Projekt badawczy N N Badania doświadczalne i numeryczne przepływu płynów lepkosprężystych

Transkrypt

1 Tworzenie siatek numerycznych na przykładzie układu cylinder cylinder przepływ Couette Układ, dla którego przedstawiono w ramach niniejszego rozdziału sposób generowania siatek numerycznych, stanowiły dwa współosiowe cylindry o różnych średnicach i tej samej wysokości. Cylinder zewnętrzny był nieruchomy (stator), natomiast cylinder wewnętrzny poruszał się ze stałą prędkością kątową Ω (rotor). Wymiary układu dwóch współosiowych cylindrów zestawiono w Tabeli 1, natomiast geometrię układu przedstawiono na Rys. 1. Wymiary podane w Tabeli 1 zostały zastosowane do wstępnych obliczeń CFD przepływu Couette i płynu newtonowskiego (woda). Do obliczeń zasadniczych tego przepływu i płynu nienewtonowskiego (wodny roztwór CMC o stężeniu 1,0% wag.) średnica d s = 0,08 m, natomiast d r = 0,06 m, co odpowiadało wymiarom układu dwóch współosiowych cylindrów zastosowanego do badań LDA. Tab. 1. Przykładowe wymiary układu cylinder cylinder Nazwa Symbol Wartość [m] Średnica cylindra zewnętrznego (statora) d s 0,0800 Średnica cylindra wewnętrznego (rotora) d r 0,0664 Wysokość cylindrów H 0,22 Rys. 1. Geometria układu cylinder cylinder Generowanie siatki numerycznej jest pierwszym etapem obliczeń numerycznych i nosi ogólną nazwę preprocessing. W etapie tym użytkownik tworzy geometrię danego układu oraz generuje siatkę numeryczną pokrywającą ten układ. Następnie definiuje się warunki brzegowe 1

2 oraz eksportuje wygenerowaną siatkę do programu obliczeniowego. Przykładowym programem wykorzystywanym w etapie tworzenia modelu jest Gambit Pierwszym krokiem w celu utworzenia siatki numerycznej w programie Gambit jest wybór solvera. W tym celu z menu głównego wybrano opcję Solver Fluent 5/6 (Rys. 2). Rys. 2. Wybór solvera w programie Gambit Po wybraniu solvera przystąpiono do utworzenia trójwymiarowej geometrii dwóch współosiowych cylindrów, z których jeden (zewnętrzny) był nieruchomy i pełnił rolę statora, drugi natomiast (wewnętrzny) był ruchomy i pełnił rolę rotora. Dwa współosiowe cylindry utworzono korzystając z procedury: Operation, Geometry Command Button Geometry, Volume Command Button Volume, Create Volume Cylinder Procedura ta otworzyła okno Create Real Cylinder, w którym wpisano parametry (wysokość i promień) oraz nazwę cylindra zewnętrznego, a następnie zatwierdzono geometrię klikając Apply (Rys. 3). Analogicznie utworzono cylinder wewnętrzny. Wynikiem wykonanych operacji jest układ dwóch współosiowych cylindrów (Rys. 4). Rys. 3. Generowanie cylindra zewnętrznego 2

3 Rys. 4. Układ dwóch współosiowych cylindrów Kolejnym krokiem było połączenie dwóch odrębnych objętości (statora i rotora) w jedną geometrię z wykorzystaniem operacji boolowskich. Procedura była następująca: Operation, Geometry Command Button Geometry, Volume Command Button Volume, Boolean Operations Subtract Volumes Procedura ta otworzyła okno Subtract Real Volumes, w którym jako objętość zdefiniowano stator, a jako odejmowaną objętość rotor, co przedstawia Rys. 5. Rys. 5. Tworzenie jednej objętości z wykorzystaniem operacji boolowskich Na tak narysowany układ nałożono strukturalną siatkę numeryczną. W tym celu posłużono się następującą procedurą (Rys. 6): Operation, Mesh Command Button Mesh, Volume Command Button Volume, Mesh Volumes Rys. 6. Procedura generowania siatki numerycznej 3

4 Procedura ta otworzyła okno Mesh Volumes (Rys. 7), w którym najpierw wybrano utworzoną objętość, a następnie zdefiniowano parametry siatki numerycznej. Nałożono siatkę typu Cooper z elementami Hex/Wedge. Jako źródła z listy powierzchni wybrano powierzchnie wlotu i wylotu. Rozstaw komórek obliczeniowych ustawiono jako 3. Następnie zatwierdzono siatkę klikając Apply. Wynikiem procedury jest siatka numeryczna składająca się z komórek obliczeniowych. Siatkę tą przedstawiono na Rys. 8. Rys. 7. Parametry siatki numerycznej Rys. 8. Strukturalna siatka numeryczna Kolejnym etapem było zdefiniowanie warunków brzegowych według procedury (Rys. 9): Operation, Zones Command Button Zones, Specify Boundary Types Command Button 4

5 Rys. 9. Procedura definiowania warunków brzegowych Procedura ta otworzyła okno Specify Boundary Types (Rys. 10), w którym zdefiniowano cztery warunki brzegowe dwa typu Wall dla powierzchni statora i rotora, oraz po jednym typu Velocity Inlet i Pressure Outlet odpowiednio dla wlotu i wylotu. Po zdefiniowaniu warunków brzegowych zapisano strukturalną siatkę numeryczną według procedury: File Save As nadano nazwę i zaakceptowano. Rys. 10. Warunki brzegowe Ostatnim krokiem jest eksport wygenerowanej siatki do programu, który na początku definiowany był jako solver. Eksport siatki następuje według procedury: File Export Mesh (wybieramy nazwę zapisanego pliku) Accept 5