Свободная конвекция в канале

[_gur_ 0]

Добрый день. Мне необходимо решить следующую задачу: свободная конвекция воды в неравномерно обогреваемой трубе (2 варианта: сначала гладкая труба, потом в трубку загнать спиральную ленту и посмотреть что эффективнее).

Решаю следующим образом: построение модели в Компас, сохранение в *.sat, импорт модели в DesignModeller ANSYS WorkBench. Построение сетки в ANSYS WorkBench, потом экспорт в CFX для задания граничных условий.

В CFX-Pre создаю 3 домена: труба (solid, алюминий из библиотеки материалов), вода(fluid, water из библиотеки материалов), нагревательный элемент(solid, алюминий из библиотеки материалов), сцепляю их domain interface по поверхностям касания, все прочие поверхности адиабатные, для всех Heat Transfer ставлю Thermal Energy. Для fluid задаю Buoyancy по осям (0, -g, 0, Ref. Buyoancy Temp.: 27 [С]). Для нагревательного элемента создаю субдомен с Sources - Energy-Total source в 100 [Вт]. Для домена fluid задаю границы на входе\выходе из трубы как Opening с Opening Temp: 20 [С], Opening Pres. and Dirn, Relative Pressure: 0 [Pa].

Проблема в следующем: решение как-то быстро сходиться и по результатам расчета получается, что вода собрала тепла больше, чем выделил нагреватель. Сверял по Q=Cp*G*(T2-T1). Т2 и Т1 – средняя температуры воды на входном и выходном сечении. G – массовый расход кг\с получил в пост обработке по Function calculator – MassFlow в выходном сечении. Должно быть полюбому меньше 100 Вт, а получается больше. Помогите отследить ошибку. Что необходимо выложить?

[sokal_ 0]

... решение как-то быстро сходиться ....

Я думаю это по скоростям, а как на счёт баланса H-Energy и T-Energy по доменам?

Их можно во время расчёта вывести графиками, либо по окончании расчёта

+--------------------------------------------------------------------+

| T-Energy-домен |

+--------------------------------------------------------------------+

----

----

----

-----

Domain Imbalance, in %: 0.4928 %

Величина для жидкостей должна быть <2% (по хелпу)

[_gur_ 0]

Я прогнал следующую задачу: один домен fluid (столб жидкости в трубе), остальные домены убрал, 2 opening границы для входа и выхода, на боковые стенки падает тепловой поток. Поставил дополнительные переменные скорости и собираемой теплоты в Monitor решателя.

Результат следующий: небаланс H-Energy - Domain Imbalance:0.0212 %. Скорость на входе\выходе сошлась, но собираемая теплота, блин, опять больше, чем располагаемая. Откуда береться эта лишняя энергия, понять не могу.

Вот скрины сходимости решения

<noindex>раз</noindex>

<noindex>два</noindex>

<noindex>расходы</noindex>

<noindex>теплота падающая и поглощенная</noindex> Оба значения в Вт, хоть одна из переменных обозначена q.

Помогите отследить ошибку. В чем может быть причина? Написать подробный алгоритм моих действий?

[sokal_ 0]

...2 opening границы для входа и выхода...

Обратных течений в домен из opening выхода нет?

[_gur_ 0]

Обратных течений в домен из opening выхода нет?

Нету.

Вот алгоритм на всякий случай:

1. Создал модель в компасе, сохранил в *.sat, отправил в DM Ансис.

2. Разбил на сетку. Сетка делалась путем Edge Sizing по границам объектов. Для упрощения пока оставил только трубу и саму жидкость.

3. Переношу в CFX.

3.1. Создаю домен Fluid со следующими параметрами: Вкладка Basic Settings: Material – Water (из библиотеки CFX), Buoyancy – Buoyant – 0, -g, 0, Buoy. Ref. Temp – 40 [C], Вкладка Fluid Models: Heat transfer – Thermal energy, Turbulence – None (Laminar). Остальное по умолчанию

3.2. Создаю домен Pipe со следующими параметрами: Вкладка Basic Settings, Domain Type – Solid Domain, Material – Aluminium (из библиотеки CFX), Вкладка Solid Models: Heat transfer – Thermal energy. Остальное по умолчанию

4. Задаю ГУ для доменов, для Pipe: adiabatic для всех поверхностей, кроме контактирующих с доменом Fluid и поверхности, где будет задан граничный тепловой поток; для поверхности на которую будет падать тепловой поток задаю boundary-adiabatic, sources-energy-flux-20000 [Вт/м2], что учитывая площадь поверхности, на которую падает поток создает 60 Вт.

5. Делаю Domain interface типа Fluid Solid, Interface Side 1 – pipe (с соответствующими поверхностями), Interface Side 2 – fluid (с соответствующими поверхностями), все прочее по умолчанию.

6. Для Fluid для входа и выхода задаю границу типа Opening, вкладка Boundary Details – Flow Regime – Subsonic, Mass and Momentum – Opening Pres and Dirn с Relative pressure – 0 [Pa], Opening Temperature – 40 [C].

7. Создаю переменные для мониторинга: Q_vosprinatoe - (ave(Temperature)@out-ave(Temperature)@in)*volumeAve(Specific Heat Capacity at Constant Pressure)@Fluid*massFlow()@out; massflow_in - massFlow()@in; massflow_out - massFlow()@out

[_gur_ 0]

Господа, помогите разобраться. Где то же косяк есть.

[kristeen 355]

7. Создаю переменные для мониторинга: Q_vosprinatoe - (ave(Temperature)@out-ave(Temperature)@in)*volumeAve(Specific Heat Capacity at Constant Pressure)@Fluid*massFlow()@out

Косяк здесь: 

Q_vosp = (massFlowAve(Temperature)@out - massFlowAve(Temperature)@in) * volumeAve(....

[MotorManiac 130]

Попробуйте сделать более мелкую расчетную сетку.