Zadanie nr2

Cel zadania:

W tym zadaniu należy wygenerować siatkę numeryczną dla wcześniej przygotowanej geometrii, a następnie wykonać symulację dla różnych warunków brzegowych. Geometria jest uproszczoną postacią kolektora płaskiego przez który przepływa czynnik (woda) pobierający ciepło za pomocą kontaktu powierzchniowego absorbera (płyta aluminiowa) z orurowaniem.

Opis zadania:

Przeprowadź analizę cieplną dla fragmentu kolektora płaskiego o zadanej geometrii jak na Rys.1, dla różnych warunków brzegowych. Strumień ciepła docierający do powierzchni absorbera będzie równy:

1. 500 W/m²

2. 1000 W/m²

Dodatkowo dla każdego z wyżej przedstawionego strumienia ciepła zamodeluj przepływ czynnika w rurze jako:

1. Turbulentny

2. Laminarny

Temperatura wody wchodzącej do kolektora jest równa 15^oC. Pozostałe powierzchnie kolektora są idealnie zaizolowane.

Rys.1 Geometria kolektora płaskiego (fragment)

Zadania do wykonania:

1. Tworzenie siatki numerycznej.

W tej części zadania musisz wykonać siatkę numeryczną składającą się z 6 oddzielnych części. Tworzone siatki będą heksagonalne oraz tetragonalne, w zależności od geometrii poszczególnych części. Wszystkie siatki numeryczne będą następnie połączone za pomocą funkcji „interface” w programie ANSYS CFX-pre.

Tworzenie siatki dla pojedynczych rur - siatka heksagonalna.

1. W drzewku dialogowym w menu rozwijanym Parts odznacz niepotrzebne powierzchnie, zostawiając zaznaczone GEOM, INLET, INTER1, INTERWALL1, WALL1

2. W geometrii rury umieść punkt materialny o nazwie RURA za pomocą funkcji Geometry> Create body

3. Utwórz blok na powierzchni rury zaznaczając powierzchnie WALL1 oraz INTERWALL1

4. Dostosuj blok do geometrii za pomocą funkcji O-grid zaznaczając odpowiednio 2 powierzchnie do których ma być przycięty blok - patrz rys.2.

Rys.2 Funkcja O-grid

5. Przypisz blok do odpowiednich krawędzi geometrii - patrz Rys.3

Rys. 3 przypisywanie bloku do odpowiednich krawędzi geometrii. (kolor czerwony - krawędzie geometrii, kolor czarny - krawędzie bloku).

6. Stwórz siatkę numeryczną o odpowiedniej wielkości za pomocą funkcji Blocking>Pre-Mesh Params.

7. Sprawdź jakość wykonanej siatki. W razie potrzeby zmień zagęszczenie siatki/zmodyfikuj bloki.

8. Przekonwertuj siatkę numeryczną utworzoną na bloku do niestrukturalnej siatki (Blocking>Pre-Mesh>Convert to Unstruct Mesh)

9. Zapisz projekt

10. Zapisz geometrię jako rura1.uns w menu File>Mesh>Save Mesh As…

11. Zamknij utworzoną siatkę numeryczną za pomocą funkcji File>Mesh>Close Mesh…
    

12. Postępuj analogicznie z pozostałymi rurami

Uwaga nr1

Możliwe jest kopiowanie utworzonej siatki numerycznej za pomocą funkcji Edit Mesh> Transform Mesh. Należy jednak pamiętać, że wszystkie powierzchnie, na których będą przypisane warunki brzegowe symulacji, również zostaną skopiowane. Nazwy powierzchni dla skopiowanych siatek (osobno dla każdej siatki) w programie ANSYS CFX zostaną przypisze automatycznie. Jest to niekorzystne ze względu na późniejsze przypisanie tym powierzchnią warunków brzegowych w programie ANSYS CFX.

Uwaga nr2

Dla kopiowania siatek numerycznych: należy przesunąć każdą z nich o wartość 30 od poprzedniej - kierunek osi X. Dodatkowo skorzystaj z funkcji select all appropriate obejcts w celu zaznaczenia siatki, którą chcesz skopiować.

13. Otwórz wszystkie trzy siatki numeryczne rur przy pomocy funkcji File>Mesh>Open Mesh… łącząc je wszystkie podczas ładowania (funkcja Merge pojawiająca się w oknie dialogowym podczas ładowania).

14. Przekonwertuj siatkę numeryczną jako plik wejściowy do programu ANSYS CFX.

15. Zamknij wygenerowaną siatkę.
    

Generowanie siatki tetragonalnej - kolana 180⁰

16. W drzewku dialogowym w menu rozwijanym Parts odznacz niepotrzebne powierzchnie, zostawiając zaznaczone GEOM, INTER1, INTER2, WALL2

17. W geometrii kolana 108^o umieść punkt materialny o nazwie TETRA1 za pomocą funkcji Geometry> Create body

18. W zakładce Mesh ustaw Global Mesh Setup> Volume Meshing Parameters na Tetra/Mixed, Mesh method> Robust (Octree), maksymalny rozmiar na 0.2.

19. W oknie dialogowym Global Mesh Setup> Prism Meshing Parameters Ustaw Heigh ratio na 1.2, Numer of layers na 3, oraz zaakceptuj wciskając Apply.

20. Ustaw wielkości poszczególnych komórek za pomocą Part Mesh Setup w zakładce Mesh. Ustaw INTER1, INTER2 na wartość 1, WALL2 na wartość 2, zaznacz prism w WALL2.
    
    
    

Rys.4 Part Mesh Setup

21. Przelicz tak zdefiniowaną siatkę za pomocą funkcji Compute Mesh zaznaczając opcję Create Prism Layers oraz ustawiając z menu wybieranego Input> Select Geometry> Visible.

Rys. 5 Siatka tetragonalna dla pierwszego kolana 108^o

22. Sprawdź jakość wykonanej siatki. W razie potrzeby zmień jej wielkość i przelicz jeszcze raz.

23. Zapisz siatkę jako tetra1.uns oraz przekonwertuj ją do programu ANSYS CFX.

24. Zamknij siatkę numeryczną.

25. Postępuj analogicznie jak powyżej z siatką numeryczną dla drugiego kolana 108^o
    

Siatka tetragonalna/heksagonalna absorbera (do samodzielnego wykonania).

Uwaga nr3

Przy próbie utworzenia siatki heksagonalnej należy blok podstawowy dla tego elementu podzielić na mniejsze bloki, oraz przypisać odpowiednie krawędzie bloku do odpowiednich płaszczyzn warunków brzegowych (powierzchnie styku absorbera z orurowaniem).

2. Symulacja numeryczna w programie ANSYS CFX (do samodzielnego wykonania).

Modelowanie numeryczne - stan ustalony

1. Zaimportuj wygenerowane siatki numeryczne do programu ANSYS CFX-pre (z jednostką mm).

2. Utwórz dwie domeny: Absorber (domena typu solid, materiał: aluminium); Woda (domena typu fluid, materiał: woda).

3. Nadaj warunki brzegowe typu Interface na odpowiednich płaszczyznach (patrz Rys. 6)

Rys. 6 Warunki brzegowe typu interface.

4. Nadaj pozostałe warunki brzegowe, oraz modele wymiany ciepła, zgodnie z treścią zadania.

5. Ustaw warunek zbieżności wyników RMS na wartość 10^-5, oraz ilość maksymalnej liczby iteracji na 200.
   

3. Postprocessing

1. Przedstaw wartości prędkości, ciśnienia i temperatury lokalnej w przekroju orurowania kolektora.

2. Oblicz temperaturę końcową czynnika z bilansu ciepła dla stanu ustalonego.

3. Porównaj wyniki średniej wartości temperatury na powierzchni wylotowej czynnika.

Forma sprawozdania

Sprawozdanie powinno mieć formę artykułu i składać się powinno z następujących elementów:

• Wstęp

• Tok obliczeń (tworzenie siatki, warunki brzegowe, warunki symulacji, itd.)

• Prezentacja wyników

• Dyskusja wyników

• Wnioski/podsumowanie

---