Решение простейшей задачи во Fluent.

[WishMastStudio 1]

Здравствуйте, Уважаемые знатоки!

Пишу Вам с великой горечью в сердце, ибо бьюсь над сей задачей вот уже неделю и толку никакого. Поэтому умоляю, помогите немощному:)

Задача, поставленная передо мной, чрезвычайно проста. Собственно, это первая задача, которую я пытаюсь решить во Флюенте (работал до того в Ansys 14.5). До сих пор работал только в "механикале" использовал модули "Electric", "Thermal-Electric". Но вот начальство решило, что не плохо бы усложнить мне жизнь и поручило изучать Флюент. Начал я, как и полагается, с изучения буржуазной литературы, а именно хелпа. Язык Шекспира хоть и не является для меня чем-то чуждым, но изучение этого самого хелпа мало чего дало. В порывах отчаяния, пребывая в крайне подавленном состоянии, выплакав ведро слез и избив до полусмерти чучело начальника бейсбольной битой, совершил множество тщетных попыток решить задачу методом случайных тыканий. Но результата это, разумеется, не возымело. Готовых аналогичных решений или видео-уроков по данной проблематике так же не нашел. И тут о чудо! До меня дошло, что вопрос свой можно задать не бездушным программам поиска, а реальным, живым людям, которые разумеется, прочитав эту басню не останутся равнодушными к моему горю.

Итак, дальнейшее повествование я намереваюсь излагать таким образом, чтобы наглядно демонстрировать вам, что я делал, как я вообще мыслил решать эту задачу.

О, да, чуть не забыл. Суть задачи:

Требуется получить температурное поле и поле скоростей жидкости, находящейся в цилиндрическом сосуде круглого сечения, нижнее основание которого имеет температуру 90 С, а верхнее - 30 С.

Обучаясь в Московском Энергетическом Институте не на одни тройки, я могу утверждаю, что вода при таких граничных условиях в стационарном, то есть установившемся режиме, должна циркулировать! Эту циркуляцию я и должен получить.

Итак, подгружаю модуль Fluid Flow (Fluent)

Шаг первый, моделирование геометрии.

Как можно заметить, в разделе Fluid/Solid стоит Fluid. Тут вроде никаких проблем быть не должно. Единственное - необходимо, как я понимаю, указать именованный набор геометрии - Named Selection, для того, чтобы было проще задавать ГУ. Что я и делаю: Донышко я так и называю: "Dno", а противоположное основание - Krishka. (Крышка будет мне, если я не сделаю это к четвергу:)). Стенку мы так и назовем: "Stenka".

Ну здесь вроде все, теперь перехожу к построению сетки.

Благо умные дяди из ютуба чему-то научили, и мне удалось-таки построить более-менее сносную для расчета сетку.

Обрадовавшись, что все пока в норме, иду дальше. Открываю флюент:) и это по ходу будет -

шаг 3.

Всплывает окошечко, комментирую что как принимаю:

Dimension - 3D

Display Options:

Display mesh after reading ok

Embed graphics windows ok

workbench color scheme ok

Options:

Ничего не активно

Processing options:

Serial ok

Нажимаю заветную кнопочку ok

шаг 4

Иду по-порядку. General:

Оставляю как и было

type - Pressure based ok

Velocity Formulation - Absolute ok

Time - Steady ok

Устанавливаю гравитацию.

Y "-9.8 m/s2"

шаг 5 MODELS

Energy ok

Viscous model - ok. Вот скриншот, на что мне ума хватило:

Шаг 6 Materials. Выбираю в базе "Water-liquid" Нажимаю Copy, потом Change/create. В общем, в "Materials появляется желаемое water-liquid"

шаг 7 Cell zone conditions

Edit - для единственной детали, названной почему-то "Part_2" выбираю материал liquid - water-liquid. Больше ничего не трогаю.

Дальше самое интересное - Boundary conditions. Тип ГУ для всех стенок оставляю изначальный - Wall

открываю "дно"

Во кладке "momentum" ничего не трогаю, хотя слышал, что что-то там нужно делать в разделе "Shear conditions", лично мои эксперименты результатов не возымели, так что оставил все как есть: no slip. Очень заинтересовал комбобокс "Material name", в котором кроме "aluminium" ничего нельзя больше выбрать. Не понимаю, зачем вообще он тут нужен, когда материал, из которого выполненно тело уже указан в разделе "Materials". Ну да ладно.

Перехожу в раздел Thermal, там устанавливаю температуру 363 К, что вроде как 90С. Все остальное по нулям. Больше всего вводит в заблуждение предлагаемый для ввода коэффициент "wall thikness". Не пойму, что это за толщина.

Ну, с "крышкой" все почти то же самое, только я ставлю 303К, стенку делаю адиабатной.

Далее Инициализирую проект в разделе Solution information методом Hybrid

В разделе "run calculations" Ставлю 300 итераций и запускаю на расчет.

По ходу решения, в первых четырех столбиках нули: continuity, x,y,z-velocity. Как я понимаю, это означает, что у флюента и у меня явно не совпадает видение этой задачи.

Прошу Вас, помочь разобраться, указать на ошибки и да. Огромное, приогромное спасибо!!!

[Bully 1 098]

насколько я понимаю расчетные программы, тут не хватает ограничений. Жидкость жидкостью, но и сосуд надо задать. А может, ещё и наложить на сосуд ограничение движения. А вот жидкость освободить от ограничений, кроме как "взаимодействие" с сосудом.

PS Sorry, если совсем не то написал. Мог проблему не понять до конца

PPS Был у меня случай, надо было балку на прогиб просчитать. Так задал визуализацию деформации и долго удивлялся, что никакой деформации нет. Оказалось, просто "забыл" зафиксировать концы балки. Так он и падал в пространстве бесконечно )))

[Борман 2 375]

в первых четырех столбиках нули

А другие столбики вообще есть ?

[WishMastStudio 1]

Другие столбики есть, и там все нормально. Там считается энергия, к и эпсилон.

насколько я понимаю расчетные программы, тут не хватает ограничений. Жидкость жидкостью, но и сосуд надо задать. А может, ещё и наложить на сосуд ограничение движения. А вот жидкость освободить от ограничений, кроме как "взаимодействие" с сосудом.

PS Sorry, если совсем не то написал. Мог проблему не понять до конца

PPS Был у меня случай, надо было балку на прогиб просчитать. Так задал визуализацию деформации и долго удивлялся, что никакой деформации нет. Оказалось, просто "забыл" зафиксировать концы балки. Так он и падал в пространстве бесконечно )))

Сейчас попробую конечно вместе с сосудом, но на сколько понял из множества примеров, его прорисовывать вовсе не обязательно.

А что Вы говорили про ограничение движения сосуда? Это вобще как?:)

Еще идеи, товарищи!

А другие столбики вообще есть ?

Другие столбики есть, и там все нормально. Там считается энергия, к и эпсилон.

[soklakov 1 475]

Возьмите для начала все-таки воздух. И укажите, что он идеальный газ.

[WishMastStudio 1]

Возьмите для начала все-таки воздух. И укажите, что он идеальный газ.

Да, с воздухом он что-то похожее считает:) Скорости не нулевые.

Но порядок скоростей 10**-4. И это меньше чем "минимальное значение сходимости", болтающееся в районе единицы.

Но все равно спасибо!

[Delcraft 0]

Добрый день.

Скорее всего, все дело у Вас в типе заданного расчета. Я поясню:

Вы считаете нагрев воды (или любой ж-ти или газа) в стационарной постановке с тепловыми граничными условиями. Поскольку в ГУ у Вас отсутствуют границы типа вход/выход, то переноса количества движения, кроме как от естественной конвекции, у Вас не должно быть. А так как Вы считаете задачу в стационарной постановке, то Вы получаете просто баланс температур в объеме жидкости при указанном Вами перепаде температур на стенках цилиндра.

Итог - Из-за отсутствия вынужденного течения жидкости и стационарной постановки Fluent не рассчитывает уравнения сохранения движения и массы (обнуляя соответствующие члены в них), поэтому у Вас и стоят нули в первых трех столбиках.

Советов тут можно дать два:

1) Попробуйте все-таки досчитать задачу в заданной Вами постановке, и посмотрите распределение параметров. Скорее всего, Вы увидите постепенное изменение температуры от горячей к холодной стенке, по характеристикам скорости Вы получите абсолютно равномерное поле.

2) Попробуйте посчитать Вашу задачу в нестационарной постановке. Если мне не изменяет восприятие "физичности" процесса, то естественная конвекция - это нестационарный процесс.

P.S. Совсем забыл - возможно, дело еще в том, что у Вас вода может быть задана с постоянной плотностью. Попробуйте, как сказал г-н soklakov, посчитать с идеальным газом.

Изменено 15 июля 2013 пользователем Delcraft

[WishMastStudio 1]

Добрый день.

Скорее всего, все дело у Вас в типе заданного расчета. Я поясню:

Вы считаете нагрев воды (или любой ж-ти или газа) в стационарной постановке с тепловыми граничными условиями. Поскольку в ГУ у Вас отсутствуют границы типа вход/выход, то переноса количества движения, кроме как от естественной конвекции, у Вас не должно быть. А так как Вы считаете задачу в стационарной постановке, то Вы получаете просто баланс температур в объеме жидкости при указанном Вами перепаде температур на стенках цилиндра.

Итог - Из-за отсутствия вынужденного течения жидкости и стационарной постановки Fluent не рассчитывает уравнения сохранения движения и массы (обнуляя соответствующие члены в них), поэтому у Вас и стоят нули в первых трех столбиках.

Советов тут можно дать два:

1) Попробуйте все-таки досчитать задачу в заданной Вами постановке, и посмотрите распределение параметров. Скорее всего, Вы увидите постепенное изменение температуры от горячей к холодной стенке, по характеристикам скорости Вы получите абсолютно равномерное поле.

2) Попробуйте посчитать Вашу задачу в нестационарной постановке. Если мне не изменяет восприятие "физичности" процесса, то естественная конвекция - это нестационарный процесс.

P.S. Совсем забыл - возможно, дело еще в том, что у Вас вода может быть задана с постоянной плотностью. Попробуйте, как сказал г-н soklakov, посчитать с идеальным газом.

По поводу первого совета: Распределение температур имеется. Оно подобно тому, каким оно бывает в случае твердого тела той же геометрии с аналогичными ГУ. При решении не стационароной задачи возникают те же трудности. Ну и собственно физичность процесса тут ясна: Если постоянно подогревать воду снизу, а сверху каким-то образом охлаждать, то циркуляция будет постоянной. Мы должны ее наблюдать в стационарной задаче.

Теперь совет 2. Что вы имели ввиду, говоря о постоянной плотности? Модель идеального газа этого не предполагает? Постоянная плотность в пространстве или во времени? Мои представления о термодинамике видимо не достаточны для понимания. Поделитесь:)

Попробовал несколько типов решателей, для этого же идеального газа. Получились различные результаты, отличающиеся на порядки.

Судя по всему до решения изначальной задачи - перемешивания расплава металла (а не идеального газа) в ванне я вряд ли дойду. Неизвестно как задавать расплавленный металл.

Спасибо за участие!

[_serge 24]

Требуется получить температурное поле и поле скоростей жидкости, находящейся в цилиндрическом сосуде круглого сечения, нижнее основание которого имеет температуру 90 С, а верхнее - 30 С.

Обучаясь в Московском Энергетическом Институте не на одни тройки, я могу утверждаю, что вода при таких граничных условиях в стационарном, то есть установившемся режиме, должна циркулировать! Эту циркуляцию я и должен получить.

А вы все-таки для начала подумайте о причинах циркуляции.

Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого числа.

И задайте адекватную модель. Свойства среды.

[WishMastStudio 1]

А вы все-таки для начала подумайте о причинах циркуляции.

И задайте адекватную модель. Свойства среды.

Спасибо за совет. Но адекватнее модели я придумать не могу:) Что может быть проще: объем жидкости, который подвергается в различных местах различным термическим воздействиям. По идее все там должно циркулировать:)

Я погляжу что там насчет зависимости плотности жидкости от температуры. Вами справедливо отмечена важность этого момента. Но материалы я беру из базы флюента и пока не знаю как посмотреть конкртеные значения физических величин. Постараюсь разобраться.

Спасибо за отклик!

[Delcraft 0]

Вы путаете стационарную постановку задачи в вычислительной гидродинамике и установившийся режим течения в природе (эксперименте). Не всегда они совпадают.

Посмотрите туториал №7 в хелпе Fluent - "Modeling Radiation and Natural Convection". Там похожий на Вашу задачу случай.

С уважением,

Delcraft.

[KSENIYA 0]

Здравствуйте. Помогите пожалуйста с задачей на гидродинамику. Необходимо смоделировать течение жидкости внутри сосуда. При этом в сосуде имеются подвижные створки, при этом движение створок осуществляется за счет течения жидкости. Течение жидкости периодически меняет направление, тем самым то открывает створки, то закрывает. Посоветуйте какой-нибудь урок. Сложность заключается в постановке движения жидкости и створок.

Изменено 11 декабря 2015 пользователем KSENIYA

[an_rushin 128]

поищите примеры на тему 2-Way-FSI

если есть доступ на support.ansys.com, то найдете один пример (пластина колеблется в потоке воздуха), как раз ваш случай.

[KSENIYA 0]

поищите примеры на тему 2-Way-FSI

если есть доступ на support.ansys.com, то найдете один пример (пластина колеблется в потоке воздуха), как раз ваш случай.

Данный пример не совсем подходит, так как пластина изгибается (эластичный материал створки), а у меня пластина поворачивается (твердый материал створки).

Сложность заключается в том, что задать движение створок и деформации сетки (в принципе основное). Многие уроки включают в себя загрузку файла с описание движения твердого тела, как мне данную процедуру избежать, пока не знаю. Помогите пожалуйста

[German_psv 20]

На первый взгляд 2D-модель затвора можно реализовать следующим образом:

- поперек проточного сосуда следует расположить две зоны типа окружности

- в каждой зоне расположить створки закрепленные на осях зон

- в зонах выполнить сеточную разбивку треугольниками. В остальном пространстве сосуда

желательно выполнить прямоугольную сетку

- к створкам применить модель SDOF с помощью UDF. Эта модель будет высчитывать силы

на створках от действия потока и поворачивать их относительно своих осей вращения.

Одновременно с изменением положения створок будет перестраиваться треугольная сетка.

- в UDF записать запрет на смещение створок, разрешить только угловые движения относительно осей. запретить угловое движение дальше состояния перекрытия сосуда

- на вход с помощью UDF подать поток с заданным алгоритмом изменения направления.

 

В общих чертах, примерно так.

 

Обучающего примера на такой затвор нет. Но примеры на SDOF существуют,

только они на другие темы. 

 

Недостаток такой модели.

Во Флуенте запрещено в SDOF соприкосновение тел, именно в такой ситуации -

как со сходящимися створками. Поэтому останется небольшое протекание при закрытых створках - между концами смыкающихся створок и между другими концами створок и стенками сосуда.

Изменено 14 января 2016 пользователем German_psv

[KSENIYA 0]

Не могу понять, почему все таки не происходит движения створок (полости в потоке). Створки сделана как полости в потоке. Динамическая сетка для поверхностей створок задавала как Rigid Body c Six Dof Option Passive.

Изменено 27 января 2016 пользователем KSENIYA

[German_psv 20]

Тут дело не в понимании. Модель SDOF построена не совсем логично. 

 

Поэтому посмотрите какой-нибудь пример с моделью SDOF.

Например, кораблик на волнах. Там под действием волн движется кораблик.

Для вас это без разницы, лишь бы поток двигал тело.

 

Упростите свою модель, например, возьмите одну створку.

Когда створка начнет двигаться под действием потока, тогда можно будет

вернуться к исходной модели

 

PS

Включать для тела опцию Passive не надо.

Passive включается для присоединенной к телу поверхности с пограничной сеткой.

Изменено 28 января 2016 пользователем German_psv

[KSENIYA 0]

Что лучше использовать для достоверности решения задачи, подвижное тело, как полости в потоке либо как твердое тело?

[German_psv 20]

Что лучше использовать для достоверности решения задачи, подвижное тело, как полости в потоке либо как твердое тело?

Во Флуенте 2D RigidBody представляется его внешним контуром, т.е. как полость. В модели 6DOF этому контуру в UDF назначаются следующие физические свойства:

- масса,

- момент инерции масс. 

Кроме того в UDF следует записать команды (см. UDF Tutorial), запрещающие смещение створки по оси OX и OY

При выставке опций модели 6DOF во Флуенте Вы должны будете указать координаты точки относительно которой будет поворачиваться створка