1
ĆWICZENIE
Opis modelu geometrycznego:
Ustalony trójwymiarowy przepływ
Model rozwa\
any w tym ćwiczeniu jest właściwie pół-
nieściśliwy z oderwaniem
modelem, w którym odwzorowano tylko połowę skrzydła
Cel ćwiczenia:
delta oraz połowę kręgu śmigła. Tym samym zało\
ono
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobem
przepływ symetryczny względem płaszczyzny XZ. W celu
modelowania przepływów trójwymiarowych oraz obróbka
lokalnego zagęszczenia siatki wokół skrzydła, model
trójwymiarowych wyników graficznych.
umieszczono w półkuli, w której zastosowano znacznie
gęstsza siatkę, ni\
w pozostałym obszarze.
Opis problemu:
Zadanie polega na wyznaczeniu opływu wokół skrzydła
typu delta ustawionego pod du\
ym katem natarcia (30°),
wyposa\
onego w śmigło, umieszczone w szczelinie .
Przepływ odbywa się w zamkniętej przestrzeni tunelu
aerodynamicznego i posiada płaszczyznę symetrii wymiary
tunelu BxHxL=150x200x600 mm). Przepływającym
czynnikiem jest powietrze o prędkości V=10m/s i ciśnieniu
p=101325 Pa.
Model obliczeniowy w całości
Dzięki zastosowaniu warunku brzegowego typu
INTERFACE na brzegu półkuli, mo\
na mo\
liwe jest
obracanie półkuli (wraz z modelem) dla uzyskania
ustawienia skrzydła pod ró\
nymi kÄ…tami natarcia (nie
będzie to wykonywane podczas tego ćwiczenia, ale jest
mo\
liwe).
Wykonanie modelu geometrycznego
a) podstawowe obiekty geometryczne:
1) utworzyć 3 punkty (A, B, C) w płaszczyz
nie XY,
połączyć je liniami prostymi a następnie stworzyć na ich
Wymiary obszaru obliczeniowego
podstawie powierzchniÄ™ (opcja WIREFRAME) o nazwie
 skrzydlo
L.p. Współrzędna X Współrzędna Y
A 10 0
B 10 30
C -40 0
2) utworzyć koło w płaszczyz
nie YZ (Face, Circle) o
promieniu r = 5 i nazwie  smiglo , następnie przesunąć je
(opcja Move, Translate) o wektor [-10;0;0]
3) obrócić powierzchnie  skrzydlo i  smiglo o kÄ…t +30°
(opcja Move, Rotate) względem osi Y (Axis, Define,
Direction: Y Positive > Apply)
4) utworzyć prostokątną powierzchnię w płaszczyz
nie XZ
Centered o wymiarach 300x800 (Width x Height) i
nazwie noz
5) utworzyć kulę o promieniu r = 50 (Volume, Sphere) i
nazwać ją  kula
6) utworzyć prostopadłościan (Volume, Brick) o
wymiarach: 600x300x200 (Width x Depth x Height) i
nazwie  tunel . Przesunać go następnie (Move, Translate) o
Schemat układu przepływowego
wektor [50;0;20]
b) operacje na obiektach:
1) przedzielić kulę (Split Volume) za pomocą powierzchni
 noz (Split with Faces (Real)) z zachowaniem narzędzia
 2
tnącego (włączona opcja Retain, opcje Bidirectional i
Cennected wyłączone). Skasować półkulę pozostającą po
ujemnej stronie osi Y (Delete Volumes).
2) przedzielić prostopadłościan  tunel (Split Volume) po-
wierzchniÄ…  noz (Split with Faces (Real)) pozostawiajÄ…c
narzędzie tnące (włączona opcja Retain, opcje Bidirectio-
nal i Cennected wyłączone). Skasować prostopadłościan
pozostajÄ…cy po ujemnej stronie osi Y (Delete Volumes).
Warunki brzegowe dla obszaru obliczeniowego
3) zmienić nazwy pozostałych dwóch objętości na  tunel i
 polkula (Volume > Modify Volume Label)
W modelu u\
yto następujących warunków (rys. 4):
1) Symmetry - na płaszczyz
nie symetrii układu tunel-model
4) przedzielić powierzchnię  smiglo (Split Face) po-
(uwaga: sÄ… tam dwie powierzchnie)
wierzchnią  noz (Split with Faces) usuwając narzędzie
2) Wall - na ścianach bocznych tunelu aerodynamicznego
tnące (opcja Retain wyłączona, opcje Bidirectional i Cen-
3) Velocity Inlet  wlot prędkościowy (na wlocie do tunelu)
nected wyłączone). Skasować część powierzchni  smiglo
4) Outflow  wypływ (wylot z tunelu)
pozostajÄ…cÄ… po ujemnej stronie osi Y (Delete Faces).
5) Wall - na powierzchniach skrzydła
6) Fan  wentylator (śmigło)
5) odjąć objętość  polkula od objętości  tunel (Volume >
Split Volume > Split with Volumes) z zachowaniem
Siatkowanie modelu:
półkuli oraz jedną powierzchnią łączącą o obie objętości
(opcja Retain wyłączona, opcja Connected włączona, opcja
1) utworzyć siatkę na powierzchni skrzydła oraz śmigła (są
Bidirectional wyłączona).
to 3 powierzchnie), siatka typu Tri/Pave, Interval size = 2
2) utworzyć siatkę na powierzchni sfery oraz powierzchni
6) przedzielić objętość  polkula za pomocą powierzchni
le\
ącej w płaszczyz
nie symetrii (2 powierzchnie), siatka ty-
 skrzydlo i  smiglo (Volume < Split Volume > Split wi-
pu Tri/Pave, Interval size = 5
th Faces) bez zachowania tych powierzchni (opcja Retain
3) utworzyć siatkę w objętości  polkula (siatka Tet/Hybrid
wyłączona, opcje Bidirectional i Connected wyłączone)
Tgrid, Interval size = 1)  generator siatki powinien wyświe-
tlić komunikat:  Mesh generated for volume polkula: mesh
7) sprawdzić, czy pomiędzy objętościami  tunel i  polku-
volumes = 12729
la jest tylko jedna powierzchnia i ew. połączyć, jeśli są
4) utworzyć siatkę na zewnętrznych ścianach tunel oraz na
dwie (Face > Connect Faces). Rozwinąć okno Faces i naci-
powierzchni wlotu i wylotu (Tri/Pave, Interval size = 20)
snąć kilkakrotnie na krawędz
czaszy kulistej przy wciśnię-
5) utworzyć siatkę na powierzchni symetrii tunelu (Tri/Pave,
tym klawiszu Shift. W oknie po prawej stronie powinna po-
Interval size = 1)
jawić się nazwa tylko jednej powierzchni, a w oknie komu-
6) utworzyć siatkę w objętości  tunel (siatka Tet/Hybrid
nikatów programu (Transcript) powinien pojawić się komu-
Tgrid, Interval size = 1)  generator siatki powinien wyświe-
nikat:  ERROR: Entity face.nr currently exist in the se-
tlić komunikat:  Mesh generated for volume tunel: mesh vo-
lect list .
lumes = 19193
Zadanie warunków brzegowych:
Dla ułatwienia warunki brzegowe zostaną zadane przed
siatkowaniem modelu. Wszystkie warunki brzegowe w
modelu trójwymiarowym odnoszą się do powierzchni (Fa-
ce), zaś strefy wypełnione płynem (Fluid) bądz
ciałem sta-
łym (Solid) deklarowane są na objętościach (Volume). Sta-
nowi to istotna ró\
nice pomiędzy modelami dwuwymiaro-
wymi oraz osiowosymetrycznymi, w których warunki brze-
gowe zadawano na krawędziach (Edge), a strefy ośrodka
zadawano na powierzchniach (Face).
WyglÄ…d siatki na powierzchniach  skrzydlo oraz  smiglo-cz1 i
 smiglo-cz2
 3
Cell Zone Conditions > (powietrze) > Operating
Conditions
W oknie Operating Conditions ustawić wartość ciśnienia
odniesienia (Operating Pressure) na 101325 Pa i potwier-
dzić wybór (OK).
Określenie warunków brzegowych:
Boundary Conditions > Edit
W tej części ćwiczenia definiujemy następujące warunki
brzegowe:
1) wlot prędkościowy (Velocity Inlet) - prędkość na wlocie
(Velocity Magnitude) = 10 m/s
2) smiglo (fan)  ustalamy skok ciśnienia na 0 (Pressure
Jump = Constant = 0 Pa). W tej części ćwiczenia śmigło
Wygląd siatki w objętości  polkula
nie będzie się obracać, zostanie ono włączone dopiero w
drugiej części ćwiczenia.
3) wylot tunelu (Outflow)  ustawienia pozostawiamy bez
zmiany (Flow Rate Weighting = 1).
Ustawienie wielkości reszt:
Monitors > Residuals > Edit
Wyłączyć opcję wyświetlania histogramów dla rezydułów
(Print to Console), zaznaczyć opcję Plot.
Zadać wartości wszystkich rezydułów na poziomie 10-3. Po-
twierdzić wybór (OK).
Wygląd siatki w objętości  tunel
Inicjalizacja rozwiÄ…zania
Wyeksportować siatkę (3d) i zakończyć pracę z programem
Solution Initialization >
Gambit.
zadać wartości z wlotu (Compute from: wlot):
OBLICZENIA PRZEPA
YWOWE W PROGRAMIE
- ciśnienie (Gauge Pressure) = 0 Pa
FLUENT
- składowa X prędkości (X-Velocity) = 10 m/s
Uruchomić Fluenta w wersji trójwymiarowej o zwyczajnej
- składowa Y prędkości (Y-Velocity) = 0 m/s
precyzji obliczeń (3d), wczytać utworzony w Gambicie plik
- składowa Z prędkości (Z-Velocity) = 0 m/s
z siatką obliczeniową, sprawdzić poprawność siatki, prze-
skalować (siatka była utworzona w centymetrach).
Rozpoczęcie obliczeń:
Wykonanie obliczeń (Run Calculation)
Ustawienia solvera przepływowego:
Wykonać ok. 200 iteracji i przejść do analizy wyników
General > Solver
Solver rozsprzÄ™\
ony (Type: Density Based),
Analiza wyników obliczeń:
Przepływ ustalony (Time: Steady)
Ustalenie lustrzanego widoku:
Prędkość (Velocity Formulation: Absolute)
Display > Views >
Model trójwymiarowy (3D Space)
W polu Mirror Planes zaznaczyć pl_symetrii i nacisnąć
Display
Definiowanie modelu:
Obliczenia przeprowadzimy dla modelu płynu lepkiego,
A. Wyniki dla przypadku wyłączonego śmi-
przyjmując 1-no równaniowy model turbulencji
gła
Models > Viscous >Edit
Zmienić model lepkości z laminarnego (Laminar) na lepki
1. Rozkłady ciśnienia na górnej i dolnej powierzchni
turbulentny (Spalart-Allmaras).
skrzydła
Ustawienie modelu płynu nieściśliwego:
Materials > Fluid > Create/Edit
Pozostawić ustawienia ośrodka o stałej gęstości (Density =
Constant)
Określenie warunków analizy:
 4
W tym celu nale\
y utworzyć 2 płaszczyzny o stałych warto-
ściach współrzędnej X:
Surface > Iso-Surface
w oknie Iso-Surface w polu stałych wartości (Surface Of
Constant) wybrać siatkę (Mesh), w polu poni\
ej wybrać
współrzędną X (X Coordinate). W polu stałej wartości (Iso
Value) podać wartości współrzędnej x płaszczyzny (np.
0.05), a w polu nazw (New Surface Name) podać jej nazwę
(np. x=0.05). Potwierdzić wybór (Create). Tak samo utwo-
rzyć płaszczyznę dla x=0.2.
Kontury ciśnienia statycznego na górnej powierzchni skrzydła
Wektory prędkości w płaszczyz
nie x = 0.05
Kontury ciśnienia statycznego na dolnej powierzchni skrzydła
Wektory prędkości w płaszczyz
nie x = 0.2
Definiowanie linii do wizualizacji linii prÄ…du:
Dla celów wizualizacji przydatne będzie wcześniejsze zde-
finiowanie specjalnej linii, biegnąca blisko krawędzi natar-
cia skrzydła. Z linii tej startować będą linie prądu (podczas
Wektory prędkości na górnej powierzchni skrzydła
wizualizacji). Aby stworzyć taką linie (Rake) nale\
y naj-
pierw wyświetlić samo skrzydło korzystając z opcji:
Display > Mesh (Uwaga: wcześniej nale\
y wyłączyć lu-
strzane odbicie, \
eby nie pomylić połówki rzeczywistego
skrzydła i połówki lustrzanej !)
W oknie Options wybrać Faces a w oknie Surfaces pod-
świetlić  skrzydlo .
Następnie tworzymy linię, biegnącą wzdłu\
krawędzi na-
tarcia:
Surface > Line/Rake
Przy wyłączonej opcji Line Tool w ramce Options wybie-
ramy w ramce Type opcjÄ™ Rake. W polu Number of Points
pozostawiamy wartość = 10. Następnie wciskamy przycisk
Select Points With Mouse. W oknie graficznym, gdzie jest
Wektory prędkości na dolnej powierzchni skrzydła.
wyświetlono skrzydło wskazujemy prawym przyciskiem
myszy dwa punkty (poczÄ…tek i koniec), definiujÄ…ce prostÄ…, w
Wizualizowania wirów krawędziowych:
polu New Surface Name wpisujemy jej nazwÄ™ (np.
 5
kraw_natarcia) a następnie potwierdzamy wybór przyci-
skiem Create. Podobnie mo\
na zdefiniować linię pokrywa-
jącą się z krawędzią spływu.
(Uwaga: Ustawienie przycisków myszy mo\
emy sprawdzić
za pomocÄ… polecenia Display > Mouse Buttons)
Wizualizacja linii prÄ…du:
Display > Path Lines
W celu wizualizacji linii prÄ…du w oknie Release from Sur-
faces wskazujemy wcześniej utworzoną krawędz
natarcia
jako linię, z której nale\
y rozpocznie się kreślenie linii prą-
du. (mo\
na równie\
w tym celu u\
yć powierzchni skrzydła).
Wizualizacja olejowa na dolnej powierzchni skrzydła
B. Obliczenia dla przypadku z włączonym
śmigłem.
W dalszej części ćwiczenia nale\
y dokonać obliczeń i wizu-
alizacji wyników dla przypadku z włączonym śmigłem:
Define > Boundary Conditions > smiglo > Edit
smiglo (Fan) - skok ciśnienia (Pressure Jump) = 200 Pa
(Constant - stały)
Przykład wizualizacji linii prądu rozpoczynających się od krawę-
Pozostałe warunki brzegowe bez zmian.
dzi natarcia
Inicjalizujemy rozwiÄ…zanie i wykonujemy 200 iteracji.
Analiza wyników obliczeń dla włączonego śmigła:
Wizualizacja linii prądu wychodzących z powierzchni skrzydła
Wizualizacja olejowa
Display > Path Lines
W polu Options zaznaczyć Oil Flow, w polach On Zone
Kontury ciśnienia statycznego na górnej powierzchni skrzydła
oraz Release from Surfaces zaznaczyć skrzydlo. Wyświe-
tlić obraz naciskając Display.
Wizualizacja olejowa na górnej powierzchni skrzydła
Kontury ciśnienia statycznego na dolnej powierzchni skrzydła
 6
Wizualizacja olejowa na dolnej powierzchni skrzydła
Wektory prędkości na górnej powierzchni skrzydła
Zakończyć pracę z programem Fluent.
Wektory prędkości na dolnej powierzchni skrzydła
Przykład wizualizacji linii prądu wychodzących z krawędzi natar-
cia
Wizualizacja olejowa na górnej powierzchni skrzydła