Instrukcja do wykonania symulacji numerycznych CFD w programie PolyFlow 14.0 przepływu płynów nienewtonowskich o właściwościach lepkosprężystych

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Instrukcja do wykonania symulacji numerycznych CFD w programie PolyFlow 14.0 przepływu płynów nienewtonowskich o właściwościach lepkosprężystych"

Dominik Kalinowski
7 lat temu
Przeglądów:

1 Instrukcja do wykonania symulacji numerycznych CFD w programie PolyFlow 14.0 przepływu płynów nienewtonowskich o właściwościach lepkosprężystych 1. Uruchamianie programu PolyFlow W ramach projektu symulacje CFD dla przepływu płynu o właściwościach lepkosprężystych wykonano w programie PolyFlow Program ten może być uruchomionny na platformie linuxowej lub windowsowej. Poniżej przedstawiono sposób uruchomiania programu na obu platformach: Linux Windows W okno terminalu wpisujemy komendę polyman, np.: bash-4.1$ polyman Po zatwierdzeniu komendy program PolyFlow14.0 zostaje uruchomiony. Po naciśnięciu ikony programu zostaje uruchomiony. - program PolyFlow14.0 Program PolyFlow 14.0 składa się z podprogramów (polydata, polyflow, CFD-post), które można wywołać poprzez okienko terminala (system operacyjny linux) lub poprzez naciśnięcie właściwej ikony (system operacyjny linux oraz windows). 2. Wprowadzanie danych dla warunków brzegowych program Polydata Po zaimportowaniu wykonanej wczesniej siatki numerycznej, w celu wprowadzenia warunków brzegowych należy uruchomić moduł Polydata: Linux Windows ikona do uruchamiania programu polydata Okno i polecenia programu Polydata są identyczne w wersji linuxowej oraz windowsowej. 1

Program ten może być uruchomionny na platformie linuxowej lub windowsowej.

2 Po wciśnięciu ikony program Polydata zostaje uruchomiony: Program Polydata (okienko startowe) Dane materiałowe: Polydata (Material data) Użytkownik może dokonać zmian w siatce numerycznej poprzez wybór opcji związanych z siatką (mesh). Jeżeli takie operacje nie są potrzebne, można przejść od razu do utworzenia zadania: Create a new task -> F.E.M. Task 1 (nazwa domyślna) W celu zdefiniowania właściwości materiału użytkownik powinien wybrać opcję Material data,a następnie modele płynów nienewtonowskich o właściwościach lepkosprężystych: Material data -> Differential viscoelastic models Dane materiałowe: Polydata (Material data-> Differential viscoelastic models) Dane materiałowe (modele lepkosprężyste): Polydata (Material data-> Differential viscoelastic models -> Viscoelastic model) Użytkownik ma do dyspozycji 8 modeli płynów lepkosprężystych do obliczeń należy wybrać model, który możliwie najdokładniej opisuje zachowanie modelowanego płynu. Dobór modelu może zostać wykonany w programie PolyFlow za pomocą opcji Material data -> Curve fitting Dostepny w programie model Maxwella opisuje lepkosprężystośc liniową, natomiast pozostałe modele (Oldroya-B, White-Metznera, PTT, Giesekusa, FENE-P, POMPOM i Lenova) lepkosprężystość nieliniową. W celu wykonania obliczeń CFD dla płynu lepkosprężystego należy dysponować danymi eksperymentalnym z pomiarów reometrycznych. Do wyznaczenie parametrów modelu płynu lepkosprężystego potrzebne są następujące dane eksperymentalne: zależności lepkości od szybkości ścinania oraz zależność modułów lepkości i sprężystości od częstotliwości kątowej. 2

Task 1 (nazwa domyślna) W celu zdefiniowania właściwości materiału użytkownik powinien wybrać opcję Material data,a następnie modele płynów nienewtonowskich o właściwościach lepkosprężystych:

3 Dane materiałowe (wyznaczanie parametrów modelu): Polydata (Material data-> Curve fitting) Dane materiałowe (dopasowanie krzywej lepkości oraz modułów sprężystości i stratności dla modelu Giesekusa do danych eksperymentalnych): Polymat Po wybraniu opcji Curve fitting uruchomiony zostaje program Polymat, do którego można zaimportować dane z pomiarów reometrycznych wykonanych w trybie rotacyjnym oraz oscylacyjnym i wyznaczyć parametry np. modelu Giesekusa. Kropki dane eksperymentalne, linia model Gisekusa; kolory krzywych są dobierane samodzielnie przez użytkownika. Użytkownik wskazuje również kolejność wczytywania danych. Dane materiałowe (wyznaczanie parametrów modelu): Polydata (Material data-> Differential viscoelastic models -> Viscoelastic model) Dane materiałowe (gęstość roztworu): Polydata (Material data-> Density) Po wybraniu opcji Automatic fitting użytkownik powraca do programu Polyman, a w programie zostają zapisane parametry modelu (na rysunku powyżej przedstawiono przykładowe parametry dla modelu Giesekusa i wodnego roztworu CMC o stężeniu 1%). Warunki graniczne przepływu: Polydata (F.E.M. Task data-> Flow boundary conditions -> Inflow 3

oraz oscylacyjnym i wyznaczyć parametry np. modelu Giesekusa. Kropki dane eksperymentalne, linia model Gisekusa; kolory krzywych są dobierane samodzielnie przez użytkownika.

4 Warunki graniczne (strumień masowy): Polydata (Flow Bondary conditions -> Inflow ) LUB (Flow Bondary conditions -> Outflow ) Warunki graniczne (strumień masowy): Polydata (Flow Bondary conditions -> Inflow ) LUB (Flow Bondary conditions -> Outflow ) W celu określenia parametrów związanych z przepływem płynu należy wybrać opcję Flow Bondary conditions -> Inflow lub Outflow. Użytkownik ma do wyboru 2 opcje: przepływ objętościowy (volumetric flow) lub masowy (mass flow rate). Przykładowo dla przepływu masowego obliczony (zadawany) strumień płynu należy zdefiniować na wlocie i wylocie do aparatu (w analizowanym przypadku do mieszalnika statycznego). Podczas przepływu płyn lepkosprężysty, w wyniku oddziaływujących na niego sił, ulega deformacji. W modelach płynów lepkosprężystych deformacja ta jest opisana równaniem tensora (T = T 1 + T 2 ). Tensor ujmuje składową elastyczną (T 1 ) oraz składową sprężystości (T 2 ). W przypadku płynów lepkosprężystych odkształcenia elementu płynu są nieliniowe, wielokierunkowe, zmienne w czasie. W celu rozwiązania tak złożonego problemu w programie PolyFlow zastosowano technikę iteracyjnego rozwiązywania problemu (evolution - > EVOL). Opcja EVOL powinna zostać uaktywniona przed wprowadzeniem warunków granicznych. Zapisywanie danych w zadaniu: Polydata (Flow Bondary conditions -> Upper lever menu -> Accept) Dane materiałowe (gęstość roztworu): Polydata (Material data-> Density) Po zdefiniowaniu danych materiałowych oraz warunków brzegowych użytkownik powinien wrócić do menu głównego. W menu głownym wyświetlone zostają zmienne, które będą obliczane podczas symulacji. Po ich zakaceptowaniu (Accept), wyświetlona zostaje lista plików wyjściowych, które będą dostępne do analizy danych na etapie post-processingu (pliki typu: *.res, *.rst, *.cfx). Kliknięcie na polecenie Continue pozwala na zapisanie wybranych wcześniej opcji i zamknięcie program Polydata. Użytkownik automatycznie powraca do menu głównego programu Polyflow, w którym następnie zostaną wykonane obliczenia numeryczne. 4

Użytkownik ma do wyboru 2 opcje: przepływ objętościowy (volumetric flow) lub masowy (mass flow rate).

5 3. Uruchamianie obliczeń program Polyflow Projekt badawczy N N Moduł obliczeniowy programu PolyFlow14.0 zostaje uruchomiony poprzez naciśnięcie ikony : Obliczenia numeryczne: Polyflow Obliczenia numeryczne: Polyflow Po prawej stronie pokazano okno modułu obliczeniowego programu PolyFlow po uruchomieniu obliczeń. Obliczenia numeryczne: Polyflow Pierwszy krok obliczeniowy: W pierwszej kolejności wyświetlane są informacje o zdefiniowanych parametrach zadania, a następnie pojawia się informacja o aktualnie obliczanym kroku (iteracji). W przypadku rozbieżności podczas kolejnych iteracji, obliczenia zostają przerwane i wyświetlony zostaje komunikat The computational failed. Przyczyna przerwania obliczeń zostaje podana. W przypadku symulacji przepływu płynów lepkosprężystych przyczyna braku zbieżności często jest związana z niewłaściwym doborem kroku czasowego. W takim przypadku użytkownik powinien skorygować dane początkowe w programie Polydata (F.E.M. Task 1 -> Numerical parameters), a następnie ponownie uruchomić odliczenia. 5

6 Obliczenia numeryczne: Polyflow brak zbieżności zadania W celu rozwiązania problemu należy powrócić do programu Polydata: Polydata (F.EM. Task 1 -> Numerical parameters) W przypadku uzyskania zbieżności zadanie zostaje zakończone i wyświetlony zostaje komunikat The computation succeeded : 4. Opracowanie wyników (post-processing) program CFD-Post Po wykonaniu obliczeń numerycznych, użytkownik może przystąpić do opracowania i analizy wyników. Programem dedykowanym do post-processingu dla programu PolyFlow 14.0 jest CFD-Post, który zostaje uruchomiony po wciśnięciu ikony. W programie CFD-Post możliwe jest wykonanie rysunków przedstawiających kontury analizowanych wielkości. Możliwe jest również odczytywanie danych w wybranych punktach aparatu i sporządzanie na ich podstawie wykresów. 6

Opracowanie wyników (post-processing) program CFD-Post Po wykonaniu obliczeń numerycznych, użytkownik może przystąpić do opracowania i analizy wyników.

7 Okno programu CFD-Post Linie prądu (stream line), mieszalnik statyczny Kenics 7

8 Wykres zależności prędkości od odległości od ścianki, mieszalnik statyczny Kenics 8

Podobne dokumenty

Projekt badawczy N N209 374139 Badania doświadczalne i numeryczne przepływu płynów lepkosprężystych

Projekt badawczy N N209 374139 Badania doświadczalne i numeryczne przepływu płynów lepkosprężystych Tworzenie siatek numerycznych na przykładzie układu cylinder cylinder przepływ Couette Układ, dla którego przedstawiono w ramach niniejszego rozdziału sposób generowania siatek numerycznych, stanowiły