Варианты задания объемного источника с переменным размером в ANSYS CFX

Сегодня мы рассмотрит одну небольшую задачу, которая касается вопроса задания объемного источника переменного  размера на основе subdomain (поддомена) в ANSYS CFX.

Как вы знаете, в ANSYS CFX поддомен всегда имеет постоянный размер, но вы можете определить поддомен целиком для расчетной области и использовать CEL-выражения для задания объемного источника.

Предположим, что наш источник имеет форму «шайбы» радиусом 0.3 м и высотой 0.3 м. Соответствующий список выражений будет иметь вид:

z0 = 0.0 [m]
x0 = 0.5 [m]
y0 = 0.5 [m]
sourceRadius = 0.3 [m]
sourceHeight = 0.3 [m]
unitL = 1 [m]
rSource = sqrt((x-x0)^2 + (y-y0)^2)
hSource = z-z0
insideSource = step((sourceRadius-rSource)/unitL)*step((sourceHeight-hSource)unitL)
source = insideSource * 100 [W m^-3]

В пределах «шайбы» объемный источник энергии равен 100 Вт/м3, а за пределами «шайбы» он равен нулю. Эти выражения легко переделать так, чтобы они стали зависимыми от времени.

Читать далее

Моделирование процесса адсорбции в ANSYS Fluent

Сегодня мы рассмотрим задачу моделирования процесса адсорбции c использованием решателя ANSYS Fluent. Напомним, что адсорбция – это процесс поглощения поверхностно-активных веществ из раствора или газовой смеси поверхностным слоем жидкости или твердого тела – специальными адсорбентами. В качестве адсорбентов могут выступать различные материалы с высокой удельной поверхностью, например, пористый углерод (активированный уголь) или силикагели.

Сgeometryледует отличать адсорбцию от абсорбции. В последнем случае вещество диффундирует в объем жидкости или твердого тела и образует раствор или гель.

Адсорбция – достаточно распространенное явление в химической и нефтегазовой отраслях. Оно возникает повсеместно, где присутствует поверхность раздела между фазами. Устройство для проведения адсорбции называется адсорбером.

Для моделирования адсорбции мы будем использовать предопределенные шаблоны для задания реакций на поверхностности и гетерогенных реакций по всему объёму в ANSYS Fluent.

Количественно процесс адсорбции (без учета межмолекулярного взаимодействия адсорбата) описывается уравнением Ленгмюра:

2018-07-10_12-37-57где Θ – доля площади поверхности адсорбента, занятая адсорбатом, α – адсорбционный коэффициент Ленгмюра, P – концентрация адсорбтива.

Уравнение Ленгмюра представляет собой одну из форм уравнения изотермы адсорбции, которая определяет зависимость равновесной величины адсорбции от концентрации адсорбтива при постоянной температуре. Концентрация адсорбтива при адсорбции из жидкости (растворов) выражается в мольных долях. При адсорбции из газовой фазы концентрация выражается в единицах абсолютного давления. В случае адсорбции на твёрдых адсорбентах, используют отношение массы поглощённого вещества к массе самого адсорбента.

Рассмотрим двумерную задачу адсорбции газовой смеси (воздух+углекислый газ) твердым телом (слоем насадки адсорбера).

Поглощение углекислого газа адсорбентом описывается следующим уравнением:
2018-07-10_12-50-14

Далее опишем основные шаги, связанные с постановкой задачи адсорбции в ANSYS Fluent.

Сначала включите решение уравнения энергии и выберите модель турбулентности. Если отсутствует первоначальная закрутка потока газовой смеси или сильное искривление линий тока, обусловленное геометрией адсорбера, то можно использовать по-умолчанию модель турбулентности k.

Включите модель переноса компонентов Enable Species transport и в открывшейся панели Species Model активируйте в разделе Reactions опции Volumetric (реакция в объеме) и Wall Surface (реакция на поверхности).

2054122 Читать далее

Создание новых поверхностей на базе контурной заливки в ANSYS CFD-Post

Сегодня я расскажу вам о том, как построить дополнительные поверхности в CFD-Post для обработки результатов моделирования на основе т. н. контурной заливки. Для этого мы воспользуемся старым «дедовским» способом, проверенным временем.

airfoi_3В качестве геометрии я буду использовать аэродинамический профиль S809. Он применяется при исследовании и проектировании лопастей горизонтальных ветряных турбин.

Сама идея схематично показана на рисунке ниже.

airfoil

Создаем новый «контур» на основе аэродинамических поверхностей. В качестве переменной используем переменную z. Количество контуров соответствует количеству новых дополнительных поверхностей. В нашем случае – 2 контура, но в поле # of Contours необходимо вбить значение, равное 3.

counter

Читать далее

Проблемы при генерации сетки в ICEM CFD в районе острых кромок

Довольно часто при генерации объемной сетки на основе тетраэдров в ICEM CFD мы получаем некачественное разбиение (разрешение сетки) в районе острых кромок или в местах пересечения поверхностей под острым углом.

При этом традиционный способ решения проблемы, на основе определения т. н. «Thin Cuts», не приносит желаемых результатов. Кромка «съедается» и остается «ломанной» (см. рисунок ниже).

pic1

В этом случае рекомендуется изменить стратегию разбиения расчетной модели. Для начала перенесите проблемные поверхности в разные Parts. Возможно, что вы это уже сделали, когда определяли «Thin Cuts».

Далее выполните поверхностное разбиение отдельно для этих поверхностей. Используйте Patch Dependent метод, а для поверхностного разбиения используйте треугольники (All Tri).

После этого определите все необходимые настройки для объемного разбиения (глобальные/локальные размеры элементов, локальное измельчение (Density), параметры для генерации призм и пр.).

Перед разбиением на основе Octree метода не забудьте включить опцию  «Use Existing Mesh Parts».

pic2Это должно решить вашу проблему.

винт

На этом рисунке показан пример «грубого» поверхностного разбиения лопастей винта ЯК-55. Но даже при таких больших размерах поверхностных элементов и отключенных опциях Proximity/Curvature (при объемном разбиении), кромки «разрешаются» достаточно хорошо (без «изломов»). Используя локальную адаптацию и соответствующий размер поверхностных элементов, мы можем улучшить качество сетки и разрешение кромок лопасти.

С уважением, Денис Хитрых.

Как определить положение центра давления в CFD-Post?

2015-08-10_11-21-53Сегодня немного поговорим об аэродинамике и дадим ответ на такой интересный вопрос: как определить положение центра давления в CFD-Post?

Для  начала решим вопрос с терминологией.

В аэродинамике центром давления называют точку пересечения равнодействующей аэродинамических сил R с хордой крыла. В более общем смысле, центр давления — это точка тела, в которой линия действия равнодействующей сил давления на тело окружающей среды пересекается с некоторой плоскостью, проведённой в теле.

Соответственно, это важный параметр в аэродинамике крыла, без которого мы не сможем добиться необходимого равновесия крыла в полете.

Отметим так же, что положение центра давления зависит от формы профиля и угла атаки.

С другой стороны, под центром давления мы можем понимать просто точку приложения сил давления на поверхности крыла. В этом случае мы можем ее вычислить, используя следующие выражения:

CPx = areaAve(X*Absolute Pressure)@surface/areaAve(Absolute Pressure)@surface
CPy = areaAve(Y*Absolute Pressure)@surface/areaAve(Absolute Pressure)@surface
CPz = areaAve(Z*Absolute Pressure)@surface/areaAve(Absolute Pressure)@surface

Для первого «классичсекого» варианта нам дополнительно потребуется определить величину аэродинамического момента T, действующего на крыло. Тогда выражения для вычисления положения центра давления можно записать в следующем виде:

TSURFx = torque_x()@surface - ( Y*force_z()@surface - Z*force_y()@surface)
TSURFy = torque_y()@surface - ( Z*force_x()@surface - X*force_z()@surface)
TSURFz = torque_z()@surface - ( X*force_y()@surface - Y*force_x()@surface)

Далее вам необходимо построить изоповерхность этой переменной со значением, близким к нулю. В результате вы получите цилиндр, ось которого совпадает с направлением действия равнодействующей аэродинамических сил.

Наконец, выведите на этой поверхности поле этой пользовательской переменной.

С уважением, Денис Хитрых.

Определяем свойства материалов в Fluent через scm-файл

Я уже писал о том, как можно быстро и легко определить новый материал в ANSYS Fluent. Напомню,  что для этого необходимо отредактировать предустановленный sсm-файл, в котором содержится описание физико-механических свойств различных материалов.

Однако, для создания нового материла совсем необязательно редактировать данный файл. Вы можете поступить намного проще. Откройте любой текстовый редактор и опишите свойства вашего материала в соответствии с шаблоном, показанным на рисунке ниже (вы с ним уже знакомы по предыдущим постам).

Измените расширение вашего текстового файла на scm. А затем откройте этот файл через соответствующую закладку в стандартной панели определения материалов Fluent.

material

С уважением, Денис Хитрых.

Как вывести на одном графике результаты моделирования и экспериментов в CFD-Post

Сегодня мы рассмотрим вопрос-пятиминутку, который звучит следующим образом: как вывести на одном графике результаты моделирования и экспериментов в ANSYS CFD-Post?

Для этого следует использовать стандартные средства  CFD-Post. Т. е. если вы хотите «наложить» один график на другой, вам необходимо создать просто две отдельные Data Series в панели Chart.  В первой вы используете, например, Polline в качестве базовой кривой. Во втором случае при создании Data Series вы используете данные, считываемые из CSV-файла.

CSV — это текстовый формат, который предназначен для представления табличных данных. Каждая строка файла представляет собой одну строку таблицы. Значения отдельных колонок разделяются разделительным символом, например, запятой. Ниже показан пример подобного файла, который вы можете подготовить в любом текстовом редакторе.

csv

На следующем рисунке показано как заполнять поля Data Series для экспериментальных точек. Вместо Location вы используете опцию File и указываете путь до директории, в которой хранится CSV-файл с данными экспериментов. А дальше действуете обычным образом.

data

import

Можно поступить еще проще. Внизу панели Data Series присутствует кнопка [Export]. Она предназначена для сохранения любого графика, построенного с помощью инструмента Chart, в формате CSV. И как я уже говорил ранее, этот файл вы можете открыть в  Notepad++, MS Excel и т. п.

С уважением, Денис Хитрых.