1. Импортируем геометрическую модель в новый проект
· Проверяем правильность геометрических размеров
· Проверяем модель на наличие ошибок (незамкнутых поверхностей, перекрытий)
4. 1.
4. 2.
4. 3. Задаём настройки физической модели – определяем:
· Вещества
· Фазы
· Модели
4. 4. Задаём граничные условия
· Создаём типы граничных условий, необходимые в задаче (возвращаемся к п. 2. 2)
· Задаём значения или параметры переменных для каждого типа ГУ
|
|
|
· Присваиваем тип ГУ каждой поверхности геометрической модели
4. 5. Задаём разбиение пространства расчётной сеткой
· Строим начальную сетку
· Настраиваем локальное измельчение сетки (адаптацию)
4. 6. Задаём разбиение времени расчётным шагом
4. 7. Определяем условия останова расчёта:
· Выбираем объект для контроля результатов
· Создаём характеристику на этом объекте
· Создаём пользовательский критерий останова на основе этой характеристики
Этап 5. Запускаем расчёт
Этап 6. Настраиваем визуализацию и анализируем решение
Физико-математическая модель задачи
· Выбор размеров геометрической модели и её упрощение
· Определение процессов на границах геометрической модели
· Принятие допущений моделирования
· Выбор параметров для контроля расчёта
Упрощение геометрической модели
Исключим из расчёта все мелкие детали и фаски на геометрической модели. Нас интересует только проточная части трубы - внутренний объём без учёта толщины стенок. После всех упрощений геометрическая модель станет цилиндром.
Выбор размеров геометрической модели
Мы не можем посчитать трубу бесконечной длины, поэтому сначала выберем длину трубы, достаточную для моделирования. Из условия задачи на вход поступает поток с постоянной скоростью. Под действием трения вблизи стенок профиль скорости изменяется и приобретает параболическую форму. Чтобы профиль скорости успел сформироваться зададим длину трубы = 20 диаметров.
|
|
|
