Ćwiczenie 1: Wprowadzenie do środowiska ANSYS Workbench 14

Transkrypt

1 Ćwiczenie 1: Wprowadzenie do środowiska ANSYS Workbench 14 Cele ćwiczenia Zapoznanie z podstawowymi funkcjami programów: ANSYS DesignModeler (tworzenie geometrii) i ANSYS Meshing (tworzenie siatki), oraz ich współdziałaniem z ANSYS Fluent (obliczenia przepływowe) wewnątrz i poza środowiskiem Workbench. Rozpoczęcie pracy Aby rozpocząć projekt przesuwamy z okna Analysis Systems bloczek Fluid Flow (Fluent), od razu dodając wszystkie programy, których będziemy potrzebowali do wykonania obliczeń od podstaw. Wymaga to od nas, kolejno: utworzenia geometrii, siatki, a następnie konfiguracji obliczeń. Zarówno do obliczeń jak i ich analizy będziemy wykorzystywali program Fluent. Istnieje również możliwość użycia zewnętrznego post-procesora (odnosi się do niego ostatnia pozycja Results), jednak nie będziemy z niego korzystali. Inną możliwością rozpoczęcia projektu, jest samodzielne przeciągnięcie wszystkich potrzebnych programów z okna Component Systems. Najpierw dodajemy Geometry, następnie przeciągamy bloczek Mesh najeżdżając na komórkę z geometrią która będzie wykorzystywana, podobnie z Fluentem, przeciągamy go na komórkę zawierającą naszą siatkę.

2 Początkowo przy wszystkich komórkach znajduje się znak zaptyania, co oznacza że są one puste. O poprawnym zkonfigurowaniu danych w komórce informuje znak. Mogą się również pojawić następujące symbole: - konieczna jest interwencja użytkownika / komórka jest pusta - dane wyjściowe z komórki muszą zostać ponownie wygenerowane (Update Project) - wymagane jest odświeżenie projektu (Refresh Project) Wykonanie geometrii Po otwarciu ANSYS Workbench, z lewego menu przeciągnąć ikonę Geometry do okna Projektu. Otworzyć program do tworzenia geometrii przez dwukrotne kliknięcie na Geometry. Ustawić centymetry jako jednostkę długości, jeżeli nie pojawiło się okno wyboru jednostek, to należy zmienić ustawienia w Tools\Options\DesignModeler\Units\Lengh Unit.

3 Z bocznego menu wybrać płaszczyznę XY i kliknąć na zakładkę Sketching. Gdy zaczniemy rysować, automatycznie dodany zostanie szkicownik o nazwie Sketch1. Ustawić widok prostopadły do płaszczyzny XY klikając w prawym dolnym rogu na oś Z (ikona ta służy tylko zmianie widoku). Narysować geometrię kanału z uskokiem wg poniższego schematu. 70 mm 2 cm h 48 cm 3 cm Zacząć od utworzenia prostokąta Draw\Rectangle, stanowiącego prawą częśc kanału o większej wysokości. Należy zwróci uwagę iż rysując prostokąt, automatycznie dodawane są warunki poziomu i pionu na odpowiednich krawędziach, oraz pokrywania się punktów wierzchołkowych. Jeżeli zaznaczymy linię, bądź inny element geometrii, to w lewym dolnym rogu ekranu, w oknie Details View możemy sprawdzić jakie więzy są do niej przypisane. Aby samemu nadać więzy należy przejś do zakładki Constraints. Niektóre więzy można nadać od razu w trakcie kreślenia, np. gdy rysujemy linię bliską poziomowi, albo pionowi, to gdy pojawi się przy niej odpowiednia litera (H horizontal, V- vertical), automatycznie zostanie przypisany jej dany atrybut. Podobnie jeżeli zbliżymy kursor do punktu i pojawi się litera P, oznacza to iż automatycznie zostanie nadany więz pokrywania się. Teraz należy zwymiarowac geometrię używając opcji pod zakładką Dimensions\Horizontal i Vertical. Zmiany wartości wymiaru można dokonać w lewym dolnym oknie Details View w zakładce Dimensions. Ostatnia czynność to zdefiniowanie położenia geometrii na płaszczyźnie. W tym przypadku najlepiej poprzez wybranie lewego dolnego wierzchołka i utwierdzenie go w środku układu współrzędnych (Constraints\Coincident zaznaczyć wierzchołek oraz kolejno oś X i Y). Jeżeli krawędzie zmieniły kolor na niebieski, to znaczy że geometria jest w pełni zwymiarowana. Dodać drugi szkicownik, zaznaczyć XYPlane i kliknąć na ikonę dodania nowego szkicu.

4 Pracując w szkicowniku należy zwracać uwagę, w którym z nich w danej chwili modyfikujemy geometrię. Jego wyboru dokonujemy z listy, albo z lewego menu. W drugim szkicowniku narysować prostokąt (lewa częśc kanału), zwymiarować i utwierdzić go w odpowiednim miejscu (Constraints\Coincident zaznaczyć wierzchołki obu prostokątów, które powinny się pokrywać) Szkice należy teraz wykorzystać do utworzenia powierzchni, przy użyciu Concept/Surfaces from Skteches. Wybrać pierwszy szkic (wystarczy zaznaczyć którąś z jego krawędzi, albo zaznaczyć go w bocznym menu przy Base Objects i kliknąć Apply), operację potwierdzić klikając na Generate (aby potwierdzić wykonanie jakiejkolwiek operacji modelowania trzeba użyć tego przycisku). Dodać kolejną powierzchnię wykorzystując drugi szkic, zwrócić uwagę iż operacja domyślnie wykonywana jest w trybie dodawania materiału Operation\Add Material, oznacza to iż nowa powierzchnia zostanie dodana do już istniejącej. W lewym bocznym menu w zakładce Part, Body powinna pojawić się nowa pozycja: Surface Body, w jej właściwościach (dolne lewe okno Details of Surface Body) zmienić Solid na Fluid. Jeżeli zaznaczymy naszą powierzchnię i klikniemy prawy przyciskiem myszy, to pojawią się opcje: Hide Body ukrywanie widoku powierzchni, oraz Suppress Body dezaktywacja powierzchni. Zmodyfikować jedno z poleceń dodania powierzchni, zmieniając tryb na Operation\Add Frozen. Sprawdzić ile ciał i powierzchni jest zdefiniowanych w naszym modelu. Teraz są to dwie niezależne powierzchnie, między którymi nie będzie przepływu. Aby połączyć je w całość należy rozwinąć zakładkę Part, Body, zaznaczyć z Shiftem obie powierzchnie i kliknąć prawy przycisk myszy wybierając Form New Part. Sprawdzić czy we właściwościach, obie powierzchnie posiadają warunek Fluid (jeżeli nie to tak ustawić).

5 W naszym przypadku geometria mogła zostać utworzona przy wykorzystaniu tylko jednego szkicownika, bez konieczności dodatkowych operacji łączenia powierzchni. Celem wykonania modelu w ten sposób było zapoznanie z większą ilością opcji DesginModelera. Zmienić rodzaj wybieranej geometrii na punkty: Sprawdzić i zanotować współrzędne Y-owe punktów krańcowych krawędzi wlotowej, oraz współrzędną X-ową na której znajduje się stopień: Tools/Analysis Tools/Entity Information (przydadzą się na kolejnych zajęciach). Zapisać projekt i zamknąć DesignModelera.

6 Wykonanie siatki Z lewego menu przeciągnąć ikonę Mesh na zakładkę Geometry. Otworzyć program do tworzenia siatki przez dwukrotne kliknięcie na Mesh. W bocznym menu wybrać zakładkę Mesh, w oknie Details of Mesh zmienić ustawienia pod Sizing: - Use Advanced Size Function: Off - Element Size: zamiast Default wpisać 5e-3 (0,5 mm) Uwaga: W Workbanchu, w programach do tworzenia geometrii i siatki domyślnym znakiem separatora dziesiętnego jest przecinek, natomiast w programie Fluent jest to kropka. Kliknąć na Generate Mesh i obejrzeć siatkę. Zmienić rodzaj wybieranej geometrii na linie. Chcemy aby siatka miała więcej elementów w pionie, kliknąć prawy przycisk myszy a następnie Insert/Sizing. Zaznaczyć dwie pionowe krawędzie na wysokości stopnia (żeby zaznaczy więcej niż jedną musimy trzymać Ctrl) i potwierdzić Apply przy Geometry. Wpisać odpowiednią wartość przy Element Size (na krawędzi o długości 3 mm ma być ok. 10 podziałów). Ponownie wygenerować siatkę. Aby podziały z krawędzi zostały narzucone dla całego obszaru, należy zaznaczyć obie powierzchnie i kliknąć prawy przycisk myszy a następnie Insert/Mapped Face Meshing, kolejny raz wygenerować siatkę. Poniżej widok gotowej siatki. Nazwać charakterystyczne elementy geometrii, w naszym przypadku jest to wlot i wylot. Zaznaczyć lewą pionową krawędź, kliknąć prawy przycisk myszy i wybrać Create Named Selection, nadać jej nazwę velocity_inlet (przypisanie warunku wlotu prędkościowego), podobnie postąpić z prawą pionową krawędzią nazywając ją pressure_outlet (wylot ciśnieniowy). Wszystkie pozostałe krawędzie domyślnie będą posiadały warunek ścian. Klikając na zakładkę Named Selection w lewym menu, można sprawdzić czy przypisanie geometrii pod nazwę zostało dokonane prawidłowo. Wyeksportować siatkę do wybranego przez siebie katalogu File/Export (Zapisz jako typ: Fluent Input Files (*.msh)). Otworzyć Fluenta klikając na skrót na pulpicie, albo poprzez Menu Start/ANSYS 14/Fluid Dynamics. W oknie startowym ustawić obliczenia: 2D, Serial (wykorzystanie jednego procesora), odznaczyć Double Precision (obliczenia dla pojedynczej precyzji), ustawić swój katalog roboczy. Wczytać siatkę File/Read/Mesh.

7 Sprawdzić czy warunki brzegowe zostały nadane prawidłowo, domyślnie warunki wlotowe wyświetlają się na niebiesko, wylotowe na czerwono, natomiast ściany na biało. Zapisać dane File/Write/Case (gdybyśmy mieli wyniki obliczeń należałoby wybrać Case & Data), prace we Fluencie będziemy kontynuowali na następnych zajęciach. Fluenta można uruchomić również w środowisku Workbench poprzez przeciągnięcie z lewego menu jego ikony i nakierowanie na komórkę z siatką, jednak w ramach zajęć będziemy zazwyczaj uruchamiać program Fluent poza Workbenchem. Utworzyć nową siatkę, ponownie z lewego menu przeciągnąć ikonę Mesh na zakładkę Geometry i uruchomić program ANSYS Meshing. Tym razem siatka będzie wykonana na podstawie ustawień kontroli siatki, przy mniejszej ingerencji użytkownika. Zaznaczyć Mesh w Menu i przejść do edycji właściwości siatki Details of Mesh. Deafults: Sizing: Physics Prefeence: CFD Relevance: 100 Use Advanced Size Function: On Proximity and Curvature Wygenerować siatkę, sprawdzić jak będzie wyglądała przy innych wartościach w polach Physics Prefeence i Relevance. Jeżeli byłaby taka potrzeba, to istnieje możliwość dodania siatki warstwy przyściennej. W tym celu kliknąć prawym przyciskiem myszy na pozycję Mesh w lewym Menu i wybrać Insert/Inflation. Najpierw przy Geometry wybieramy powierzchnię, do której będzie należała siatka, zaznaczając powierzchnię należy upewnić się, że filtr wyboru geometrii ustawiony jest na powierzchnie. Następnie przy Boundary należy wprowadzić ściany na których utworzona zostanie siatka warstwy przyściennej (u nas będą to wszystkie poziome krawędzie plus pionowa krawędź stopnia). Aby wybrać więcej niż jedną krawędź, w czasie zaznaczania należy przytrzymać klawisz Ctrl. Ustawić ilość warstw na 10 (Maximum Layers). Wygenerować siatkę. Jeżeli chcemy wymusić tworzenie siatki o elementach trójkątnych, należy kliknąć prawym przyciskiem myszy na Mesh, wybrać Insert/Method i ustawić Triangles przy Method

8 Zapisać projekt, do obliczeń będziemy wykorzystywać tylko pierwszą, wygenerowaną wcześniej siatkę, także nie ma konieczności ponownego eksportowania siatki do Fluenta. Zadanie dodatkowe Samodzielnie wykonać geometrię, a następnie siatkę odpowiadającą poniższemu schematowi.