Modelowanie - metoda eksperymentalna wykorzystująca małe modele izotermincze w celu nadania i analizowania przepływów i procesów nieizotermicznych występujących w przemysłowych urządzeniach cieplno-przepływowych.
Cel mod. - umożliwia przeprowadzenie badań eksperymentalnych które byłyby trudne a nawet niemożliwe do wykonania na obiekcie rzeczywistym z uwagi na koszty i niebezpieczeństwo zniszczenia urządzeń .

Modelowanie procesu mieszania

*mod. Procesu mieszania z zastosowaniem gorącego i zimnego powietrza
*izotermiczne modelowania procesu mieszania z zastosowaniem wody i kolorowego barwnika

*izotermiczne modelowanie procesu mieszania z zast. Wodnych roztworów kwasu i zaasad tzw mod kwasowo-zasadowego.

Ogólne kryteria podobieństwa:

*podobieństwi geometryczne
*fizyczne (kinetyczne, dynamiczne)
*chemiczne

Modelowanie kwasowo-zasadowe

*reakcja mieszania utleniacza z paliwem modelowania procesem neutralizacji przy wykorzystaniu
a)wodnego roztworu kwasu np H2SO4
b)wodnego roztworu zasady np NaOH
c)kolorowego wskaźnika pH dodanego do roztworu NaOH np fenolaftaleina

*zmiana koloru wskaźnika następuje wraz ze zmianą wartości pH roztworu podczas erakcji zobojętniania kwasu zasada

*wizualne przedstawienie długości kształtu płomienia
*badanie oraz optymalizacja warunków mieszania


Numeryczna mechanika płynów (eliminacja czasochłonnych i kosztównych badań doświadczalnych podczas cyklu projektowania i modernizacji urządzeń)

Comptational Fluid Dynamic - CFD

*modelowanie przepływu płynów
*modelowanie transportu ciepła i masy
*mod. Reakcji chemicznych
*rozwiazanie numerycznych równań opisujących zjawiska fizyczne (zachowaniu masy, pędu, energii składników)

Zastosowanie CFD
*nowe rozwiązania (projektowanie)

*istniejące obiekty (usuwanie błędów, poprawa)

CFD uzupełnia

*testowanie

*eksperymenty

Finite volume method-fluet - podział numeryczny analizowanego obszaru. Dyskretyzacja równania zachowania masy, pędu, i energii.
Pakiet obliczeniowy FLUET służy do analizy pola przepływu bazując na rozwiązaniu równań Naviera-Stokesa - metoda objętości skończonych

Ruchy przepływu w domenie opisuje równanie Naviera-Stokesa, którego poszczególne części odpowiadają:
*opisowi niestacjonarnego ruchu płynu

*konwekcji i ruchowi płynu pod wpływem sił wyporu
*dyfuzji rozmywania się zaburzeń
*generacji czyli uwzględnieniu sił zewnętrznych działających na płyn

W pakiecie zaimplementowano wiele modeli
*warstwy przyściennej
*turbulencji
*reakcji chemicznych
*spalania
*oraz wielu innych przydatnych w analizie przepływów w zastosowaniu komercyjnych.
Pakiet Fluet umożliwia analize bardzo szerokiego spektrum zjawisk przepływowych i termodynamicznych

Struktura oprogramowania FLUET
A. Preprocesor (generator siatki obliczeniowej) - GAMBIT
*tworzenie geometrii modelu
*generacja siatki
*przypisanie typów siatki, typów materiałów, oraz typów warunków brzegowych
*eksport geometrii siatki (np do FLUET)

B. Procesor (program obliczeniowy)
*import siatki z Gambit
*zdefiniowanie modeli
*wybór solvera
*zdefiniowanie materiałów
*zdefiniowanie warunków brzegowych
* inicjalizacja obliczeń
* przeprowadzenie obliczeń
C. Postprocesor - FLUET
* analiza wyników (uzyskanie obrazów pól temperatury, uzyskanie wartości pól temperatury, ciśnień, prędkości w każdym elemencie siatki numerycznej)

Do geometrii 2D i 3 D dla dowolnych siatek numer.
*przepływy reagujace i niereagujace
*p. Niesciśliwe i ściśliwe
*analiza ustalona i nieustalona
*przepływy nielepkie, laminarne i turbulentne

* transport ciepła
*przepływy newtonowskie i nienewtonowskie
*sprzężona wymiana ciepła, przewodzenie i konwekcja
*radiacyjna wymiana ciepła
*zmiana fazy, krzepniecia, topnienie
*przepływ w warstwie porowatej
*dynamiczne siatki, poruszające się elementy

UDF- User definet Function
*dowolny model zdefiniowany przez użytkownika
*zadania warunku brzegowego
*zaawansowane monitorowanie
* programowanie w C. (++?)
Podstawowe kroki w symulacji numerycznego wykorzystywanego w obliczeniach z zastosowaniem CFD
*analiza zadania i wybór podstawowych modeli fiz.
*przygotowanie dokładnej geometrii obiektu.
*dyskretyzacja obszaru obliczeń - utworzenie siatki obiektu.
*wprowadzenie danych podstawowych i warunków brzegowych
*modelowanie numeryczne przypadku izotermicznego pola przepływu i procesu mieszania
*modelowanie numeryczne procesu spalania
* analiza wyników numerycznych

Wymaga obliczeń numerycznych - oprogramowanie FLUET
*jakich wyników oczekujemy od analizy numerycznej i j ak będą one wykorzystane
*jakie modele zjawiska są wymagane
*czy wymagane sa modele niedostępne w podstawowej wersji programy UDF
*jakie uproszczenia muszą być zastosowane

Identyfikacja obszaru obliczeniowego (wyodrębnienie obsz. Obl. Z obiektu rzeczywisteg) Określenie poczatku i końca obszaru obliczeniowego
*czy istnieją dane do zadania warunków brzegowych ba tych brzegach
*można zdobyć informacje o warunkach brzegówych
*czy nalezy wydłużyc obszar obliczeniowy do miejsc gdzie warunki brzegowe sa znane
* czy można zastosować model 2D bądź osiowo symetryczny.
* czy mozna stosowań elementy guezol/hex , tri/tet
- jak skomplikowany jest przepływ
-czy bedą powierzchnie tzw „non-conformal”
*jaka gęstość siatki jest wymagana dla danej geometrii
-czy podziała jest wystarczajaca
-czy można z góry określić rejony o dużym gradiencie
-czy będzie wymagana adaptacja
*czy dysponujemy wystarczająca pamięcią operacyjną
-ile komórek wymagamy
-ile modeli będzie stosowanych

Model numeryczny
*dla danego zadania nalezy:
- wybrać odpowiednie modele zjawisk (models) (turbulencja, spalanie)
-zdefiniować własności materiałowe (materials, płyn, ciało stałe, mieszanina)
*ustawić warunki otoczenia (operating conditions)
* ustawić warunki brzegowe (Boundary conditions)
* inicjalizacja (Initalize)
*ustawienie solvera (controls solutions)
*ustawienie monitorów

Warunki brzegowe
*definicja zadania, które jest jednoznacznie wymagane. Jest to dostarczanie solverowi informacji w wartościach zmiennych na brzegu obszaru obliczeniowego (strrumienie masy, pędu, energii)
*definicja warunków brzegowych (położenie na brzegu, wlot, ściana, symetria, wartość)
*typ zależy od wybranych modeli

Prowadzenie obliczeń
*interakcyjne rozwiązanie równań
-kilkadziesiąt do kilku tysięcy interakcji wymaganych
*zbieżność
-brak zmian w rozwiązaniu
-monitorowanie reszt
-całkowity bilans jest zachowany
*dokładność
-dokładność modeli zjawisk fiz.
-gęstosć siatki
-zdefiniowanie zadania

Inicjalizacja
*interakcyjne rozwiązanie wymaga inicjalizacji wszystkich zmiennych
-realistyczna inicjalizacja polepsza stabilność i szybkość
-niekiedy wymagana jest poprawna inicjalizacja (spalanie)
*wstawienie wartości dla dowolnego regionu
-zapłon - lokalnie wysoko temp
-dysza

Zbieżność
*wszystkie równania zachowania dla komórek mieszają się w zadanej tolerancji
*rozwiazanie nie zmienia się dla większej liczby tolerancji
*całkowity bilans masy energii jest zachowany
* ”reszty” osiągnęły niskie wartości
*monitorowanie wielkości

Kostka zielona- płyn, ciało stałe -definiujemy
Kostka biala - wlot, wylot
kostka żółta - siatka


Metoda Eulera - powierzchania i objętość kontrolna są stałe w układzie Eulera. Mogą być przenikliwe dla elementów płynu. Przez Powierzchnię kontrolną może przepływać strumień dowolnej wielkości związanej z elementemi płynu (opis ruchu płynu, objętość skończona)

Metoda Lagrange'a - powierzchnia i objętość nazywamy płynną jeżeli składają się z tych samych elementów płynu mimo upływu czasu. Są one nieprzenikliwe dla elementów płynu. Współrzędne powierzchni i objetości płynnej sa stałe we współrzędnych Lagrnage'a. Powierzchnia płynna unosi się w przestrzeni.(opis ruchu płynu, objętość skończona)

Metoda objętości skończonych bazuje na całkowym sformułowaniu równań zachowania.
Modelowanie numeryczne:
Geometria --> siatka obliczeniowa --> warunki brzegowe --> parametry modelu numerycznego --> obliczenia - zbiezność procesu --> analiza wyników

---