Εγχειρίδιο χρήστη Ansys 2024 Fluent Fluid Simulation Software
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΕΠΙΠΕΔΗ ΠΛΑΚΑ ΟΡΙΩΤΙΚΟ ΣΤΡΩΜΑ
Στόχοι
- Δημιουργία γεωμετρίας στον πάγκο εργασίας Ansys για το Ansys Fluent
- Ρύθμιση του Ansys Fluent για Laminar Steady 2D Planar Flow
- Ρύθμιση Mesh
- Επιλογή οριακών συνθηκών
- Εκτέλεση υπολογισμών
- Χρήση γραφικών για την οπτικοποίηση του πεδίου ροής που προκύπτει
- Συγκρίνετε με τη Θεωρητική Λύση χρησιμοποιώντας Mathematica Code
Περιγραφή προβλήματος
Σε αυτό το κεφάλαιο, θα χρησιμοποιήσουμε το Ansys Fluent για να μελετήσουμε τη δισδιάστατη στρωτή ροή σε μια οριζόντια επίπεδη πλάκα. Το μέγεθος της πλάκας θεωρείται ότι είναι άπειρο κατά την ευρεία κατεύθυνση και επομένως η ροή είναι 2D αντί για 3D. Η ταχύτητα εισόδου για την πλάκα μήκους 1 m είναι 5 m/s και θα χρησιμοποιήσουμε αέρα ως ρευστό για στρωτές προσομοιώσεις. Θα καθορίσουμε την ταχύτητα profiles και σχεδιάστε το υπέρfileμικρό. Θα ξεκινήσουμε δημιουργώντας τη γεωμετρία που απαιτείται για την προσομοίωση.
Εκκίνηση του Ansys Workbench και επιλογή Fluent
- Ξεκινήστε με την εκκίνηση του Ansys Workbench. Κάντε διπλό κλικ στο Fluid Flow (Fluent) που βρίσκεται στην περιοχή Analysis Systems in Toolbox.
Εκκίνηση του Ansys DesignModeler
- Επιλέξτε Γεωμετρία στο Σχηματικό έργο στον πάγκο εργασίας Ansys. Κάντε δεξί κλικ στο Geometry και επιλέξτε Ιδιότητες. Επιλέξτε Τύπος ανάλυσης 2D στην περιοχή Προηγμένες επιλογές γεωμετρίας στις Ιδιότητες του Σχήματος A2: Γεωμετρία. Κάντε δεξί κλικ στο Geometry στο Project Schematic και επιλέξτε Launch New DesignModeler Geometry. Επιλέξτε Units>>Millimeter ως μονάδα μήκους από το μενού στο DesignModeler.
- Στη συνέχεια, θα δημιουργήσουμε τη γεωμετρία στο DesignModeler. Επιλέξτε XYPlane από το περίγραμμα δέντρου στην αριστερή πλευρά στο DesignModeler. Επιλέξτε Look at Sketch Κάντε κλικ στην καρτέλα Sketching στο περίγραμμα δέντρου και επιλέξτε τη Line
skSketchool. Σχεδιάστε μια οριζόντια γραμμή μήκους 1,000 mm από την αρχή προς τα δεξιά. Βεβαιωθείτε ότι έχετε ένα P στην αρχή όταν αρχίσετε να σχεδιάζετε τη γραμμή. Επίσης, βεβαιωθείτε ότι έχετε ένα H κατά μήκος της γραμμής έτσι ώστε να είναι οριζόντια και ένα C στο τέλος της γραμμής. Επιλέξτε Διαστάσεις στις επιλογές Σκίτσο. Κάντε κλικ στη γραμμή και εισαγάγετε ένα μήκος 1000 mm. Σχεδιάστε μια κάθετη γραμμή προς τα πάνω μήκους 100 mm ξεκινώντας από το τελικό σημείο της πρώτης οριζόντιας γραμμής. Βεβαιωθείτε ότι έχετε ένα P όταν ξεκινάτε τη γραμμή και ένα V που υποδεικνύει μια κάθετη γραμμή. Συνεχίστε με μια οριζόντια γραμμή μήκους 100 mm προς τα αριστερά από την αρχή ακολουθούμενη από μια άλλη κάθετη γραμμή μήκους 100 mm. Η επόμενη γραμμή θα είναι οριζόντια με μήκος 100 mm ξεκινώντας από το τελικό σημείο της προηγούμενης κάθετης γραμμής και κατευθυνόμενη προς τα δεξιά. Τέλος, κλείστε το ορθογώνιο με μια οριζόντια γραμμή μήκους 1,000 mm που ξεκινά 100 mm πάνω από την αρχή και κατευθύνεται προς τα δεξιά.
- Κάντε κλικ στην καρτέλα Μοντελοποίηση κάτω από το Sketching Toolboxes. Επιλέξτε Concept>>Surfaces from Sketches στο μενού. Έλεγχος επιλέξτε τις έξι άκρες του ορθογωνίου ως Βασικά αντικείμενα και επιλέξτε Εφαρμογή σε λεπτομέρειες View. Κάντε κλικ στο Δημιουργία στη γραμμή εργαλείων. Το ορθογώνιο γίνεται γκρι. Κάνοντας δεξί κλικ στο παράθυρο γραφικών, επιλέξτε Zoom to Fit και κλείστε το DesignModeler.
- Τώρα θα κάνουμε διπλό κλικ στο Mesh κάτω από το Project Schematic στο Ansys Workbench για να ανοίξουμε το παράθυρο Meshing. Επιλέξτε Mesh στο περίγραμμα του παραθύρου Meshing. Κάντε δεξί κλικ και επιλέξτε Δημιουργία πλέγματος. Δημιουργείται ένα χοντρό πλέγμα. Επιλέξτε Unit Systems>>Metric (mm, kg, N…) από το κάτω μέρος του παραθύρου γραφικών. Επιλέξτε Mesh>> Controls>>Face Meshing από το μενού. Κάντε κλικ στην κίτρινη περιοχή δίπλα στο Geometry κάτω από το Scope in Details of Face Meshing. Επιλέξτε το ορθογώνιο στο παράθυρο γραφικών. Κάντε κλικ στο κουμπί Εφαρμογή για τη Γεωμετρία στις Λεπτομέρειες του «Πλεγματοποίηση προσώπου». Επιλέξτε Mesh>> Controls>>Sizing από το μενού και επιλέξτε Edge πάνω από το παράθυρο γραφικών. Επιλέξτε τις 6 άκρες του ορθογωνίου. Κάντε κλικ στο Apply for the Geometry στο «Λεπτομέρειες μεγέθους άκρων». Στην ενότητα Ορισμός στο "Λεπτομέρειες μεγέθους άκρων", επιλέξτε Μέγεθος στοιχείου ως Τύπος, 1.0 mm για Μέγεθος στοιχείου, Αποτύπωση καμπυλότητας ως Όχι και Σκληρό ως συμπεριφορά. Επιλέξτε τον δεύτερο Τύπο προκατάληψης και εισαγάγετε το 12.0 ως παράγοντα προκατάληψης. Επιλέξτε τη μικρότερη επάνω οριζόντια άκρη και εφαρμόστε αυτήν την άκρη με Reverse Bias. Κάντε κλικ στο Home>>Δημιουργία Mesh στο μενού και επιλέξτε Mesh στο Outline. Το έτοιμο πλέγμα εμφανίζεται στο παράθυρο γραφικών.
Γιατί δημιουργήσαμε ένα προκατειλημμένο πλέγμα;
Τώρα πρόκειται να μετονομάσουμε τις άκρες του ορθογωνίου. Επιλέξτε το αριστερό άκρο του ορθογωνίου, κάντε δεξί κλικ και επιλέξτε Create Named Selection.
Εισαγάγετε την είσοδο ως όνομα και κάντε κλικ στο κουμπί OK. Επαναλάβετε αυτό το βήμα για τη δεξιά κάθετη άκρη του ορθογωνίου και εισαγάγετε την έξοδο ονόματος. Δημιουργήστε μια επιλογή με όνομα για την κάτω, μακρύτερη, οριζόντια δεξιά άκρη και ονομάστε την τοίχο. Τέλος, ελέγξτε-επιλέξτε τις υπόλοιπες τρεις οριζόντιες άκρες και ονομάστε τους ιδανικούς τοίχους. Ένας ιδανικός τοίχος είναι ένας αδιαβατικός και χωρίς τριβές τοίχος.
- Ο λόγος για τη χρήση ενός προκατειλημμένου πλέγματος είναι ότι χρειαζόμαστε ένα λεπτότερο πλέγμα κοντά στον τοίχο όπου έχουμε κλίσεις ταχύτητας στη ροή. Περιλάβαμε επίσης ένα λεπτότερο πλέγμα όπου το οριακό στρώμα αρχίζει να αναπτύσσεται στην επίπεδη πλάκα. Επιλέγω File>>Εξαγωγή…>>Πλέγμα>>Είσοδος FLUENT File>>Εξαγωγή από το μενού. Επιλέξτε Αποθήκευση ως τύπος: FLUENT Input Files (*.msh). Εισαγάγετε το boundary-layer-mesh .msh το s file όνομα και κάντε κλικ στο κουμπί Αποθήκευση. Επιλέγω File>>Αποθήκευση έργου από το μενού. Ονομάστε το έργο Flat Plate Boundary Layer. Κλείστε το παράθυρο Ansys Meshing. Κάντε δεξί κλικ στο Mesh στο Project Schematic και επιλέξτε Ενημέρωση.
Εκκίνηση του Ansys Fluent
- Μπορείτε να ξεκινήσετε το Fluent με δύο διαφορετικούς τρόπους, είτε κάνοντας διπλό κλικ στο Setup στο Project Schematic στο Ansys Workbench είτε σε αυτόνομη λειτουργία από το Fluent 2024 R1 στον φάκελο της εφαρμογής Ansys 2024 R1. Θα χρειαστεί να διαβάσετε το πλέγμα εάν ξεκινήσετε το Fluent σε αυτόνομη λειτουργία. Ένα πλεονέκτημαtagΗ εκκίνηση του Ansys Fluent σε αυτόνομη λειτουργία είναι ότι μπορείτε να επιλέξετε τη θέση του καταλόγου εργασίας σας όπου όλα τα files θα αποθηκευτούν, βλέπε Εικόνα 2.6a). Εκκινήστε το Dimension 2D και Double Precision Solver του Fluent. Επιλέξτε Double Precision στις Επιλογές. Ορίστε τον αριθμό των διεργασιών επίλυσης ίσο με τον αριθμό των πυρήνων του υπολογιστή. Για να ελέγξετε τον αριθμό των φυσικών πυρήνων, πατήστε τα πλήκτρα Ctrl + Shift + Esc ταυτόχρονα για να ανοίξετε τη Διαχείριση εργασιών. Μεταβείτε στην καρτέλα Performance και επιλέξτε CPU από την αριστερή στήλη. Θα δείτε τον αριθμό των φυσικών πυρήνων στην κάτω δεξιά πλευρά. Το Ansys Student περιορίζεται σε έως 4 διαδικασίες επίλυσης. Κλείστε το παράθυρο Task Manager. Κάντε κλικ στο κουμπί Έναρξη για να εκκινήσετε το Ansys Fluent. Κάντε κλικ στο OK για να κλείσετε το παράθυρο Key Behavioral Changes, εάν εμφανιστεί.
Εικόνα 2.6α) Εκκίνηση εγκατάστασης
Γιατί χρησιμοποιούμε διπλή ακρίβεια;
Η διπλή ακρίβεια θα δώσει πιο ακριβείς υπολογισμούς από την απλή ακρίβεια. - Ελέγξτε την κλίμακα του πλέγματος επιλέγοντας το κουμπί Scale… κάτω από το Mesh in General στη σελίδα εργασιών. Βεβαιωθείτε ότι το Domain Extent είναι σωστό και κλείστε το παράθυρο Scale Mesh.
- Κάντε διπλό κλικ στο Models and Viscous (SST k-omega) κάτω από το Setup in the Outline View. Επιλέξτε Laminar ως ιξώδες μοντέλο. Κάντε κλικ στο OK για να κλείσετε το παράθυρο. Κάντε διπλό κλικ στο Boundary Conditions στην περιοχή Setup in the Outline View. Κάντε διπλό κλικ στην είσοδο στην περιοχή Ζώνη στη σελίδα εργασιών. Επιλέξτε Components ως Μέθοδος Προδιαγραφής Ταχύτητας και ορίστε το X-Velocity [m/s] στο 5.
- Κάντε κλικ στο κουμπί Εφαρμογή ακολουθούμενο από το κουμπί Κλείσιμο.
- Κάντε διπλό κλικ στο ideal_wall κάτω από το Zones. Ελέγξτε την Specified Shear as Shear Condition και διατηρήστε μηδενικές τιμές για καθορισμένη διατμητική τάση, καθώς ένας ιδανικός τοίχος είναι χωρίς τριβή. Κάντε κλικ στο κουμπί Εφαρμογή ακολουθούμενο από το κουμπί Κλείσιμο.
Γιατί επιλέξαμε το Laminar ως Viscous Model;
Για την επιλεγμένη ταχύτητα ελεύθερης ροής 5 m/s ο αριθμός Reynolds είναι μικρότερος από 500,000 κατά μήκος της πλάκας και επομένως η ροή είναι στρωτή. Η τυρβώδης ροή κατά μήκος μιας επίπεδης πλάκας εμφανίζεται σε αριθμούς Reynolds πάνω από 500,000. - Κάντε διπλό κλικ στις Μέθοδοι στην περιοχή Λύση στο περίγραμμα View. Επιλέξτε Standard για πίεση και First Order Upwind for Momentum. Κάντε διπλό κλικ στις τιμές αναφοράς στην περιοχή Ρύθμιση στο περίγραμμα View. Επιλέξτε Υπολογισμός από την είσοδο στη σελίδα εργασιών.
Γιατί χρησιμοποιούμε τη μέθοδο First Order Upwind για χωρική διακριτοποίηση της ορμής;
Η μέθοδος First Order Upwind είναι γενικά λιγότερο ακριβής, αλλά συγκλίνει καλύτερα από τη μέθοδο Second Order Upwind. Είναι κοινή πρακτική να ξεκινάμε με τη μέθοδο First Order Upwind στην αρχή των υπολογισμών και να συνεχίζουμε με τη μέθοδο Second Order Upwind. - Κάντε διπλό κλικ στο Initialization στην περιοχή Solution in the Outline View, επιλέξτε Standard Initialization, επιλέξτε Compute από την είσοδο και κάντε κλικ στο κουμπί Initialize.
- Κάντε διπλό κλικ στις Οθόνες στην περιοχή Λύση στο περίγραμμα View. Κάντε διπλό κλικ στο Residual στην περιοχή Οθόνες στο περίγραμμα View και εισαγάγετε 1e-9 ως Απόλυτα Κριτήρια για όλα τα Υπολείμματα. Κάντε κλικ στο κουμπί OK για να κλείσετε το παράθυρο. Επιλέγω File>>Αποθήκευση έργου από το μενού. Επιλέγω File>>Εξαγωγή>>Θήκη… από το μενού. Save the Case File με την ονομασία Flat Plate Boundary Layer. CAS.h5
Γιατί βάλαμε τα Απόλυτα Κριτήρια σε 1e-9;
Γενικά, όσο χαμηλότερα είναι τα απόλυτα κριτήρια, τόσο περισσότερος χρόνος θα διαρκέσει ο υπολογισμός και θα δώσει μια πιο ακριβή λύση. Βλέπουμε στο σχήμα 2.12β) ότι οι εξισώσεις x-ταχύτητα και y-ταχύτητα έχουν μικρότερα υπολείμματα από την εξίσωση συνέχειας. Οι κλίσεις των υπολειπόμενων καμπυλών και για τις τρεις εξισώσεις είναι περίπου ίδιες με απότομη πτωτική τάση. - Κάντε διπλό κλικ στο Εκτέλεση Υπολογισμός κάτω από τη Λύση και εισαγάγετε 5000 για τον αριθμό των επαναλήψεων. Κάντε κλικ στο κουμπί Υπολογισμός. Οι υπολογισμοί θα ολοκληρωθούν μετά από 193 επαναλήψεις, βλέπε Εικόνα 2.12β). Κάντε κλικ στο Αντιγραφή στιγμιότυπου οθόνης του ενεργού παραθύρου στο πρόχειρο, βλέπε Εικόνα 2.12γ). Τα Scaled Residuals μπορούν να επικολληθούν σε ένα έγγραφο του Word.
Μετα-επεξεργασία
- Επιλέξτε την καρτέλα Αποτελέσματα στο μενού και επιλέξτε Create>>Line/Rake… κάτω από το Surface. Εισαγάγετε 0.2 για x0 (m), 0.2 για x1 (m), 0 για y0 (m) και 0.02 m για y1 (m). Εισαγάγετε x=0.2m για το νέο όνομα επιφάνειας και κάντε κλικ στο Δημιουργία. Επαναλάβετε αυτό το βήμα άλλες τρεις φορές και δημιουργήστε κάθετες γραμμές σε x=0.4m με μήκος 0.04 m, x=0.6m με μήκος 0.06 m και x=0.8m με μήκος 0.08 m. Κλείστε το παράθυρο.
- Κάντε διπλό κλικ στο Plots και στο XY Plot κάτω από τα Results in the Outline View. Αποεπιλέξτε το Position on X Axis κάτω από τις Options και επιλέξτε Position on the Y-axis. Ρυθμίστε την κατεύθυνση γραφικής παράστασης για το X στο 0 και το 1 για το Y. Επιλέξτε Velocity… και X Velocity ως συνάρτηση άξονα X. Επιλέξτε τις τέσσερις γραμμές x=0.2m, x=0.4m, x=0.6m και x=0.8m κάτω από τις Επιφάνειες.
- Κάντε κλικ στο κουμπί Axes… στο παράθυρο Solution XY Plot. Επιλέξτε το X-Axis, καταργήστε την επιλογή Auto Range στις Επιλογές, πληκτρολογήστε 6 για Μέγιστο εύρος, επιλέξτε General Type στο Number Format και ορίστε την Precision σε 0. Κάντε κλικ στο κουμπί Apply. Επιλέξτε τον άξονα Υ, καταργήστε την επιλογή του Αυτόματου εύρους, πληκτρολογήστε 0.01 για Μέγιστο εύρος, επιλέξτε Γενικός τύπος στην περιοχή Μορφή αριθμού και κάντε κλικ στο κουμπί Εφαρμογή. Κλείστε το παράθυρο Άξονες.
- Κάντε κλικ στο κουμπί Curves… στο παράθυρο Solution XY Plot. Επιλέξτε το πρώτο μοτίβο κάτω από το Στυλ γραμμής για την καμπύλη # 0. Επιλέξτε κανένα σύμβολο για στυλ δείκτη και κάντε κλικ στο κουμπί Εφαρμογή. Στη συνέχεια, επιλέξτε Καμπύλη # 1, επιλέξτε το επόμενο διαθέσιμο μοτίβο για στυλ γραμμής, χωρίς σύμβολο για στυλ δείκτη και κάντε κλικ στο κουμπί Εφαρμογή. Συνεχίστε αυτό το μοτίβο επιλογής με τις επόμενες δύο καμπύλες # 2 και # 3. Κλείστε το παράθυρο Curves – Solution XY Plot. Κάντε κλικ στο κουμπί Save/Plot στο παράθυρο Solution XY Plot και Κλείστε αυτό το παράθυρο. Κάντε κλικ στο Αντιγραφή στιγμιότυπου οθόνης του ενεργού παραθύρου στο πρόχειρο, βλέπε Εικόνα 2.16γ).
Το XY Plot μπορεί να επικολληθεί σε ένα έγγραφο του Word. Επιλέξτε την καρτέλα Καθορισμός χρήστη στο μενού και Προσαρμογή στην περιοχή Λειτουργίες πεδίου. Επιλέξτε μια συγκεκριμένη συνάρτηση πεδίου τελεστή από το αναπτυσσόμενο μενού επιλέγοντας Mesh… και Y-Coordinate. Κάντε κλικ στο Επιλογή και εισάγετε τον ορισμό όπως φαίνεται στην Εικόνα 2.16στ). Πρέπει να επιλέξετε Mesh… και X Coordinate για να συμπεριλάβετε τη συντεταγμένη x και να ολοκληρώσετε τον ορισμό της συνάρτησης πεδίου. Εισαγάγετε το eta ως νέο όνομα συνάρτησης, κάντε κλικ στο Defi,ne και κλείστε το παράθυρο. Επαναλάβετε αυτό το βήμα για να δημιουργήσετε μια άλλη προσαρμοσμένη συνάρτηση πεδίου. Αυτή τη φορά, επιλέγουμε Velocity… και X Velocity ως Field Functions και κάνουμε κλικ στο Select. Συμπληρώστε τον ορισμό όπως φαίνεται στην Εικόνα 2.16g) και πληκτρολογήστε u-divided-by-freestream-velocity ως το νέο όνομα συνάρτησης, κάντε κλικ στο Def, ένα και κλείστε το παράθυρο.
Γιατί δημιουργήσαμε μια αυτο-όμοια συντεταγμένη;
Αποδεικνύεται ότι χρησιμοποιώντας μια αυτο-όμοια συντεταγμένη, η ταχύτητα profiles σε διαφορετικές θέσεις ροής θα συμπτύσσονται σε μια ίδια ταχύτητα profile που είναι ανεξάρτητο από τη θέση του ρεύματος. - Κάντε διπλό κλικ στο Plots και στο XY Plot κάτω από τα Results in the Outline View. Ορίστε το X σε 0 και το Y σε 1 ως Κατεύθυνση γραφήματος. Καταργήστε την επιλογή Position on X Axis και καταργήστε την επιλογή Position on the Y-axis στις Επιλογές. Επιλέξτε Προσαρμοσμένες Συναρτήσεις Πεδίου και eta για Συνάρτηση Άξονα Υ και επιλέξτε Προσαρμοσμένες Συναρτήσεις Πεδίου και ταχύτητα διαιρούμενη με ελεύθερη ροή για τη συνάρτηση άξονα Χ. Τοποθετήστε το file blasius.dat στον κατάλογο εργασίας σας. Αυτό file μπορείτε να κάνετε λήψη από το sdcpublications.com στην καρτέλα Λήψεις για αυτό το βιβλίο. Δείτε την Εικόνα 2.19 για τον κώδικα Mathematica που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία του θεωρητικού Blasius velocity profile για στρωτή οριακή ροή πάνω από μια επίπεδη πλάκα. Ως πρώηνample, σε αυτό το εγχειρίδιο ο κατάλογος εργασίας είναι:\Users\jmatsson. Κάντε κλικ στο Φόρτωση File. Επιλέγω Files τύπου: Όλα Files (*) και επιλέξτε το file blasius.dat από τον κατάλογο εργασίας σας. Επιλέξτε τις τέσσερις επιφάνειες x=0.2m, x=0.4m, x=0.6m, x=0.8m και το φορτωμένο file Θεωρία.
Κάντε κλικ στο κουμπί Άξονες…. Επιλέξτε Y-Axis στο παράθυρο Axes-Solution XY Plot και καταργήστε την επιλογή Auto. Σειρά. Ορίστε το ελάχιστο εύρος σε 0 και το μέγιστο εύρος σε 10. Ορίστε τον τύπο σε float και την ακρίβεια σε 0 κάτω από τη μορφή αριθμού. Εισαγάγετε τον τίτλο του άξονα ως eta και κάντε κλικ στο Apply. Επιλέξτε το X-Axis, καταργήστε την επιλογή Auto Range στις Επιλογές, πληκτρολογήστε 1.2 για Maximum Range, επιλέξτε float Type στην περιοχή Number Format και ορίστε την Precision σε 1. Εισαγάγετε τον τίτλο του άξονα ως u/U. Κάντε κλικ στο Apply και Κλείστε το παράθυρο. Κάντε κλικ στο κουμπί Curves… στο παράθυρο Solution XY Plot. Επιλέξτε το πρώτο μοτίβο κάτω από το Στυλ γραμμής για την καμπύλη # 0, βλέπε Εικόνα 2.16a). Επιλέξτε κανένα σύμβολο για στυλ δείκτη και κάντε κλικ στο κουμπί Εφαρμογή. Στη συνέχεια, μην επιλέξετε Καμπύλη # 1, επιλέξτε το επόμενο διαθέσιμο μοτίβο για στυλ γραμμής, χωρίς σύμβολο για στυλ δείκτη και κάντε κλικ στο κουμπί Εφαρμογή. Συνεχίστε αυτό το μοτίβο επιλογής με τις επόμενες δύο καμπύλες # 2 και # 3. Κλείστε το παράθυρο Curves – Solution XY Plot. Κάντε κλικ στο κουμπί Save/Plot στο παράθυρο Solution XY Plot και κλείστε αυτό το παράθυρο.
- Κάντε κλικ στο Αντιγραφή στιγμιότυπου οθόνης του ενεργού παραθύρου στο πρόχειρο, βλέπε Εικόνα 2.16γ). Το XY Plot μπορεί να επικολληθεί σε ένα έγγραφο του Word. Επιλέξτε την καρτέλα User Defined στο μενού και Custom. Επιλέξτε μια συγκεκριμένη λειτουργία Operand από το αναπτυσσόμενο μενού επιλέγοντας Mesh… και X-Coordinate. Κάντε κλικ στο Select και εισάγετε τον ορισμό όπως φαίνεται στην Εικόνα 2.17e). Εισαγάγετε το rex ως νέο όνομα συνάρτησης, κάντε κλικ στο Ορισμός και Κλείστε το παράθυρο. Κάντε διπλό κλικ στο Plots και στο XPlotsot στην περιοχή Αποτελέσματα στο περίγραμμα View. Ορίστε το X σε 0 και το Y σε 1 στην Κατεύθυνση γραφήματος.
Καταργήστε την επιλογή Position on X Axis και καταργήστε την επιλογή Position the on Y-axis στις Επιλογές. Επιλέξτε Ροές τοίχου και συντελεστή τριβής δέρματος για τη συνάρτηση άξονα Y και επιλέξτε Συναρτήσεις προσαρμοσμένων πεδίων και rex για τη λειτουργία άξονα XX. Τοποθετήστε το file «Θεωρητικός συντελεστής τριβής δέρματος» στον κατάλογο εργασίας σας. Κάντε κλικ στο Φόρτωση File. Επιλέγω Files τύπου: Όλα Files (*) και επιλέξτε το file «Θεωρητικός συντελεστής τριβής δέρματος». Επιλέξτε τον τοίχο κάτω από το Surfaces and the loaded file Τριβή δέρματος κάτω File Δεδομένα. Κάντε κλικ στο κουμπί Άξονες…. Επιλέξτε το X-Axis, επιλέξτε το πλαίσιο για το Log στην περιοχή Επιλογές, πληκτρολογήστε Re-x ως τίτλος άξονα και καταργήστε την επιλογή Auto. Εύρος κάτω από το Option set Minimum σε 100 και Maximum to 1000000. Ορίστε το Type σε float και το Precision στο 0 στο Number Format και κάντε κλικ στο Apply. Επιλέξτε τον Άξονα Υ, επιλέξτε το πλαίσιο για την καταγραφή στην περιοχή Επιλογές, πληκτρολογήστε Cf-x ως ετικέτα και καταργήστε την επιλογή Αυτόματο. Εύρος, ορίστε το Ελάχιστο σε 0.001 και το Μέγιστο σε 0.1, ορίστε το Type σε float, το Precision στο 3 και κάντε κλικ στο Apply. Κλείστε το παράθυρο. Κάντε κλικ στο Save/Plot στο παράθυρο Solution XY Plot. Κάντε κλικ στο κουμπί Curves… στο παράθυρο Solution XY Plot. Επιλέξτε το πρώτο μοτίβο κάτω από το Lin. e Στυλ για την καμπύλη # 0. Επιλέξτε κανένα σύμβολο για στυλ δείκτη και κάντε κλικ στο κουμπί Εφαρμογή. Ne,xt επιλέξτε Καμπύλη # 1, επιλέξτε το επόμενο διαθέσιμο μοτίβο για στυλ γραμμής, χωρίς σύμβολο για στυλ δείκτη και κάντε κλικ στο κουμπί Εφαρμογή. Κλείστε το παράθυρο Curves – Solution XY Plot. Κάντε κλικ στο κουμπί Save/Plot στο παράθυρο Solution XY Plot και κλείστε αυτό το παράθυρο. Κάντε κλικ στο Αντιγραφή στιγμιότυπου οθόνης του ενεργού παραθύρου στο πρόχειρο, βλέπε Εικόνα 2.16γ). Το XY Plot μπορεί να επικολληθεί σε ένα έγγραφο του Word.- Θεωρία
- Σε αυτό το κεφάλαιο, συγκρίναμε το Ansys Fluent velocity profiles με τη θεωρητική ταχύτητα Blasius profile για στρωτή ροή σε επίπεδη πλάκα. Μετασχηματίσαμε τη συντεταγμένη κανονικού τείχους σε μια συντεταγμένη ομοιότητας για σύγκριση του profileσε διαφορετικές τοποθεσίες κατά τη ροή. Η συντεταγμένη ομοιότητας ορίζεται από όπου y (m) είναι η συντεταγμένη κανονικού τοίχου, ορίζεται από
- όπου y (m) είναι η συντεταγμένη κανονικού τοιχώματος, U (m/s) είναι η ταχύτητα ελεύθερης ροής, x (m) είναι η απόσταση από τη ροή του τείχους και ¥) m2 /s) είναι το κινηματικό ιξώδες του το υγρό. U (m/s) είναι η ταχύτητα ελεύθερης ροής, x (m) είναι η απόσταση από την αρχή ροής του τοιχώματος και m2 /s) είναι το κινηματικό ιξώδες του ρευστού.
Χρησιμοποιήσαμε επίσης τη μη διαστατική ταχύτητα ροής u/U όπου u είναι η διαστατική ταχύτητα profile.
Το u/U σχεδιάστηκε σε σχέση με το Ansys Fluent velocity profiles σε σύγκριση με το θεωρητικό υπέρ του Blasiusfile και όλα κατέρρευσαν στην ίδια καμπύλη σύμφωνα με τον ορισμό της αυτο-ομοιότητας.
Η εξίσωση του οριακού στρώματος Blasius δίνεται από
Το πάχος του οριακού στρώματος ορίζεται ως η απόσταση από τον τοίχο μέχρι τη θέση όπου η ταχύτητα στο οριακό στρώμα έχει φτάσει το 99% της τιμής της ελεύθερης ροής.
Για ένα στρωτό οριακό στρώμα orr έχουμε την ακόλουθη θεωρητική έκφραση για τη διακύμανση του πάχους του οριακού στρώματος με απόσταση ροής x και αριθμό Reynolds ܴ.
- Η αντίστοιχη έκφραση για το πάχος του οριακού στρώματος σε ένα τυρβώδες οριακό στρώμα δίνεται από το
- Ο τοπικός συντελεστής τριβής δέρματος ορίζεται ως η τοπική διατμητική τάση τοιχώματος διαιρούμενη με τη δυναμική πίεση.
- Ο θεωρητικός συντελεστής τοπικής τριβής για τη στρωτή ροή καθορίζεται από
- και για τυρβώδη ροή, έχουμε την εξής σχέση
Αναφορές
- Çengel, YA και Cimbala JM, Fluid Mechanics Fundamentals and Applications, 1st Edition, McGraw-Hill, 2006.
- Richards, S., Cimbala, JM, Martin, K., ANSYS Workbench Tutorial – Boundary Layer on a Flat Plate, Penn State University, 18 Μαΐου 2010 Αναθεώρηση.
- Schlichting, H., and Gersten, K., Boundary Layer Theory, 8th Revised and Enlarged Edition, Springer, 2001.
- White, FM, Fluid Mechanics, 4η Έκδοση, McGraw-Hill, 1999.
Γυμνάσια
- Χρησιμοποιήστε τα αποτελέσματα από την προσομοίωση Ansys Fluent σε αυτό το κεφάλαιο για να προσδιορίσετε το πάχος του οριακού στρώματος στις θέσεις κατά ροή, όπως φαίνεται στον παρακάτω πίνακα. Συμπληρώστε τα στοιχεία που λείπουν στον πίνακα. Ƿ είναι η ταχύτητα του οριακού στρώματος στην απόσταση από τον τοίχο ίση με το πάχος του οριακού στρώματος και U είναι η ταχύτητα ελεύθερης ροής.
x (m) o (mm) Ευφραδής
o (mm) Θεωρία
Ποσοστιαία διαφορά U 8 (m/s)
U (m/s)
v (m2/μικρό)
Re x 0.2 .0000146 0.4 .0000146 0.6 .0000146 0.8 .0000146 - Αλλάξτε το μέγεθος του στοιχείου σε 2 mm για το πλέγμα και συγκρίνετε τα αποτελέσματα σε γραφήματα XY του συντελεστή τριβής δέρματος σε σχέση με τον αριθμό Reynolds με το μέγεθος στοιχείου 1 mm που χρησιμοποιήθηκε σε αυτό το κεφάλαιο. Συγκρίνετε τα αποτελέσματά σας με τη θεωρία.
- Αλλάξτε την ταχύτητα ελεύθερης ροής σε 3 m/s και δημιουργήστε ένα XY Plot, συμπεριλαμβανομένου του velocity profiles σε x = 0.1, 0.3, 0.5, 0.7 και 0.9 m. Δημιουργήστε ένα άλλο XY Plot με αυτο-όμοια ταχύτητα profiles για αυτή τη χαμηλότερη ταχύτητα ελεύθερης ροής και δημιουργήστε μια γραφική παράσταση XY για τον συντελεστή τριβής δέρματος έναντι του αριθμού Reynolds.
- Χρησιμοποιήστε τα αποτελέσματα από την προσομοίωση Ansys Fluent στην Άσκηση 2.3 για να προσδιορίσετε το πάχος του οριακού στρώματος στις θέσεις κατά ροή, όπως φαίνεται στον παρακάτω πίνακα. Συμπληρώστε τις πληροφορίες που λείπουν στον πίνακα.είναι η ταχύτητα του οριακού στρώματος στην απόσταση από τον τοίχο ίση με το πάχος του οριακού στρώματος και U είναι η ταχύτητα ελεύθερης ροής.
x (m) o (mm) Ευφραδής
o (mm) Θεωρία
Ποσοστιαία διαφορά U 8 (m/s)
U (m/s)
v (m2/μικρό)
Re x 0.1 .0000146 0.2 .0000146 0.5 .0000146 0.7 .0000146 0.9 .0000146
Πίνακας 2.2 Σύγκριση μεταξύ Fluent και θεωρίας για πάχος οριακής στρώσης
Αλλάξτε την ταχύτητα ελεύθερης ροής στην τιμή που αναφέρεται στον παρακάτω πίνακα και δημιουργήστε μια γραφική παράσταση XY συμπεριλαμβανομένου του velocity profiles σε x = 0.2, 0.4, 0.6 και 0.8 m. Δημιουργήστε ένα άλλο XY Plot με αυτο-όμοια ταχύτητα profiles για την ελεύθερη ταχύτητα ροής σας και δημιουργήστε ένα XY Plot για τον συντελεστή τριβής δέρματος έναντι του αριθμού Reynolds.
| Φοιτητής | X-Velocity U (m/s) | Ανώτατο όριο Σειρά (m/s) για X Ταχύτητα Οικόπεδο |
| 1 | 3 | 4 |
| 2 | 3.2 | 4 |
| 3 | 3.4 | 4 |
| 4 | 3.6 | 4 |
| 5 | 3.8 | 4 |
| 6 | 4 | 5 |
| 7 | 4.2 | 5 |
| 8 | 4.4 | 5 |
| 9 | 4.6 | 5 |
| 10 | 4.8 | 5 |
| 11 | 5.2 | 6 |
| 12 | 5.4 | 6 |
| 13 | 5.6 | 6 |
| 14 | 5.8 | 6 |
| 15 | 6 | 7 |
| 16 | 6.2 | 7 |
| 17 | 6.4 | 7 |
| 18 | 6.6 | 7 |
| 19 | 6.8 | 7 |
| 20 | 7 | 8 |
| 21 | 7.2 | 8 |
Λήψη PDF: Εγχειρίδιο χρήστη Ansys 2024 Fluent Fluid Simulation Software