Modelowanie maszyn wirnikowych w środowisku ANSYS

Podobne dokumenty
TECHNIKI PLANOWANIA EKSPERYMENTU I OPTYMALIZACJA KONSTRUKCJI MASZYN WIRNIKOWYCH Z WYKORZYSTANIEM METOD NUMERYCZNYCH

Nowoczesne narzędzia obliczeniowe do projektowania i optymalizacji kotłów

Komputerowe wspomaganie projektowania- CAT-01

TEMAT 5. Wprowadzenie do ANSYS Fluent i post-procesora transfer ciepła

Komputerowe wspomaganie projektowania- CAT-01

Modelowanie zjawisk przepływowocieplnych. i wewnętrznie ożebrowanych. Karol Majewski Sławomir Grądziel

Projekt badawczy N N Badania doświadczalne i numeryczne przepływu płynów lepkosprężystych

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

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

dr inż. Cezary Żrodowski Wizualizacja Informacji WETI PG, sem. V, 2015/16

POLITECHNIKA LUBELSKA

dr inż. Cezary Żrodowski Wizualizacja Informacji WETI PG, sem. V, 2015/16

Mgr inż. Wojciech Chajec Pracownia Kompozytów, CNT Mgr inż. Adam Dziubiński Pracownia Aerodynamiki Numerycznej i Mechaniki Lotu, CNT SMIL

dr inż. Cezary Żrodowski Wizualizacja Informacji WETI PG, sem. V, 2015/16 b) Operacja wyciągnięcia obrotowego z dodaniem materiału - uchwyt (1pkt)

Numeryczne Metody Obliczeniowe

Metoda Elementów Skończonych. Projekt: COMSOL Multiphysics 3.4.

Numeryczne modelowanie procesów przepł ywowych

Numeryczne modelowanie procesów przepł ywowych

Instrukcja do zajęć z modelowania pracy poprzecznych łożysk ślizgowych

Jan A. Szantyr tel

SPRĘŻ WENTYLATORA stosunek ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie

Cel i zakres pracy dyplomowej inżynierskiej. Nazwisko Imię kontakt Modelowanie oderwania strug w wirniku wentylatora promieniowego

METODA ELEMENTÓW SKOŃOCZNYCH Projekt

J. Szantyr Wykład nr 19 Warstwy przyścienne i ślady 1

Metoda elementów skończonych

Udoskonalenie łopat śmigła w oparciu o obliczenia CFD. Modyfikacja kształtu przy użyciu Multiple Objective Design.

Metoda Elementów Brzegowych LABORATORIUM

Ćwiczenie: Wentylator promieniowy. Sformułowanie zadania. Budowanie geometrii (GAMBIT) a) Tworzenie dyfuzora

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH.

pakiety do obliczeń rozkładów pól fizycznych (CAE):

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: SEN SM-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Energetyka Specjalność: Systemy, maszyny i urządzenia energetyczne

Laboratorium komputerowe z wybranych zagadnień mechaniki płynów

POLITECHNIKA LUBELSKA

PLAN SZKOLEŃ FEMAP. Nasza oferta: Solid Edge najefektywniejszy dostępny obecnie na rynku system CAD klasy mid-range,

2. Struktura programu MotorSolve. Paweł Witczak, Instytut Mechatroniki i Systemów Informatycznych PŁ

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE ENERGETYCZNE Rola modelowania fizycznego i numerycznego

Numeryczne wyznaczanie rozkładu temperatur w komorze paleniskowej kotła energetycznego

PLAN SZKOLEŃ Femap. Nasza oferta: Solid Edge najefektywniejszy dostępny obecnie na rynku system CAD klasy mid-range,

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

MODELOWANIE NUMERYCZNE POLA PRZEPŁYWU WOKÓŁ BUDYNKÓW

Instrukcja 4 Modele RANS - wpływ siatki, warunków brzegowych i modelu turbulencji na wyniki symulacji

10 powodów przemawiających za wyborem oprogramowania Moldex3D

Przepływ trójwymiarowy z oderwaniem. A. Wykonanie modelu geometrycznego (GAMBIT)

Zastosowanie numerycznej mechaniki płynów CFD do modelowania chłodzenia silnika lotniczego

Projekt Metoda Elementów Skończonych. COMSOL Multiphysics 3.4

Wydajne wentylatory promieniowe Fulltech o wysokim ciśnieniu statycznym

KRAWĘDŹ G wartość temperatury w węzłach T=100 C; KRAWĘDŹ C wartość strumienia cieplnego q=15,5 W/m^2;

PROJEKT I ANALIZA CFD PRZEDNIEGO SKRZYDŁA BOLIDU FORMUŁY 1 DESIGN AND CFD ANALYSIS OF FORMULA 1 FRONT WING

Możliwości wykorzystania programu FLUENT w pracach realizowanych w Instytucie Nafty i Gazu

FEM, generacja siatki, ciepło

SYMULACJA OPROMIENIOWANEGO WYMIENNIKA CIEPŁA DO ZASTOSOWAŃ W APARACIE DO BADAŃ ZUŻYCIA EROZYJNEGO

Program BEST_RE. Pakiet zawiera następujące skoroszyty: BEST_RE.xls główny skoroszyt symulacji RES_VIEW.xls skoroszyt wizualizacji wyników obliczeń

SYMULACJA OBLICZENIOWA OPŁYWU I OBCIĄŻEŃ BEZPRZEGUBOWEGO WIRNIKA OGONOWEGO WRAZ Z OCENĄ ICH ODDZIAŁYWANIA NA PRACĘ WIRNIKA

MODEL DWUWYMIAROWY PRZEPŁYWU PRZEZ STOPIEŃ MODELOWEJ TURBINY WODNEJ ORAZ JEGO EKSPERYMENTALNA WERYFIKACJA

Analiza wymiany ciepła w przekroju rury solarnej Heat Pipe w warunkach ustalonych

WYKORZYSTANIE OBLICZEŃ CFD W ENERGETYCE...1

Od żłobka do przedszkola - mini szkolenie z użytkowania pakietu OpenFOAM. Karol Wędołowski

Badania wentylatora. Politechnika Lubelska. Katedra Termodynamiki, Mechaniki Płynów. i Napędów Lotniczych. Instrukcja laboratoryjna

Studentom zostaną dostarczone wzory lub materiały opisujące. Zachęcamy do wykonania projektów programistycznych w postaci apletów.

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Symulacja Analiza_stopa_plast

OPŁYW PROFILU. Ciała opływane. profile lotnicze łopatki. Rys. 1. Podział ciał opływanych pod względem aerodynamicznym

Dokonano analizy wybranych pędników przy pomocy programu OpenProp v3.3.4.

LABORATORIUM TERMODYNAMIKI I TECHNIKI CIEPLNEJ. Badanie charakterystyki wentylatorów połączenie równoległe i szeregowe. dr inż.

Materiały do laboratorium Przygotowanie Nowego Wyrobu dotyczące metody elementów skończonych (MES) Opracowała: dr inŝ.

Metoda elementów skończonych-projekt

Metoda Elementów Skończonych - Laboratorium

Przykłady modelowania numerycznego warunków hydraulicznych przepływu wody w przepławkach ryglowych i dwufunkcyjnych

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Metoda Elementów Skończonych. Projekt: COMSOL Multiphysics 3.4.

OPTYMALIZACJA ZBIORNIKA NA GAZ PŁYNNY LPG

Dwurównaniowe domknięcie turbulentnego strumienia ciepła

Kalkulator Audytora wersja 1.1

. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest porównanie na drodze obserwacji wizualnej przepływu laminarnego i turbulentnego, oraz wyznaczenie krytycznej licz

ROZWIAZANIE PROBLEMU USTALONEGO PRZEPLYWU CIEPLA W SYSTEMIE ADINA 900 Nodes Version 8.2

POLITECHNIKA POZNAŃSKA METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH LABORATORIA

Akademia Górniczo- Hutnicza Im. Stanisława Staszica w Krakowie

Statyka płynów - zadania

Piezorezystancyjny czujnik ciśnienia: modelowanie membrany krzemowej podstawowego elementu piezorezystancyjnego czujnika ciśnienia

MODELOWANIE ZA POMOCĄ MES Analiza statyczna ustrojów powierzchniowych

WYZNACZANIE PARAMETRÓW PRZEPŁYWU CIECZY W PŁASZCZU CHŁODZĄCYM ZBIORNIKA CIŚNIENIOWEGO

Politechnika Poznańska

Katarzyna Jesionek Zastosowanie symulacji dynamiki cieczy oraz ośrodków sprężystych w symulatorach operacji chirurgicznych.

Projektowanie Wirtualne bloki tematyczne PW I

Symulacja Analiza_wytrz_os_kol o_prz

7.1. Modelowanie fizyczne 7.2. Modelowanie matematyczne 7.3. Kategorie modelowania matematycznego 7.4. Kategorie modelowania matematycznego 7.5.

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Numeryczne metody analizy konstrukcji

Badania numeryczne spalania paliwa lotniczego w silniku turbinowym GTM-140

J. Szantyr Wykład 2 - Podstawy teorii wirnikowych maszyn przepływowych

Obliczenia osiągów dyszy aerospike przy użyciu pakietu FLUENT Michał Folusiaak

J. Szantyr Wykład 4 Podstawy teorii przepływów turbulentnych Zjawisko występowania dwóch różnych rodzajów przepływów, czyli laminarnego i

Politechnika Poznańska. Projekt Metoda Elementów Skończonych

Modelowanie mikrosystemów - laboratorium. Ćwiczenie 1. Modelowanie ugięcia membrany krzemowej modelowanie pracy mikromechanicznego czujnika ciśnienia

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

Symulacja Analiza_wytrz_kor_ra my

Symulacja Analiza_belka_skladan a

Transkrypt:

Modelowanie maszyn wirnikowych w środowisku ANSYS mgr inż. Tomasz Siwek Katedra Maszyn Cieplnych i Przepływowych AGH w Krakowie Materiały pomocnicze dla studentów wydziału Energetyki i Paliw AGH 1

Etapy symulacji numerycznej Pre-procesor Solver Post-procesor przygotowanie geometrii generowanie siatki definiowanie biblioteki materiałów definiowanie równań i warunków brzegowych Równania transportu: masy pędu energii Dodatkowe równania i zmienne: turbulencja konwekcja radiacja równania stanu itp. Ustawienia solvera: inicjalizacja schematy interpolacyjne monitoring rozwiązania i kryteria zbieżności ustawienie zasobów jednostki obliczeniowej Opracowanie wyników: tabele wyników pola wektorowe izolinie, izopowierzchnie linie prądu wykresy 2D/3D animacje Kontrola eksperymentu Zmiana parametrów modelu Optymalizacja

Środowisko pracy Workbench

Geometria-oprogramowanie Z pakietu ANSYS Design Modeler Blade Gen Blade Editor Inne geometrie CAD Dołączanie aktywnej geometrii (np. Inventor, Catia) Importowanie zewnętrznej geometrii Notatnik (.dat,.txt) definiowanie krzywych opisujących np. profil lotniczy

Dyskretyzacja obszaru ciągłego Narzędzia w pakiecie ANSYS ANSYS Meshing Turbo Grid Notatnik ALPD FE Modeler ICEM CFD Domyślny, uniwersalny generator siatki dla ANSYSA, rekomendowany dla solverów CFX i Fluent. Wbudowane funkcje generowania siatki np.: przyścienne warstwy inflacji, siatka na powierzchniach periodycznych, zagęszczanie w określonym obszarze. Tworzenie siatek strukturalnych dedykowanych do obliczeń maszyn przepływowych. Wymaga odpowiednio przygotowanej geometrii ( BladeGen lub Blade Modeler ) Gambit

Metody generowania siatek w ANSYS Meshing Tetrahedrons Siatka oparta o elementy czterościenne, łatwa w generowaniu, zwykle mało wydajna. Sweep Elementy sześcienne lub pryzmatyczne (klinowe), stosowana tylko do określonej grupy geometrii (walce, sześciany) Multi Zone Elementy sześcienne, wymaga zdefiniowania kierunku generowania siatki, automatycznie dekomponuje złożone geometrie. Hex Dominant Dominują elementy sześcienne + wszystkie inne w celu uzupełnienia obszaru dyskretyzacji Hexahedral Pyramidal Tetrahedral Prismatic CutCell mesh Generator siatki wyłącznie dla ANSYS Fluent, elementy sześcienne w układzie kartezjańskim we wnętrzu objętości, na zewnątrz pozostałe. Automatic Łączy różne metody generowania siatki, w praktyce efekt zbliżony do Tetrahedrons (przydatna po zdekomponowaniu geometrii)

Przykładowe użycie siatek

Kontrola jakości siatki Zarówno CFX jak i Flunt Solver wymagają określonej jakości siatki! Przy inicjacji obliczeń kontrolowane są najważniejsze parametry siatki tj.: Mesh Orthogonality Aspect Ratio Expansion Factor (tylko CFX) Dobra (OK) Akceptowalna (ok) Wątpliwa (!)

Parametry oceny siatki Orthogonal Quality: A i e i A i e i A i - wektor normalny do krawędzi i, e i - wektor łączący środek ciężkości elementu i środek krawędzi. Aspect Ratio: 2 D stosunek: najdłuższy bok/najkrótszy bok 3 D stosunek: promień kuli opisanej/wpisanej w element 1 10 Expansion Factor: Stosunek maksymalnej do minimalnej objętości elementów otaczających węzeł

Identyfikacja elementów siatki Narzędzie Mesh Metrics Elementy siatki dla danej wartości parametru

Opisanie siatki - CFX-pre ( Setup ) 1. Wczytywanie siatki, stref połączeń 2. Sposób analizy: stacjonarna/niestacjonarna 3. Definicja domen (przypisanie modeli matematycznych, stałych materiałowych, dodatkowych zmiennych) Warunki brzegowe 4. Ustalenie interfejsów wewnątrz domen i pomiędzy nimi. 5. Ustawienia solvera (monitory, zapis wyników, dokładność rozwiązania, liczba iteracji) 6. Biblioteki (materiały, funkcje, zmienne, dane zewnętrzne)

Definiowanie i elementy domeny Basic Settings Alokacja Typ Materiał Ruch wybór obszaru siatki, np. wirnik płyn ciało stałe ciało porowate ciało pływające biblioteka materiałów, zdefiniowanie stałych materiałowych obrotowy postępowy stacjonarna Dodatkowe opcje: definicja pola sił masowych (grawitacja), ciśnienia odniesienia, udział frakcji, np. gaz-ciecz

Domena Fluid Models Równania transportu masy pędu energii Model turbulencji w zależności od typu i dokładności opisu zjawiska turbulencji Spalanie i radiacja Rosseland P1 Monte Carlo Discrete Transfer

Fluid Models grupy modeli turbulencji

Warunki brzegowe Inlet Velocity Components Normal Speed Mass Flow Rate Total Pressure (stable) Static Pressure Static Temperature (Heat Transfer) Total Temperature (Heat Transfer) Total Enthalpy (Heat Transfer) Relative Static Pressure (Supersonic) Inlet Turbulent conditions Outlet Average Static Pressure Velocity Components Static Pressure Normal Speed Mass Flow Rate Warunki specjalne - symmetry - interface - periodic Opening Opening Pressure and Dirn Entrainment Static Pressure and Direction Velocity Components Opening Temperature (Heat Transfer) Opening Static Temperature (Heat Transfer) Inflow Turbulent conditions Wall No Slip / Free Slip Roughness Parameters Heat Flux (Heat Transfer) Wall Velocity (for tangential motion only) Adiabatic (Heat Transfer) Fixed Temperature (Heat Transfer) Heat Transfer Coefficient (Heat Transfer)

Warunki brzegowe - wybrane uwagi

Ustawienia Solvera 1 Poprawna INICJALIZACJA = skrócenie czasu obliczeń średnie ciśnienie i temperatura w domenie uśrednione wartości wektorów prędkości intensywność turbulencji wyniki (i-1) 2 Symulacja niestacjonarna 3 Symulacja stacjonarna skala czasowa liczba iteracji poziom residuów krok czasowy czas symulacji zjawiska liczba iteracji w kroku czasowym poziom residuów częstość zapisu wyników Uruchomienie liczba i dostęp do procesorów zasoby pamięci operacyjnej zasoby pamięci masowej

Obliczenia w architekturze równoległej

Monitoring obliczeń

Układy pracy wentylatora promieniowego w projekcie 1. 2. Wirnik z wolnym wylotem W 3. Tradycyjny - wentylator promieniowy w zabudowie spiralnej S Wentylator kanałowy z wirnikiem promieniowym K

Eksperyment numeryczny ANSYS Przygotowanie geometrii Obiekt rzeczywisty Uproszczenia, definicja domeny płynu Modelowana geometria 21

Generowanie wirnika parametryzacja modelu β 1 = 8 z = 9 β 1 = 30 z = 5 β 1 = 80 z = 15 22

Przygotowanie geometrii przydatne funkcje Wypełnienie płynem przez zastosowanie funkcji Fill by Caps (DM). Funkcja Slice (DM) Tworzenie warstwy płynu Enclosure (DM) Szkic 2D.DAT

Nazewnictwo powierzchni interpretowane w pakiecie ANSYS funkcja Named Selection outlet shroud inlet hub symmetry periodic_b blade periodic_a

Dyskretyzacja modelu obudowa spiralna Y + = y v τ θ y odległość od ścianki θ lepkość kinematyczna v τ prędkość dynamiczna v τ = τ 0 ρ τ 0 naprężenia na ściance ρ gęstość płynu 25

Domeny i warunki brzegowe Ciśnienie barometryczne (1 at) Model turbulencji: k- SST (Shear Stress Transport) Domeny stacjonarne (powietrze jako gaz idealny) Zmienna: strumień masy Domena obrotowa (n=2880 ob/min) 26

Wentylator promieniowy Workbench + Design Exploration Tabela planu eksperymentu + wyniki Raport Charakterystyka numeryczna DE 27

Weryfikacja ilościowa modelu numerycznego Przyrost ciśnienia statycznego w funkcji wydajności Sprawność wewnętrzna (w parametrach statycznych) w funkcji wydajności 28

Weryfikacja jakościowa CFX z Termoanemometrem 29

Weryfikacja jakościowa CFX z Termoanemometrem 30

Rozkład ciśnienia statycznego w wirniku dla różnych punktów pracy (50% b 2 ) 0,92 kg/s 0,72 kg/s 0,52 kg/s 0,32 kg/s 0,12 kg/s 0,02 kg/s 31

Rozkład ciśnienia statycznego na łopatkach dla różnych punktów pracy (50% b 2 ) 32

Rozkład prędkości względnej na łopatkach dla różnych punktów pracy (50% b 2 ) 33

Struktury wirowe w wirniku 0,92 kg/s 0,72 kg/s 0,52 kg/s 0,32 kg/s 0,12 kg/s 0,02 kg/s 34

Optymalizacja dalsze kroki Plan eksperymentu i obliczenia GDO - Central Composite Design Płaszczyzna odpowiedzi (generowana metodą Kriging-a) 35

Dziękuję za uwagę! 36