1

Komputerowa Analiza Przepływów

Ćwiczenie 2

Temat: Symulacja przepływu powietrza wokół pocisku wylatującego z lufy zakończonej

tłumikiem

Celem ćwiczenia jest symulacja nieustalonego przepływu powietrza wokół pocisku wylatującego
z lufy. Ćwiczenie pozwala zapoznać się z techniką tworzenia siatki obliczeniowej,
definiowaniem interface’ów oraz typów warunków brzegowych w programie Gambit. Pozwala
również zapoznać się ze sposobem inicjalizacji obliczeń, przedefiniowywaniem typów warunków
brzegowych oraz doborem kroku czasowego w programie Fluent.

Schemat siatki obliczeniowej pokazano na Rys. 1. Symbolem A oznaczono obszar wewnątrz
lufy, symbolem B oznaczono fragment obszaru obliczeniowego poprzedzający pocisk (wraz z
końcówką lufy), natomiast symbolem C oznaczono tłumik oraz fragment otoczenia.
Przepływ traktowany jest jako osiowosymetryczny, należy wiec założyć, że dolny brzeg
podobszarów A i B jest osią symetrii (axis). W programie Gambit, promień R

p

pocisku przyjąć

jako R

p

=4.5. Pozostałe wielkości dobrać zgodnie z Rys. 1.

Symbolami v1,v2 oraz v3 oznaczono ścianki tłumika. Symbolami h1,h2 oraz h3 oznaczono
elementy, które w pierwszym etapie obliczeń we Fluencie będą traktowane jako ścianki a w
kolejnym etapie obliczeń będą stanowić wnętrze obszaru obliczeniowego ( „interior”). Dla
ścianek v1,v2,v3, h1,h2 oraz h3 należy przypisać różne nazwy. Należy pamiętać o zachowaniu
przerwy pomiędzy ściankami v1,v2 oraz v3 oraz dolnym brzegiem podobszaru C. Na brzegach
podobszaru C oznaczonych jako „otoczenie” należy przyjąć warunek brzegowy typu
„pressure_outlet”. Na brzegach oznaczonych jako „lufa_1” oraz „lufa_2” należy przyjąć warunek
brzegowy typu „pressure_inlet”. Interface oznaczony jako „interface_ruch” należy traktować
jako jeden wspólny interface dla podobszarów A i B. Należy zdefiniować trzy obszary płynu
(powierzchnie) A,B i C w celu przyjęcia we Fluencie odpowiednich warunków początkowych.

Po wczytaniu siatki w programie Fluent należy ją przeskalować (niemianowana jednostka
długości w programie Gambit odpowiada 1 mm w programie Fluent). Oś x w programie Fluent
musi stanowić oś symetrii. Należy zdefiniować brzeg wspólny (interface’y „interface_ruch” i
„interface_nieruch”) pomiędzy podobszarami A i B (traktowanymi jako jeden element) oraz
podobszarem C. Zdefiniować siatkę poruszającą się (moving mesh) dla elementów A i B
(prędkość w kierunku x przyjąć jako v

p

=300m/s).

Przepływ traktowany jest jako nieustalony i turbulentny. Należy aktywować solwer sprzężony,
„density_based” oraz założyć przepływ osiowosymetryczny. Powietrze traktowane jest jako gaz
idealny. Na brzegu „lufa_1” należy przyjąć ciśnienie: p=100 lub 200atm, założyć stosunek
lepkości turbulentnej do laminarnej RTL=10. Na brzegu „lufa_2” przyjąć ciśnienie otoczenia
oraz założyć RTL=1. Warunki początkowe dla podobszarów A i B podano na Rys. 1.

2

Wyznaczyć krok czasowy w oparciu o średnią odległość pomiędzy oczkiem siatki obliczeniowej
oraz sumę prędkości dźwięku i płynu.

Przedstawić animację przypływu i rozkładu temperatury w czasie. Sprawdzić wartości sił
działających na ścianki v1,v2 oraz v3 w trakcie przelotu pocisku przez tłumik. Monitorować
zmianę ciśnienia w czasie w dowolnym punkcie podobszaru C znajdującym się poza tłumikiem.
Zmienić warunki brzegowe dla h1,h2 i h3 ze ścianki na obszar wewnętrzny „interior”. Powtórzyć
symulację przepływu jak wyżej.

Rysunek 1. Widok siatki obliczeniowej do symulacji przepływu wokół pocisku wylatującego z
lufy.

A

C

h1

h2

h3

v1

v2

v3

pocisk

oś symetrii

R

p

=4.5mm

v

p

=300m/s

lufa („interface_ruch“)

„interface_nieruch“

ścianka

otoczenie

p_init=100-200atm
T_init=1000K,
mut_init=0.01 kg/(m*s)

lufa_1

B

lufa_2

U_init=-300m/s