сетки конечных элементов и заданием граничных условий. После передачи модели в программу FLUENT студент вводит данные о материалах веществ, участвующих в опыте, и необходимые численные значения некоторых параметров. Итогом работы должны быть эпюры и картины распределения давления, скорости и энергетических характеристик потока по сечению рабочего участка (см. рис. 1) при известных начальных параметрах жидкости: давлениях жидкости на входе и на выходе, а также свойствах воды и водяного пара.

Построение трубки Вентури в программе Компас-График

Вкачестве примера рассмотрим трубку Вентури длиной 104

мми диаметрами: 4,5 мм – минимальный, 26 мм – максимальный. Для выравнивания параметров потока до и после трубки добавим к ней слева и справа прямолинейные участки длиной не менее двух максимальных диаметров трубки. Для упрощения решения воспользуемся только половиной сечения трубки Вентури (см. рис. В.10.1). Чертеж необходимо сохранить в формате IGES.

Рис. В.10.1. Построение рабочего участка в программе Компас

258

Рис. В.10.2. Сохранение чертежа в формате IGES

Программа GAMBIT

Для того чтобы поставленная задача была решена FLUENTом, с полученным чертежом необходимо выполнить некоторые преобразования.

Рис. В.10.3. Расположение ссылок программы GAMBIT

Запуск программы не отличается от вызова большинства других программ (с помощью ссылки «Gambit 2.3.16» в меню «Пуск») (см. рис. В.10.3). Однако познакомившись с программой ближе, лаборант покажет более рациональный запуск программы с учетом рабочей директории с использованием системных переменных. По-

сле вызова программы в диалоговом окне нужно указать рабочую

259

папку и название работы (см. рис. В.10.4). После нажатия кнопки «Run» происходит запуск GAMBIT.

Следует отметить, что для отображения окон многих инженерных программ, таких, как GAMBIT, STAR-CD, в операционной системе должен быть установлен транслятор EXCEED. По ряду причин большинство сложных CAE-систем было изначально спроектировано для работы под операционными системами UNIX (в частности, из-за неспособности работы ранних версий MS Windows с многопроцессорными и кластерными системами, а также невозможностью настройки операционной системы с закрытым исходным кодом). Оболочка таких программ использует графическую библиотеку OpenGL и связанные с ней принципы построения изображения без участия системного ядра.

Рис. В.10.4. Ввод названия работы и рабочей директории

После того как мы загрузили программу, рассмотрим более подробно, из каких частей состоит окно программы и какие функции они выполняют:

1. Главное меню. Состоит из трех пунктов: File, Edit, Solver (сверху).

File – с помощью этого пункта выполняем различные операции с файлами: открыть, сохранить, экспортировать в другой формат и др.

260

Edit – позволяет записать в файл некоторую дополнительную информацию о редакторе и выполнить операции отмены или повтора действия.

Solver – выбор решателя. Дело в том, что созданные в GAMBIT модели можно импортировать в различные CAE-системы. Программа может оптимизировать модель под некоторые из них при использовании соответствующего решателя.

Рис. В.10.5. Окно программы

2.Рабочая плоскость или пространство.

3.Панель инструментов (справа). Позволяет выполнять различные операции с моделью.

4.Окно, отображающее выполненные операции.

5.Командная строка. Позволяет работать в программе с помощью специальных команд.

6.Информационное окно. Показывает описание функций кнопок панели инструментов.

261

После запуска программы импортируем в нее чертеж, сохраненный в формате IGES. Для этого выполним команды в меню

«File»: Import – IGES (см. рис. В.10.5). Далее в появившемся окне

(см. рисунок В.10.6, а) выбираем «Обзор...» (Browse...) и указываем файл (см. рисунок В.10.6, б) «truba_2d.igs». Вместо привычной кнопки завершения действия «OK» здесь можно встретить

«Accept».

а	б
	Рис. В.10.6. Окно обзора файла (а); окно выбора файла (б)
	Редактирование чертежа

Через панель инструментов наложим на исходный контур поверхность:

**

262

Рис. В.10.7. Создание повехности

Удерживая нажатой клавишу SHIFT, выделите левой кнопкой четыре линии, образующие левый прямоугольник контура. Нажми-

те «Apply» в окне «Create Face from Wireframe». Линии образован-

ной поверхности должны отобразиться голубым цветом. Повторите данную процедуру для остальных участков.

Построение сетки конечных элементов поверхности

С помощью панели инструментов разбиваем поверхности. Для прямоугольных поверхностей 1 и 4 воспользуемся командами:

*

263

Рис. 8. Создание сетки КЭ

Выделив нужные поверхности, введем в поле «Spacing» размер конечного элемента (КЭ) «Interval size» 1 мм. После нажатия кнопки «Apply» указанные поверхности должны разбиться на элементы (см. рис. В.10.9).

264

Рис. В.10.9. Вид разбитых поверхностей 1 и 4

Для разбиения более сложных поверхностей 2 и 3 сначала произведем разбивку отрезка прямой в критическом сечении на такое же количество элементов, какое укладывается по высоте поверхности 1. Так как радиус трубы в широком сечении равен 13 мм, а размер элемента для первой и четвертой поверхностей нами выбран 1 мм, то это количество соответствует 13.

*

Операция разбиения линии аналогична проведенной ранее процедуре для поверхности. Отличие лишь в том, что теперь нужно задать не размер элемента, а их количество, и в поле «Spacing» вводим «13», предварительно изменив значение кнопки «Interval size» на «Interval count». Для невертикальных линий, относящихся к поверхностям 2 и 3, необходимо учесть изменение размера КЭ по длине этих линий. Тенденция уменьшения или увеличения линейного размера элемента учитывается масштабным коэффициентом «Ratio». Для линий второй поверхности этот коэффициент можно

265

взять 0,872, а для третьей – 1,01 (см. рис. В.10.10). При этом может потребоваться изменение размера элемента. В нашем случае при-

мем 0,4 мм.

Рис. В.10.10. Параметры разбивки линий поверхностей 2 и 3

266

Рис. В.10.11. Вид подготовленных линий поверхностей 2 и 3

Рис. В.10.12. Параметры разбивки

267

Произведем последовательно разбивку второй, а затем третьей поверхности. Вторую поверхность необходимо заполнить не только четырехугольными элементами, но и треугольными. Поэтому в диалоговом окне вводим: количество элементов – «13», вид элемента – «4-угольный / 3-угольный», тип заполнения – упорядоченный «Map» (см. рис. В.10.12). Для третьей поверхности применим способ разбивки по самой короткой стороне «Shortest edge» – критическому сечению. Размер элемента вблизи такой стороны определится автоматически. Вид КЭ – 4-угольный, заполнение упорядоченное.

Рис. В.10.13. Сетка КЭ расчетной модели

268

Задание граничных условий (ГУ)

Рис. В.10.14. Задание ГУ

В данной задаче мы ограничимся четырьмя условиями: зададим стенку трубы (Wall), давление на входе и выходе

(Pressure_inlet и Pressure_outlet) и ось симметрии (Axis). Данная процедура выполняется в разделе «Зоны» панели инструментов.

*

Итогом процедур должна стать конечно-элементная модель половины сечения трубки Вентури (см. рис. В.10.15).

Рис. В.10.15. Сеточная модель с наложенными граничными условиями

269

Далее необходимо сохранить полученную модель для дальнейшей работы с ней в комплексе Fluent (тип файла *.msh). Воспользуемся главным меню программы «Export - Mesh» (рис.

В.10.16).

Рис. В.10.16. Сохранение сетки в формат MSH

Программа FLUENT

Эта глава исследует кавитационное течение воды через трубку Вентури. Используя способность моделирования многофазных течений FLUENT, можно предсказать кавитацию после разделения потока в узком сечении трубы.

В данном разделе проведем следующие шаги:

•установим численные значения известных параметров для течения;

•используем модель смеси жидкости и газа с эффектами кавитации;

•получить решение, используя раздельный решатель

(segregated solver);

•проведем анализ полученных результатов.

Задача рассматривает кавитацию, вызываемую разделением течения из-за изменения диаметра трубы (трубка Вентури). Движение жидкости происходит за счёт перепада давления. Согласно замерам на гидравлическом стенде, явление кавитации наблюдается

270

при давлении на входе 187534 Па, на выходе – 111016 Па. Возьмем те же значения для виртуального эксперимента и сравним результаты, полученные в ходе опыта. Геометрия трубы показана на рис.

В.10.1.

1. Запуск FLUENT и загрузка модели

Рис. 17. Консоль программы FLUENT

1.1. Загрузите файл сетки (*.msh): File - Read – Case...

Как только FLUENT прочитает сетку он отобразит результат в консоли окна.

1.2. Проверьте сетку: Grid - Check

FLUENT обеспечит проверку сетки и выведет результаты в консоли окна. Особое внимание уделите отображаемому минимальному объёму. Убедитесь, что это положительное значение.

271

Рис. В.10.18. Проверка сетки

1.3. Проведите пересчет единиц измерения, которые использовались при построении сетки:

Grid - Scale

Рис. В.10.19. Выбор единиц измерения в расчете

Так как модель создавалась с миллиметровой сеткой, то выберите «мм» и подтвердите выбор нажатием кнопки «Scale».

1.4. Отобразите сетку: Display - Grid...

Отобразите сетку, используя настройки по умолчанию (см.

рис. В.10.20).

272

Рис. В.10.20. Параметры вывода модели на экран

Будет моделироваться только половина геометрии с осевой границей, при этом программа считает объемную модель, проворачивая сечение на 360 градусов вокруг оси.

Рис. В.10.21. Отображение сетки

273