Применение программного комплекса AnsysIcem к решению задач химической промышленности (стр. 6 из 6)

Так как блоки описывающие внутренность тела представляют одно физическое тело, а блоки описывающие стенку другое, то надо объединить эти блоки соответственно в две новые части (это лучше сделать, чтобы потом не пришлось лишний раз их склеивать в решателе), при этом старые части автоматически исчезнут, вместе с блоками отправляем в эти части и все промежуточные поверхности к которым эти блоки были прикреплены (например поверхности образованные после вращения отрезка NO, эти поверхности не имеют никакого физического смысла, но удалять их нельзя, т.к. тогда “поплывёт сетка”). Как это делать было сказано выше, новые части называем BLOCK_T_1_1 и BLOCK_T_1_2.

Всё готово для создания сетки, создаём её. В дереве вида на вкладке блоков находим пункт предварительной сетки (Pre-Mesh), выбираем опцию создать неструктурированную сетку (Convert to Unstruct Mesh).

Экспорт в решатель

Сетка создана. Сохраняем проект под именем Т_1. Выбираем решатель: нажимаем

, далее , заполняем поля , затем , жмём ; нажимаем , в появившемся меню нажимаем .

Таким образом первое тело полностью построено и экспортировано в решатель ANSYS CFX.

Построение второго тела

Нетрудно заметить, что второе тело представляет собой фигуру вращения. На рис.1 представлен профиль второго тела. Очевидно, что в области 1 и 2 при попытке описать данную фигуру на два вертикальных блока (без учёта центрального разбиения – 0-grid), будут возникать сильные искажения топологии (большие изменения углов). Возникает необходимость ввести дополнительные блоки. Делаем дополнительные построения. Результат представлен на рис.2. Введённые дополнительные отрезки (после вращения станут поверхностями), не имеют никакого физического смысла, а служат только для будущей ассоциации к ним блоков. Аналогично было проведено вращение данного профиля (последовательно на углы

), также созданы два дополнительных круга (образованных вращением точек K и L). Результат представлен на рис.3.

Координаты точек:

A(0.0065 0.0465 0), B(0.004 0.044 0)

C(0.004 0.041 0), D(0.0065 0.043 0)

E(0.004 0.008 0), F(0.0065 0.008 0)

G(0.00215 0.004 0), K(0.00075 0.004 0),

L(0.00042 0 0), M(0.0012 0 0)

N(0.0025 0 0), P(0.0045 0.004 0).

Координаты точек L, M, N, выбирались таким образом, чтобы KG/LM=GP/MN=r(K)/r(L), где r(K), r(L) – расстояния до оси Oy, от точек K и L.

Аналогично была создана блочная структура и проведено построение сетки. Единственной особенностью отличающей этот случай от предыдущего явилось то, что для описания фигуры образованной вращением точек LMNPGK (вместе с кругами образованными вращением точек K и L), потребовалось три вложенных друг в друга блока (если они пропадают из видимости см. замечания в начале).

рис.1

рис.2

рис.3

Так как второе тело ограничено внешней стенкой тела Т_1 и внутренностью между трубками (см. рис. на стр. 4), то внутренние блоки, получающиеся при проведении центрального разбиения (0-grid), следует удалить, т.к. эта область уже описана в проекте Т_1 (в этом проекте сохранено первое тело). Аналогично созданы отдельные части для стенок, областей входа и выхода, стенка KGECBA (т.е. поверхность вращения) тоже отнесена в отдельную часть для стыковки со стенкой тела Т_1, также в отдельную часть был отнесён круг образованный вращением точки K, для создания интерфейса жидкость-жидкость, на границе первого и второго тела. Для построения сеток были использованы аналогичные законы. Проект был сохранён под названием T_2 и экспортирован в CFX. (около угловых точек F и E, также было сделано сглаживание)

Построение третьего тела

Было построено третье тело, результат представлен справа.

Ход построения. Строим точки: О(-0.028 0.08045 0.006), С(-0.028 0.08045 0.006), D(-0.022 0.08045 0), строим по ним окружность. Строим точки: К(-0.028 0.0605 0), L(-0.008 0.0405 0), M(-0.008 0.0605 0), строим по ним четверть окружности. Строим точку Q(0.04 0.0405 0). Склеиваем кривые OK, KL, LQ. Строим поверхность путём движения окружности ABCD, вдоль склеенной кривой (если кривые не склеить, а двигать поочерёдно вдоль каждой из кривых, то получатся поверхности, которые не имеют ни физического, ни практического смысла).

От полученной поверхности отсекаем лишнюю часть: строим внешность второго тела (строим окружность в плоскости XZ с центром в начале координат, радиуса 0.0065,

строим поверхность, двигая эту окружность вдоль оси Oy на высоту 0.06), находим кривую пересечения этих двух поверхностей: открываем вкладку геометрия, в ней нажимаем кнопку с кривыми, нажимаем

, выделяем две нужные поверхности, жмём на колесо, затем необходимо нажать . Теперь с помощью созданной кривой разбиваем третье тело на две части: нажимаем кнопку с поверхностями, нажимаем , затем выбираем нужную поверхность и кривую, поверхность разбита. Теперь надо создать границу третьего тела: сверху это круг ABCD, а снизу поверхность EFGH, создаём её, аналогично нажимаем , затем выбираем туже кривую, а поверхность берём соседнюю.

Замечания. 1) При отсечении первой поверхности на границе, где находится кривая EFGH, могли появиться новые кривые (их лучше удалить), тоже самое касается второго отсечения. 2) Качество операций пересечения напрямую связано с толерантностью (которую настроить можно здесь: главное меню

настройки

моделирование), в данной работе использовались следующие настройки:

, . Что касается скорости то для слабого компьютера можно сделать толерантность более крупной. Иногда толерантность надо делать более крупной, например если не выполняются некоторые операции, такие как создание поверхности лежащей на другой поверхности и ограниченной кривой лежащей на той же поверхности (кнопка ), эта операция вообще плохо работает и ей лучше не пользоваться, если есть возможность, лучше просто разбивать поверхность на две с помощью кнопки , что и было сделано выше, об особенностях хранения поверхностей было сказано ещё раньше. Возникновение некорректности при чрезмерно высоком уровне толерантности (т.е. при задании слишком точной аппроксимации параметрических объектов), вызвано тем, что при таком уровне дискретизации поверхности и кривые которые явно лежат на этой поверхности (т.е. совпадает параметризация) воспринимаются как независимые (отдельные) объекты. При попытке произвести с подобными объектами какие-то действия возникает ошибка слияния (can not merge) или просто действие выполняется некорректно, например, вместо круга ограниченного четырьмя дугами можно получить плоскость содержащую эти дуги.

Далее следует удалить все ненужные объекты, включая остаток второго тела и лишни кривые (граница второго тела была нужна только чтобы создать поверхность EFGH). Далее полученная коленообразная поверхность разбивается на четыре. Заходим в пункт линии, нажимаем

, выбираем , выбираем поверхность, затем здесь , нажимаем , далее выбираем точку А (потом всё тоже самое проделать для остальных точек), т.к. поверхность хранится в памяти параметрически, то в каждой точке существует два ортогональных направления (U и V), автоматически будет предложено одно из них, если это то направление, то нажимаем на колёсико, если нет надо явно выбрать метод , т.к. параметр V, для поверхностей созданных движением кривой вдоль кривой обычно соответствует кривой которую двигали, область изменения обоих параметров отрезок [0;1], то галочку ставим здесь , а в этом поле , ставим одно из значений: 0, 0.25, 0.5, 0.75 – каждое из них соответствует одной из четырёх точек: А, В, С, D, после этого строится координатная линия (линия с фиксированным значение параметра V). Далее находим точки пересечении построенных линий с нижней границей, т.е. точки E, F, G, H (обязательно надо заполнять толерантность). Далее кривую EFGH также надо разбить на четыре кривых: EF, FG, GH, HE. Далее исходная коленообразная поверхность разбивается на четыре, выбирается , затем выделяется поверхность и окаймляющие её кривые, после трёх таких шагов приходим к нужному результату (при создании новых поверхностей также возможно появление новых кривых). Далее аналогично был создан блок его вершины были проассоциированы с отмеченными на рисунке точками, рёбра и грани с только что созданными кривыми и поверхностями, аналогично была построена сетка и создан проект T_3, который был экспортирован в CFX.

Заключение

Все поставленные цели были достигнуты. Был проведён анализ модели двойного тигля, в ходе которого было решено несколько упростить модель, разбить геометрию на три тела, каждое из которых должно сохраняться в отдельный проект. Все три тела были построены, на каждом из тел была создана сетка, аппроксимирующая геометрию, при помощи блочной структуры. Все три тела были полностью подготовлены к решению и экспортированы в CFX.

Список литературы

1) ANSYS – Solutions №№ 1-5 2007.

2) Механика жидкостей и газов Лойцянский Л.Г. Гл. ред. физ.-мат. лит.,1987.

3) Теоретическая гидродинамика Милн-Томсон Мир 1964.

4) Справка Documentation for ANSYS ICEM CFD.