Modelowanie przepływu w stopniu sprę\
arki
osiowej (GAMBIT)
Typowy stopień sprę\
arki osiowej składa się z części wlotowej,
ruchomych łopatek, łopatek stałych i części wylotowej. Układ
8. Tworzymy segment o wymiarach 10 x 7, przesuwamy o 20
taki jest oczywiście układem trój-wymiarowym.
jednostek w prawo
9. A
ączymy segment  stator z segmentem ostatnim (Face > Unit
Faces z opcja Real) nadając nazwę całości  stator-wylot
Dokonujemy uproszczenia: analizujemy przepływ dla jednej
pary łopatek na pewnym promieniu. Przepływ trójwymiarowy
zastępujemy przepływem dwu-wymiarowym.
Obliczenia przeprowadzimy dla segmentu wirnika
obejmującego jedną łopatkę ruchomą i jedną nieruchomą na
powierzchni cylindrycznej którą łopatki przecinają.
10. Przed wykonaniem siatki linkujemy odpowiednie pary
Nasz stopień sprę\
arki składa się zatem z 4 elementów
krawędzi jak na rysunku (Mesh > Edge > Link Edge Meshes z
opcją Periodic).
Uwaga: śeby linkowanie krawędzi było poprawne, obie
krawędzie muszą mieć ten sam zwrot! Jeśli tak nie jest, mo\
emy
zmienić zwrot jednej z nich naciskając Shift i środkowy klawisz
myszki.
Tworzenie geometrii  GAMBIT
1.Tworzymy segment palisady rotora o wymiarach 10 x 7
2.Tworzymy 4 punkty charakterystyczne dla łopatki rotora
(ruchomej) oraz jej krawędz
(NURBS)
11. Siatkowanie  Tworzymy siatki czworościenne (Mesh Faces
> Quad, Pave) o wymiarze 0.2
12. Nadajemy warunki brzegowe
3. Usuwamy niepotrzebne 2 punkty a następnie splitujemy
segment palisady przy pomocy łopatki rotora
4. Tworzymy segment palisady statora o wymiarach10 x 7 i
przesuwamy go o 10 jednostek w prawo
Na wlocie nadajemy warunek brzegowy Mass_Flow_Inlet.
Warunek Pressure-Outlet na wylocie potrzebny jest nam dla
ustalenia poziomu ciśnienia panującego na wylocie. Zadając
ciśnienie na wylocie mo\
na obliczyć ciśnienia w pozostałym
obszarze (tak\
e na wlocie).
5. Tworzymy 4 punkty charakterystyczne dla łopatki statora
Krawędziom pomiędzy cz. wlotową a rotorem oraz rotorem a
(nieruchomej) oraz jej krawędz
(NURBS)
segmentem  stator-wylot) nadajemy warunek brzegowy typu
Interface z opcją Periodic (inter-a, inter-b, inter-c, inter-d). Dla
ułatwienia mo\
na na chwilę segment  rotor przesunąć w górę
lub w dół.
6. Usuwamy niepotrzebne 2 punkty a następnie splitujemy
segment palisady przy pomocy łopatki statora i nadajemy mu
nazwę  stator
14. Po nadaniu nazw wlot, rotor i stator, wylot zapamiętujemy
7. Tworzymy segment o wymiarach 10 x 7, przesuwamy o 10
wykonaną pracę a następnie eksportujemy siatkę dwu-
jednostek w lewo i nadajemy mu nazwę  cz-wlotowa
wymiarową.
Obliczenia  FLUENT
Ustawienia ogólne:
" 2d, Serial
" Wczytanie i sprawdzenie siatki
" Skalowanie siatki (wymiary w cm)
" Ustawienie solvera: Density Based, Absolute, Steady, Planar
" Jednostki ciśnienia: bar (105 Pa)
" Models: model turbulencji Spalarta Allmarasa
II. Obliczenia dla pozornie ruchomego wirnika
" Włączone równanie energii
" Materiał :powietrze, ideal-gas
=> Cell Zone Conditions
" Operating Conditions: 1 bar
" Solution controls: Courant Number = 5
" Rotor: w zakładce Motion Type ustawiamy opcję Moving
Reference Frame i wartość prędkości ruchu łopatki
Warunki brzegowe:
(Translational Velocity Speed) Y = -120 m/s
" wlot: mass-flow-inlet, Reference Frame-Absolute, Mass-Flow
" iterujemy  ju\
bez ponownej inicjalizacji!
Specification Method  Mass Flow Rate, Mass Flow Rate
(kg/s) = 10, Total Temperature = 300 K
(Przyjęta wartość Mass-Flow Rate wynika z następującego
rozumowania:
" prędkość samolotu =450 km/h = 125 m/s
" szerokość segmentu wlotowego = 0.07 m (średnica podziałowa)
" wysokość segmentu wlotowego = 1 m
" gęstość powietrza = 1.19 kg/ m3
" wydatek masowy (mass-flow-rate = 1.19 x 125 x 0.07 = 10.4
kg/s)
Wyniki obliczeń - wektory prędkości
" wylot: Gauge Pressure = 0 bar, Backflow Total Temperature
= 300 K
Ustalenie interfejsów (Mesh Interfaces):
" interface_A z interface_B oraz interface_C z interface_D
" Interface Options: Periodic Repeats
I. Obliczenia rozpoczynamy od przypadku, gdy rotor
jest nieruchomy
" ustawiamy nową wartość Translational Velocity Speed = -150
" inicjalizacja z wlotu
m/s i iterujemy dalej (rozwiązanie powinno zbiegać się po ok.
" iterujemy (zbie\
ność procesu po ok. 1250 iteracjach)
1000 iteracjach)
Wyniki obliczeń:
Wyniki obliczeń:
pole ciśnień,
pole ciśnień,
pole prędkości, pole prędkości,
wektory prędkości wektory prędkości,
translation wartość Y=0.07 m, względnie -0.07 oraz Number
of Repeats = 3 i naciskamy Set.
linie prądu
5. Przygotowanie animacji
Calculation Activities > Solution Animations > Create/Edit
prędkości na wlocie i wylocie, Animation Sequences = 2 (np. cisnienie i predkosc)
Dalej ustawiamy wyświetlanie map konturowych ciśnienia i
prędkości
6. Ustalenie kroku czasowego
Najmniejszy wymiar liniowy "x w Gambicie wynosi 0.2, czyli we
"
"
"
Fluencie (po przeskalowaniu) "x = 0.002 m = 2 mm
"
"
"
Krok czasowy wyra\
a się wzorem "t = "x / (Vmax + a)
" "
" "
" "
Maksymalną wartość prędkości odczytujemy z mapy
ciśnienia na wlocie i wylocie (stopień sprę\
ania),
konturowej jako Vmax = 260 m/s , prędkość dz
więku
przyjmiemy jako a = 340 m/s. Stąd
"t = "
" "
" "x / (V + a) = 2 x 10-3/ 600 = 3 x 10-6 s
" "
(Dla przyspieszenia obliczeń mo\
emy nawet przyjąć większy
krok czasowy większy np. "t = 5 x 10-6 s.)
"
"
"
Dla prędkości przesuwu (unoszenia) rotora równej ok. 150 m/s i
odległości między łopatkami rotora równej 0.07 m (wartość po
przeskalowaniu) otrzymamy czas odpowiadający przejściu tej
odległości jako
ciśnienia całkowite na wlocie i wylocie,
T = 0.07 / 150 = 4.7 x 10-4 s
Uwzględniając przyjęty krok czasowy otrzymamy ilość kroków
odpowiadającą jednemu przejściu jako
TS = T / "t = 4.7 x 10-4 / 3 x 10-6 s = 157
"
"
"
śeby zobrazować jeden pełny cykl ruchu łopatek musimy zrobić
157 kroków czasowych i tyle samo zdjęć do animacji.
7. W zakładce Run Calculation ustawiamy:
Time Step Size (s) = 5e-6 oraz Numer of Time Steps = 10 (na
rozkłady ciśnienia na powierzchni łopatek (rotora i statora).
początek)
Wykonujemy iteracje (Calculate)
8. Sprawdzamy wynik (czy rotor się przesuwa oraz czy
nagrywają się filmy)
III. Modelowanie przepływu nieustalonego
A
opatki statora są nieruchome, łopatki rotora poruszają się z
zadaną prędkością (Moving Mesh)
1. Zmieniamy typ solwera z Steady na Transient (= Unsteady)
2. Rotor: w zakładce Motion Type zamiast opcji Moving
9. Wykonujemy pozostałe iteracje
Reference Frame ustawiamy opcję Moving Mesh. Wartość
prędkości ruchu łopatki (Translational Velocity Speed) Y = -
10. Sprawdzamy wyniki oglądając animacje (filmy).
150 m/s pozostawiamy bez zmiany.
3. Pozostałe ustawienia bez zmian
4. Zmieniamy sposób wyświetlania z 1 na 3 segmenty (Display >
Views > Periodic Repeats Define). Ustawiamy w oknie