Ćwiczenie 4

Celem dwiczenia jest generacja tetragonalnej siatki numerycznej na podstawie zadanej geometrii, a
następnie wykorzystanie jej do przeprowadzenia symulacji mieszania się strumieni płynu.

Idea symulacji przedstawiona jest na rys. 1. Czynnik gorący schładzany jest za pomocą strumieni o
niższej temperaturze, tak aby na wylocie otrzymad strumieo o wymaganych parametrach.

Rys. 1 Założenia symulacji: 1-wlot czynnika gorącego, 2,3-wloty czynnika zimnego, 4-wylot,
5-adiabatyczne ściany rurociągów

1. Przygotowanie geometrii

Geometria wymaga odpowiedniego przygotowania, w celu dostosowania jej do wymagao symulacji.
W tym celu:

1.1. Utwórz odpowiednie części (Outline:Model:Parts -> PPM -> Create Part). Zgodnie z rys. 1

będą to: wlot1, wlot2, wlot3 oraz wylot. Wszystkie ściany rurociągu mogą przynależed do
domyślnej części, ponieważ określony na nich warunek brzegowy będzie jednakowy.

1.2. Utwórz punkt materialny. Z zakładki Geometry wybierz narzędzie Create Body. Tworzonej

części nadaj nazwę FLUID01 i osadź punkt materialny (za pomocą dwóch lokacji) tak, aby
znajdował się on w środku geometrii.

Dzięki temu utworzony został obszar ograniczony odpowiednimi ścianami.

Uwaga: Siatka tetragonalna generowana jest w taki sposób, że zajmuje całą dostępną przestrzeo na
około punktu materialnego. W przypadku geometrii z wieloma takimi obszarami siatka
wygenerowana będzie tylko w miejscach oznaczonych takimi punktami.

1.3. Za pomocą zmian ustawieo widoczności poszczególnych elementów skontroluj poprawnośd

przygotowania geometrii.

2. Generacja siatki numerycznej

Tworzenie siatki tetragonalnej dokonywane jest za pomocą automatycznych algorytmów, na
podstawie zdefiniowanych parametrów.

2.1. W globalnych ustawieniach siatki (Zakładka Mesh:Global Mesh Setup:Global Mesh

Parameters) ustaw maksymalny rozmiar na 0.2. Resztę opcji pozostaw bez zmian.
Zaakceptuj przyciskiem Apply.

2.2. Utwórz element Denstity. Ustaw wielkośd (Size) na wartośd 0.1 i Ratio na 1.1. W części

Density Location wybierz opcję Points i wpisz: {0.5 0.5 1}. Zaakceptuj przyciskiem Apply.

Uwaga: Density jest to punkt lub obszar, w którym siatka będzie miała lokalnie inny rozmiar
oczek, niż ten zdefiniowany globalnie. W obszarze wlotu strumieni zimnych występowad będą
skomplikowane ruchy płynu oraz intensywna wymiana ciepła. W takich obszarach siatka
numeryczna powinna mied zwiększoną rozdzielczośd.

Utworzony został odpowiedni punkt. Pojawił się również nowy element w drzewku geometrii o
nazwie Densities, za pomocą którego można modyfikowad, tworzyd i usuwad punktu gęstości.

2.3. Wejdź w Compute Mesh w zakładce mesh. Wybierz opcje:



Mesh type: Tetra/Mixed



Mesh Method: Robust (Octree)



Select Geometry: All



oraz rozpocznij generację siatki przyciskiem Compute.

3. Weryfikacja jakości siatki

W obszarze drzewka modelu oprócz dotychczasowych pozycji Geometry oraz Parts, pojawiła się opcja
Mesh. Jej najważniejszymi elementami są Shells (elementy 2D osadzone na ścianach i należące do
odpowiadającym im częściom) oraz Volumes (elementy 3D znajdujące się wewnątrz geometrii i
należące do tej samej części, jak punkt materialny wokół którego są osadzone).

3.1. Odznacz widocznośd powierzchni w drzewku modelu (Model:Geometry:Surfaces)
3.2. Kliknij PPM na Model:Mesh i wybierz opcję Cut Plane:Show Cut Plane
3.3. W opcjach przekroju wybierz Method:Middle Y Plane

3.1. Z górnej zakładki Edit Mesh wybierz opcję Display Mesh Quality



Zachowaj ustawienia standardowe i upewnij się opcja Quality Type:Criterion ustawiona
jest na Quality.

Wyświetlony zostanie histogram pokazujący ilośd elementów znajdujących się w przedziałach jakości,
przy czym jakośd wyrażana jest wartościami od 0 (najgorsza) do 1 (najlepsza).

Uwaga. Po kliknięciu na słupek histogramu na ekranie wyświetlone zostaną wszystkie elementy
znajdujące się danym przedziale. Pozwala to zlokalizowad położenie najgorszych elementów i
poprawid dane wejściowe generatora siatki w celu poprawy jakośd siatki.

W razie potrzeby wygeneruj nową siatkę, ze zmienionymi parametrami wielkości oczka oraz w razie
potrzeby zmodyfikuj/dodaj nowe punkty gęstości. Jeżeli siatka posiada zadowalającą jakośd,
wyeksportuj ją do formatu ANSYS CFX5 i opuśd ICEM.

4. Definiowanie symulacji

4.1. Włącz ANSYS CFX PRE, ustaw odpowiedni format roboczy, utwórz nową symulację i

zaimportuj swoją siatkę numeryczną

4.2. Ustaw typ symulacji na Steady State
4.3. Stwórz domenę o właściwościach:



Domain Type: Fluid



Material: Air Ideal Gas



Reference Pressure: 100 atm



Heat Transfer Option: Total Energy



Turbulence: None (laminar)

4.4. Zdefiniuj warunki brzegowe symulacji



Wloty powietrza zimnego (2 x inlet):



Mass and Momentum: Mass Flow Rate: 0.4 kg/s



Static Temperature: 290 K

4.5. Wlot powietrza gorącego (inlet):



Mass and Momentum: Mass Flow Rate: 1 kg/s



Static Temperature: 400 K

4.6. Wylot (outlet):

4.6.1. Mass and Momentum: Average Static Pressure: 0 Pa

4.7. Ustawienia Solver Control:



Max Iterations: 400



Residual Target: 1e-5

4.8. Zapisz plik def oraz uruchom Solver

5. Post processing

5.1. Stwórz Streamlines rozpoczynające się na każdym z wlotów.
5.2. Oblicz średnią temperaturę czynnika na wylocie. W tym celu:



Stwórz nowe wyrażenie (Insert:Expression): areaAve(Temperature)@wylot

Uwaga. Składnia tego typu komend wygląda następująco: nazwa funkcji (czytana wartośd) @ lokacja.

5.3. Porównaj otrzymany wynik z temperaturą T

4

w analizie zerowymiarowej bilansu entalpii,

którą można przedstawid następująco: