-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 57
/
momp_lab04.Rmd
269 lines (167 loc) · 10.7 KB
/
momp_lab04.Rmd
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
---
title: Ustalony nieściśliwy przepływ trójwymiarowy z oderwaniem
number: 0
course: Metody Obliczeniowe Mechaniki Płynów
material: Instrukcja 4
---
# Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobem modelowania przepływów trójwymiarowych oraz obróbka trójwymiarowych wyników graficznych.
# Streszczenie
Zadanie polega na wyznaczeniu opływu wokół skrzydła typu delta ustawionego pod dużym katem natarcia (30°), wyposażonego w śmigło, umieszczone w szczelinie.
Przepływ odbywa się w zamkniętej przestrzeni tunelu aerodynamicznego i posiada płaszczyznę symetrii.
Wymiary tunelu 150x200x600 cm.
Przepływającym czynnikiem jest powietrze o prędkości V=10m/s i ciśnieniu p=101325 Pa.
Model rozważany w tym ćwiczeniu jest właściwie półmodelem, w którym odwzorowano tylko połowę skrzydła delta oraz połowę kręgu śmigła.
Tym samym założono przepływ symetryczny względem płaszczyzny XZ.
# Przebieg ćwiczenia
## Geometria
1. W środowisku workbench stwórz nowy system obliczeniowy - **Fluid Flow(Fluent)**.
2. Otwórz **Design Modeler** klikając prawym przyciskiem myszy na komórkę **Geometry**.
3. Ustaw jednostki na **centymetry**
4. Stwórz nowy szkic na płaszczyźnie **X-Y**. Narysuj geometrię połowy skrzydła delta tak jak na załączonej ilustracji.
5. Stwórz **powierzchnię** na podstawie utworzonego szkicu.
6. W ten sposób utworzyliśmy bardzo proste skrzydło delta a dokładnie jego połowę. Płaszczyzna X-Z będzie lustrzanym odbiciem skrzydła.
7. Teraz trzeba utworzyć powierzchnię **śmigła** zastępczego.
8. Utwórz szkic na płaszczyźnie **Y-Z**
9. Wewnątrz szkicu, za pomocą narzędzia **Arc by Center**, stwórz półokrąg według załączonej ilustracji.
UWAGA: Aby utworzyć powierzchnie śmigła, obwód musi być zamknięty.
Nie zapomnij domknąć półokręgu linią!
10. Utwórz **powierzchnię** na podstawie szkicu.
11. Obecnie skrzydło delta jest na 0 kącie natarcia. Nalezy zmienić kąt natarcia naszego skrzydła o 30 stopni
Z menu kontekstowego **Create** wybieramy **Body Transformation** następnie **Rotate**.
**Wybieramy geometrie** do obrotu. To można zrobić na dwa sposoby (patrz rysunek).
- Z wciśniętym **ctrl**, wybieramy interesujące nas elementy w ostatnim menu w drzewie historii (Patrz rysunek)
- Zaznaczamy powierzchnie w oknie graficznym.
Jeżeli w momencie zaznaczenia elementu pod naszym kursorem znajdują się inne elementy, w lewym dolnym rogu okna graficznego rozwinie się graficzna reprezentacja tych elementów.
Reprezentowane elementy będą wyświetlone w postaci **warstw**.
Pierwsza od lewej warstwa reprezentuje element znajdujący się najbliżej użytkownika, ostatni od lewej element znajdujący się najdalej od użytkownika.
Najechanie kursorem na odpowiednią warstwę podświetli reprezentowany element.
Klikając odpowiednią **warstwę** wybieramy interesującą nas powierzchnie. (Patrz rysunek)
Wybieramy **skrzydło delta** i **wirnik**.
Następnie **wybieramy oś obrotu**. To też można zrobić na dwa sposoby (Patrz rysunek).
- W **menu płaszczyzn** w drzewie historii (tam gdzie znajdują się szkice), wybieramy **płaszczyznę prostopadłą** do naszej osi obrotu.
- W **oknie graficznym**, na naszym rysunku, znajdują się przerywane linie reprezentujące osie układu współrzędnych. Klikamy na odpowiednią oś.
Kolorowy układ współrzędnych znajdujący się w dolnym prawym rogu okna graficznego, służy tylko do manipulacji kamerą.
Po zaznaczeniu osi, w oknie graficznym pojawią się **strzałki wyboru kierunku osi**. Klikamy aby odpowiednio zorientować oś obrotu.
Oś musi być tak zorientowana, żeby nasze "skrzydło", obracając się, zadarło "nos" w kierunku osi *Z*.
Wpisujemy kąt obrotu naszych powierzchni.
**Generate**
12. Ostatnim krokiem jest utworzenie objętości powietrza.
13. W menu kontekstowym **Create** przejdź do menu **Primitives** i wybierz opcję **Box**.
| --- | Początek | Diagonale |
| --- | -------- | --------- |
| X | -250 cm | 600 cm |
| Y | 0 cm | 150 cm |
| Z | -80 cm | 200 cm |
Warto ustawić **Operation - Add frozen**
**Generate**
Jeżeli figura nie będzie przezroczysta od opcji **Add frozen** i wszystko nam przysłoni, należy w menu kontekstowym wybrać - View -> Wireframe. Wtedy zmienimy sposób reprezentowania widoku na szkieletowy.
14. Z powstałych elementów tworzymy **złożenie**. We wspomnianym wcześniej **menu elementów**, ostatnim w drzewie historii, wybieramy wszystkie elementy i za pomocą prawego przycisku myszki wybieramy **form new part**.
---
<details><summary>Dla chętnych</summary>
<p>
15. Stwórz kolejny **Box**
| --- | Początek | Diagonale |
| --- | -------- | --------- |
| X | 0 cm | 200 cm |
| Y | 0 cm | 35 cm |
| Z | -20 cm | 35 cm |
Warto ustawić **Operation - Add frozen**
**Generate**
W momencie tworzenia złożenia (punkt 14), nie dodawaj tej bryły do złożenia. Po punkcie 14 powinny być 1 złożenie (part) i jedna bryła (Solid).
</p>
</details>
---
16. **Wychodzimy** z DesignModeler
## Siatka obliczeniowa
1. Otwieramy moduł **Mesh**.
2. Na wstępie nadajmy nazwy warunków brzegowych (Patrz rysunek). **W analizie trójwymiarowej naszymi warunkami brzegowymi są powierzchnie**.
Metoda zaznaczania powierzchni jest taka sama jak w systemie zaznaczania w DesignModelerze.
Po zaznaczeniu powierzchni wcisnamy **n** na klawiaturze i wypełniamy nazwę warunku brzegowego.
**UWAGA** zauważ, że design modeler podzielił naszą powierzchnie śmigła na dwie części. W górnej belce w zakładce **Display** możemy wyświetlić kierunek linii opcją **Direction** w polu **Edge**.
Dzięki temu możesz się upewnić czy obydwie powierzchnie są tak samo zorientowane (Zasada prawej dłoni). Orientacja naszej powierzchni śmigła jest ważna w obliczeniach.
- Jeżeli obie powierzchnie są tak samo zorientowane zaznaczmy je razem i nazywamy razem.
- Jeżeli orientacje powierzchni różnią się od siebie. Nazwijmy je dodając cyfrę - fan_1, fan_2.
3. Przejdźmy do ustawień siatki.
4. W drzewie historii, w menu **Mesh**:
- Zakładka **Defaults** - Upewaniamy się, że **Physics Preference** jest ustawione na **CFD**.
- Zakładka **Sizing**:
- Włączamy opcje **Capture Curvature** (powierzchnia wirnika jest okrągła)
5. Wygeneruj siatkę. Sprawdź czy geometria skrzydła jest odwzorowana.
6. Zaznacz powierzchnię skrzydła oraz powierzchnię wirnika. Utwórz dla nich element **Sizing**:
- Type: **Element size**
- Element size: **10 mm** (Dla osób ze słabszym sprzętem **20mm**)
- Behavior: **Hard**
**Generate**
7. Utwórz kolejny element typu **Sizing**:
- **Scope**/**Geometry** zaznacz bryłę reprezentującą powietrze. **Upewnij się, że zaznaczasz objętość a nie powierzchnię**
- Type: **Sphere of Influence**
- Sphere Radious: **500 mm**
- Element size: **30 mm** (Dla osób ze słabszym sprzętem **50mm**)
**Generate**
Przyjrzyj się siatce. Co się zmieniło?
---
<details><summary>Dla chętnych ciąg dalszy</summary>
<p>
8. Utwórz kolejny element typu **Sizing**:
- **Scope**/**Geometry** zaznacz bryłę reprezentującą powietrze. **Upewnij się, że zaznaczasz objętość a nie powierzchnię**
- Type: **Body of influence**
- Bodies of Influence: **Zaznaczamy stworzoną dodatkową objętość w punkcie 13**
- Element size: **30 mm**
**Generate**
Znów przeanalizuj zmianę, zastanów się po co stworzyliśmy dodatkowe zagęszczenie.
</p>
</details>
---
9. Wychodzimy z programu **Mesh**
## Obliczenia w programie Fluent
1. Otwieramy program fluent
2. Wstępne ustawienia solvera:
- Dimension: **3d**
- Display Mesh After Reading
3. Ustawienia warunków analizy:
- General:
- Type: **Pressure-Based**
- Time: **Steady**
- Models
- Model turbulencji: **Spalart-Allmaras**
- Materials
- Powietrze z standardowymi ustawieniami
- Cell zone conditions
- Upewnij się, że materiałem w domenie jest powietrze
- Boundary conditions (kliknij dwukrotnie na menu lub w belce górnej w zakładce **Physics**, wejdź w **Boundaries** z polu **Zones**)
- **Inlet** - 10 m/s, intensywność turbulencji 2%, skala turbulencji 0.5 cm.
- **Symmetry** - sprawdź czy został załozony odpowiedni warunek
- **Wing** - upewnij się, że dla skrzydła ustowiony został warunek ściany
Przy ustawieniu warunku brzegowego na **wall** zauważ, że fluent stworzy drugą powierzchnię. Zastanów się dlaczego.
- **fan**
- Sprawdź w jaki kierunek ma normalna na powierzchni wirnika (Składowa X wektora), jeżeli normalna jest w złym kierunku zmień ją zaznaczając opcję **Reverse Fan Direction**.
- W menu rozwijanym **Pressure Jump (jednostka)** wybierz **constant**
- W tym momencie przeprowadzimy obliczenia bez śmigła - wpisujemy **0.0**
- **Outflow** - domyślne ustawienia
4. Ustawienia solvera:
- Methods:
- Schemat: **Coupled**
- Monitors/Residual
- Domyślne wartości zbieżności
5. Zainicjalizuj **standardową metodą inicjalizacji**
Jako punkt odniesienia wybierz wlot.
6. Prowadź obliczenia aż do osiągnięcia oczekiwanej zbieżności.
(W zakładce Run Calculation zmień tylko **Number of Iterations** w polu **Parameters**)
Ze względu na obliczenia trójwymiarowe, czas obliczeń będzie zauważalnie większy.
7. Stwórz wizualizacje przepływu Twojej analizy. Zastanów się jakie wizualizacje najwięcej powiedzą o stworzonej analizie. Zaprezentuj je.
8. Wyjdź z programu fluent.
Przy wychodzeniu z programu zaznacz drugą odpowiedź.
Pozwoli to na zachowanie wszystkich ustawień postrocesingu (wizualizacji i obróbki danych).
9. Zduplikuj system obliczeniowy.
10. ""Włącz śmigło" - W warunku brzegowym **fan** wpisz wartość **200** Pa (patrz punkt 3).
11. Zainicjalizuj przypadek i prowadź obliczenia aż do osiągnięcia oczekiwanej zbieżności.
12. Powtórz wizualizacje i porównaj z wynikami bez śmigła.