Podstawy użytkowania Fluenta i Gambita Materiał do nauki użytkowania Fluenta i Gambita opracowany przez Janusza Piechnę na podstawie oryginalnych materiałów Fluenta i Gambita oraz własnych doświadczeń. Od autora. Pojawienia się komercyjnych programów CFD (Computational Fluid Dynamics) zmieniło sposób patrzenia wielu osób na mechanikę płynów. Przedmiot zwykle nie lubiany z powodu skomplikowanego aparatu matematycznego i niezwykle wąskiego zakresu zagadnień możliwych do praktycznego rozwiązania okazuje się teraz być podstawą do rzeczywistego rozwiązania ogromnego obszaru zagadnień inżynierskich. Programy CFD typu Fluenta uwalniają użytkownika od kłopotliwego problemu rozwiązywania skomplikowanych nieliniowych równań różniczkowych nie zwalniając go z posiadania wiedzy o fizyce przepływów. Komercyjny program lepiej lub gorzej (wolniej lub szybciej) rozwiązuje układy równań wynikających z dyskretyzacji równań różniczkowych opisujących przepływy przy zadanych warunkach początkowych i warunkach brzegowych oraz wybranych współczynnikach przy różnorodnych członach najbardziej ogólnych równań przepływu. Problem polega na tym by użytkownik ustalając te współczynniki, dołączające lub pomijające poszczególne człony równań, stworzył ich zestaw odwzorowujący fizykę analizowanego zagadnienia. Na przykład w zagadnieniach opływu kadłuba statku nieistotna jest ściśliwość płynu a istotny jest wpływ grawitacji. Z kolei w przypadku wypływu sprężonego gazu ze zbiornika do otoczenia nieistotna jest siła ciężkości, a istotna ściśliwość czynnika. Komercyjne programy kierowane do szerokiego kręgu odbiorców muszą zapewniać możliwość rozwiązywania różnorodnych przypadków przepływu. Nowoczesny użytkownik takiego programu uwolniony co prawda od konieczności znajomości szczegółów rozwiązywania problemów polowych musi posiadać zarówno szeroką, jak i głęboką wiedzę o fizyce przepływów. Większość podręczników do mechaniki płynów zawiera szczegóły uproszczeń ogólnych równań przepływu dopasowujących je do szczególnych uproszczonych przypadków przepływu. W chwili obecnej wydaje się, iż dla ogromnej rzeszy inżynierów zajmujących się problemami przepływowymi dużo ważniejsze od techniki przekształceń równań do szczególnych postaci jest zrozumienie fizycznych podstaw przepływów. Wydaje się, iż współczesny inżynier powinien posiadać podstawy metod numerycznych pozwalające na zrozumienia technik rozwiązywania podstawowych typów równań różniczkowych cząstkowych, konsekwencji wynikających z dyskretyzacji tych równań, zjawisk takich jak dyfuzja i dyspersja numeryczna, stabilności schematów numerycznych. Zjawiska te w mniejszym lub większym stopniu występują i w programach typu home made jak i kosztownych programach komercyjnych. Programy takie jak Fluent przeznaczone do rozwiązywania różnorodnych problemów przepływowych posiadają dużą ilość menu, podmenu i pod-podmenu. Powoduje to w początkowym okresie uczenia się obsługi ogromne kłopoty z kojarzeniem odpowiednich parametrów zadawanych w procesie budowania zadania z modelem fizycznym problemu. Zarówno przemysł lotniczy, samochodowy, jachtowy, budownictwo nie tylko wodne, przemysł chemiczny, energetyka potrzebują specjalistów potrafiących generować w programach CAD-wskich skomplikowane geometrie zarówno elementów urządzeń jak i obiektów opływanych cieczą lub gazem oraz wykorzystywać te geometrie w programach CFD do znajdowania głównie sił działających na nie a wywołanych przepływem. Wiele zadań wydawałoby się niemożliwych do tej pory, jak modelowanie przepływów wokół samochodów wyścigowych formuły I, zostało rozwiązanych przy użyciu programów takich jak Fluent.

W swoim życiu pisałem mniej lub bardziej skomplikowane programy wykorzystujące zarówno metody oparte o różnice skończone jak i elementy skończone i zwykle specjalizowane do rozwiązania określonego problemu przepływowego. Oprócz opracowania modelu fizycznego rozwiązywanego problemu technicznego mnóstwo energii traciłem na wybranie odpowiedniego schematu numerycznego, opracowanie właściwych warunków brzegowych, napisanie kodu pozwalającego na rozwiązanie zadania numerycznego, wizualizację wyników. Nigdy nie były to jednak programy przystosowane do używania przez inne osoby. Programy pisane tak by były przyjazne dla użytkownika nie znającego jego struktury wewnętrznej muszą być budowane w inny sposób. Główny problem z wykorzystywaniem gotowego programu polega zwykle na braku wiedzy przypadkowego użytkownika o założeniach i ograniczeniach modeli stosowanych w konkretnym programie. Do rozwiązywania jakich zagadnień program się nadaje a do jakich nie. Program uniwersalny jakim jest Fluent zawiera mechanizmy pozwalające na rozwiązywanie bardzo różnorodnych zagadnień. Dlatego też zawsze będą użytkownicy chcący rozwiązać bardzo specjalizowane zadanie niezadowoleni ze sposobu w jaki to robi Fluent. Program Fluent pozwala w wielu przypadkach, przez zastosowanie UDF (user defined functions) funkcji definiowanych przez użytkownika, na rozwiązywanie specyficznych problemów w sposób jaki odpowiada użytkownikowi. Rdzeń programu zapewnia rozwiązywanie ogólnych równań transportu (masy, pędu, energii, turbulencji, składników mieszanin, faz itd.) w bardzo skomplikowanych geometriach. Wstęp Zakres materiału Podstawowym celem tej pracy jest zapoznanie czytelnika z praktycznym stosowaniem komputerowej mechaniki płynów (CFD) i nauczenie go sposobów rozwiązywania problemów przepływowych przy użyciu komercyjnych programów. Firma Fluent wraz z oprogramowaniem dostarcza ogromny zestaw instrukcji i każdy z bardziej zaawansowanych użytkowników powinien korzystać z tego źródła wiedzy. Niniejszy podręcznik ma dostarczyć podstawowy zestaw informacji pozwalający na poprawne i racjonalne wykorzystywanie programu Fluent w najbardziej typowych sytuacjach. Ma zachęcić do dalszych własnych poszukiwań rozwiązań szczegółowych problemów inżynierskich. Omawiane będą następujące problemy i techniki: Omawiane podstawowe problemy teoretyczne: Modele turbulencji, Warstwa przyścienna, Dyfuzja i dyspersja numeryczna Ćwiczenia będą pokazywały jak traktować klasy przepływów: Przepływy płynu lepkiego: laminarne i turbulentne Przepływy płynu ściśliwego: ustalone i nieustalone z falami uderzeniowymi Przepływy dwu-fazowe: przepływy z powierzchnią swobodną Transport mieszanin gazów: mieszanie i spalanie Wymiana ciepła pomiędzy płynem i ciałem stałym Stosowane techniki: Ruchomy układ odniesienia i ruchome siatki

Siatki deformowalne Współoddziaływanie płyn - ciało stałe Zastosowanie funkcji definiowanych przez użytkownika (UDF) Techniki post-processingu List of proposed exercises: 1 U-pipe - simple 3D flow example 2 Orifice – axisymmetric flow example 3 Subsonic and supersonic bullet –steady compressible flow with shocks 4 Lavall nozzle - steady and unsteady compressible flow – UDF application 5 Profile – steady subsonic and transonic flows 6 Profile in ground proximity – car wing example 7 Simplified delta wing 3D model – vertical flow, propeller simulation 8 Rotating valve – basic moving grid example 9 Radial fan - moving frame and moving grid examples 10 Shot - unsteady compressible flow with shock waves 11 Dam break simulation - unsteady two phase flow example 12 Karman vortex street - unsteady self generated oscillation 13 Fluidic oscillator - unsteady self generated and forced oscillation 14 Automatic Valve - simple deforming grid example fluid-solid interaction – UDF application 15 Yacht wave drag - free surface flows 16 Room ventilation - boundary condition modification 17 Rotor-stator stator interaction - palisade flow in turbines 18 Blade cooling - turbine blade cooling 19 Porous blade - turbine blade cooling 20 Cavitations - cavitation in nozzle 21 Combustion - steady and unsteady combustion 22 Heat exchange - solid-fluid heat exchange 23 Injector - mixer 24 Helicopter - simplified model of helicopter 25 Insect wing motion - simplified model of the insect wing oscillation – UDF application

Numeryczna mechanika płynów (Computational Fluid Dynamics CFD) Obszar zastosowań numerycznej mechaniki płynów jest bardzo szeroki. Obejmuje przepływy płynu ściśliwego i nieściśliwego, ustalone i nieustalone, jedno i wielofazowe, przepływy ze spalaniem. Tym niemniej chcąc uzyskać poprawne rozwiązanie problemu przepływowego w każdym przypadku konieczne jest podjęcie następujących działań.

1. Określenie specyfiki problemu i jego geometrii. Pierwszym krokiem jest zdefiniowanie problemu obejmujące jego fizykę, geometrię, warunki przepływu i wymagania dotyczące symulacji. Geometria może być znana lub może być wynikiem rozwiązania problemu. Zwykle konieczne jest zdefiniowanie celu działania i fizycznych ograniczeń. Należy pamiętać iż stosowanie metod symulacji numerycznej zwykle sprowadza się do wykonania określonego eksperymentu numerycznego. Jeśli eksperyment ten zostanie źle przygotowany to i wyniki nie będą poprawne.

Wymagania dotyczące symulacji numerycznych zwykle zawierają informacje o oczekiwanej dokładności rozwiązania, przewidywanym czasie obliczeń, wymaganiach sprzętowych i zestawie interesujących parametrów przepływu.

2. Wybór podstawowych równań i warunków brzegowych. Po zdefiniowaniu problemu konieczny jest dobór równań opisujących przepływ a także odpowiednich warunków brzegowych. Podstawowy zestaw równań wynikających z zasad zachowania: ciągłości, pędu i energii zawierają równania nazywane równaniami Naviera-Stokesa. Biorąc pod uwagę efektywność obliczeń zawsze staramy się rozważyć możliwości stosowania uproszczonego zestawu równań jeśli zachowują one podstawowe cechy fizyczne symulowanego problemu. Przykładem może być zestaw równań Eulera wywodzący się z równań Naviera –Stokesa a opisujący procesy przepływowe w których istotna jest ściśliwość płynu a jego własności lepkie nie są istotne. Inny zestaw równań możemy stosować w przypadku gdy istotna jest lepkość (przepływy Stokes’a). Przepływy mogą być stacjonarne lub nieustalone, ściśliwe lub nieściśliwe. Warunki brzegowe mogą obejmować warunki na nieruchomej lub ruchomej ścianie, mogą dotyczyć wpływu lub wypływu płynu, symetrii przepływu, jego periodyczności. Mogą zawierać uproszczenia obejmujące wpływ obszaru który nie jest analizowany numerycznie lecz go otacza. Mogą to być warunki typu dalekiego pola lub warunki braku odbicia. Mogą być typu ustalonego lub zmienne w czasie.

3. Wybór strategii dyskretyzacji pola przepływu i metody numerycznej stosowanej do

uzyskania rozwiązania. Kolejnym krokiem jest dobór strategii podziału analizowanego obszaru przepływu na elementarne obszary obliczeniowe (cele). Stosowanych jest wiele strategii podziału. Podział może być w miarę regularny –strukturalny lub całkowicie przypadkowy – niestrukturalny. Stosowane są też siatki hybrydowe. Siatki mogą być stałe podczas

obliczeń lub mogą ulegać deformacji z zależności od wartości parametrów rozwiązania lub ruchu elementów brzegu. Znane są techniki adaptacji siatki do wyników rozwiązania. Metody numeryczne stosowane w numerycznej mechanice płynów (CFD) klasyfikowane są jako oparte na różnicach skończonych, objętościach skończonych, elementach skończonych oraz metodach spectralnych. W omawianym programie Fluent wykorzystywana jest metoda objętości skończonych. 4. Wizualizacja i interpretacja wyników obliczeń.

Rezultaty obliczeń muszą być przedstawione w postaci pozwalającej na ich interpretację. Najłatwiej interpretowane są obrazy i w takiej postaci przedstawia się rozkłady parametrów przepływu. Wykonanie symulacji przepływu obejmuje zatem szeroki zakres działań od budowy geometrii poczynając a na doborze odpowiedniego modelu turbulencji do uproszczonych postaci równań Naviera-Stokes’a kończąc. Poprawne wykonanie symulacji wymaga od użytkownika dobrej znajomości zarówno podstaw mechaniki płynów jak i metod numerycznych. Prawa zachowania Prawa zachowania będące podstawą równań Eulera i Naviera-Stokesa mogą być zapisane w ogólnej całkowej postaci

∫ ∫∫ ∫∫∫ =⋅+− 2

1

2

112 )()()()(

t

t tV

t

t tStVtVdtPdVFdSdtnQdVQdV

W równaniu tym, Q jest wektorem zawierającym zmienne które muszą być zachowane jak masa, momenty i energia odniesione do jednostki objętości. Równanie jest zapisem zachowania tych wielkości w skończonych obszarach przestrzeni o objętości V(t) ograniczonych granicami S(t), w skończonym przedziale czasu t2-t1 . Jednostkowy wektor n jest wektorem normalnym do powierzchni skierowanym na zewnątrz objętości kontrolnej, F jest zestawem wektorów lub tensorów zawierającym strumienie wielkości Q na jednostkę powierzchni i jednostkę czasu, wielkość P jest szybkością produkcji wielkości Q na jednostkę objętości i jednostkę czasu. Jeżeli wszystkie zmienne zmieniają się w sposób ciągły w czasie równanie może być zapisane w poniższy sposób.

∫∫∫ =⋅+)()()( tVtStV

PdVFdSnQdVdt

d

Równanie Naviera Stokesa oraz równanie Eulera Równania Naviera-Stokesa tworzą sprzężony system nieliniowych równań różniczkowych cząstkowych opisujących zachowanie masy, pędu i energii.

Dla płynu Newtonowskiego w modelu jedno-wymiarowym równanie to symbolicznie może być zapisane jako

0=∂∂+

∂∂

x

E

t

Q

gdzie

=e

uQ ρρ

,

( )

∂∂+

∂∂

∂∂−

++=

x

T

x

uu

x

u

peu

pu

u

E

κµ

µρρ

3

43

4

0

2

ρ jest gęstością płynu, u jest prędkością, e całkowitą energią płynu odniesioną do jednostki objętości, p jest ciśnieniem, T jest temperaturą, µ jest współczynnikiem lepkości, κ jest przewodnością cieplną . Ten zestaw równań musi być uzupełniony o równanie stanu gazu - związek pomiędzy gęstością, ciśnieniem, temperaturą i rodzajem gazu. Dla gazu doskonałego ma on postać:

RT

p=ρ

Całkowita energia zawiera energię wewnętrzną oraz energię kinetyczną (obie odniesione do jednostki objętości)

ρρ p

k

ue

1

1

2

2

−+=

gdzie k jest stosunkiem ciepeł właściwych a R jest stałą gazową. Powyższa forma równań nazywana jest formą zachowawczą, a zmienne wektora Q zmiennymi zachowawczymi,w odróżnieniu od zmiennych prymitywnych ρ ,u , p . Postać zachowawcza równań jest szczególnie istotna dla przepływów z falami uderzeniowymi.

Schematycznie moglibyśmy zapisać

Lub wypełniając poszczególne pola dla nieustalonego przepływu laminarnego płynu ściśliwego

∂∂+

∂∂∂+

∂∂∂−

∂∂+

∂∂+

∂∂+

∂∂−=

∂∂+

∂∂+

∂∂+

∂∂

∂∂∂+

∂∂+

∂∂∂−

∂∂+

∂∂+

∂∂+

∂∂−=

∂∂+

∂∂+

∂∂+

∂∂

∂∂∂+

∂∂∂+

∂∂−

∂∂+

∂∂+

∂∂+

∂∂−=

∂∂+

∂∂+

∂∂+

∂∂

=

∂∂+

∂∂+

∂∂+

∂∂+

∂∂+

∂∂+

∂∂

2

222

2

2

2

2

2

2

2

2

22

2

2

2

2

2

2

22

2

2

2

2

2

2

2

2

311

311

311

0

z

w

zy

v

zx

u

z

w

y

w

x

w

z

pZ

z

ww

y

wv

x

wu

t

w

yz

w

y

v

yx

u

z

v

y

v

x

v

y

pY

z

vw

y

vv

x

vu

t

v

xz

w

xy

v

x

u

z

u

y

u

x

u

x

pX

z

uw

y

uv

x

uu

t

u

z

w

y

v

x

u

zw

yv

xu

t

ρµ

ρµ

ρ

ρµ

ρµ

ρ

ρµ

ρµ

ρ

ρρρρρ

Metoda objętości skończonych Metoda objętości skończonych uzyskała uznanie i popularność w programach CFD z dwóch powodów. Pierwszym powodem jest zapewnienie konserwatywności (zachowawczości) równań podczas dyskretyzacji. Oznacza to, iż na poziomie elementarnych objętości skończonych masa, pęd i energia są zachowane w naturalny sposób. Drugim powodem jest

Zmiana wielkości w czasie Zmiana wielkości w przestrzeni Działanie sił masowych Działanie sił powierzchniowych Działanie sił pochodzących od lepkości

brak konieczności transformacji współrzędnych w przypadku stosowania nieregularnych siatek. Do obliczeń zmian parametrów płynu we wnętrzu objętości skończonej potrzebne są informacje o wartościach strumieni przechodzące przez powierzchnie graniczne objętości kontrolnej. Strumienie te muszą być całkowane (sumowane) dla uzyskania przepływu netto przez granice. Podobnie składnik źródeł P musi być scałkowany po wnętrzu objętości. Na podstawie bilansu wpływających i wypływających strumieni obliczane są nowe wartości zmiennych zachowawczych i dalej zmiennych prymitywnych po upływie kroku czasowego.

Przykładowo dla dwuwymiarowej siatki strukturalnej. Dla węzła o współrzędnych i,j współpracujemy z obszarem obejmującym węzły k=1 i,j-1 (a) k=2 i+1,j (b) k=3 i,j+1 (c) k=4 i-1,j (d)

( ) ( )( )dU

dt AF U y G U x

ik k

k

m

= −=∑

1

1

∆ ∆

Dla czworościanu o rogach a,b,c,d powierzchnia

( )( ) ( )( )( )A x x y y x x y ya c b d b d a c= − − − − −05.

( )( ) ( )( ){ }A x x y y x x y yi j i j i j i j i j i j i j i j= − − − − −− + + − + − − +05 1 1 1 1 1 1 1 1. , , , , , , , ,

( )( ) ( )( )( )( ) ( )( )( )( ) ( )( )( )( ) ( )( )

dU

dt A

F U y y G U x x

F U y y G U x x

F U y y G U x x

F U y y G U x x

i j

a b b a a b b a

b c c b b c c b

c d d c c d d c

d a a d d a a d

,

=

− − −

+ − − −

+ − − −

+ − − −

− −

− −

− −

− −

1

( )U U Ua b a b− = +1

2

( )U U Ub c b c− = +1

2

( )U U Uc d c d− = +1

2

( )U U Ud e d e− = +1

2

Program Fluent zapewnia możliwości modelowania szerokiego zakresu przepływów zarówno nieściśliwych jak i ściśliwych, laminarnych i turbulentnych, stacjonarnych i niestacjonarnych. Szczególnie rozbudowane są możliwości symulowania zjawisk transportu w złożonych geometriach. Dla wszystkich typów przepływu rozwiązywane są równania zachowania masy i pędu. Dla przepływów ściśliwych i zawierających wymianę ciepła dodatkowo rozwiązywane jest równanie zachowania energii. Wykorzystywane są dwie podstawowe metody rozwiązania: metoda oparta na sformułowaniu równań dla ciśnienia (pressure based solution method- segregated solver) i metoda oparta na sformułowaniu równań dla gęstości (density based solution method – coupled solver). W metodzie pierwszej, typowo stosowanej dla przepływów nieściśliwych, rozwiązuje się równania pędu w kolejnych kierunkach otrzymując przybliżone pole prędkości nie spełniające jednak równania zachowania masy. Dokonuje się zatem obliczeń takich korekt ciśnienia by zostało spełnione równanie ciągłości. Dokonuje się korekt prędkości i ciśnień. Rozwiązuje się równania dodatkowe: energii, turbulencji itp. Sprawdza się błędy rozwiązania i dokonuje kolejnej iteracji do momentu uzyskania zadanej dokładności rozwiązania. W metodzie drugiej, typowo stosowanej dla przepływów ściśliwych, jednocześnie rozwiązuje się równania ciągłości, pędu i energii.

Przegląd metod rozwiązania stosowanych we Fluencie.

Używanie Fluenta Zakładamy, iż geometria obszaru i odpowiednia siatka dyskretyzująca zostały przygotowane w preprocesorze Gambit. Układ okien w menu Fluenta jest tak przygotowany, iż kolejne konieczne do wykonania operacje wymagają wcześniejszego wykonania operacji w oknach po lewej stronie. Dla łatwiejszego znalezienia i zapamiętania opcji w menu zostały przygotowane nie istniejące w rzeczywistości obrazy ekranów pokazane poniżej.

Okna grup operacji: File, Adapt oraz Plot

Okna grup operacji: Grid, Surface oraz Report.

Okna grup operacji: Define oraz Display

Okno menu Solve.

Okno z grupy operacji: Define => Models menu. Aby uzyskać rozwiązanie konieczne jest wykonanie następującego szeregu operacji:

1. Zaimportowanie (Read), sprawdzenie poprawności (Check) i skalowanie (Scale) siatki dyskretyzującej

2. Wybranie modelu fizycznego (Define=>Models) 3. Zdefiniowanie danych materiałowych (Define=>Materials=>Material properties) 4. Przyjęcie warunków odniesienia (Define=>Operating Conditions) 5. Przyjęcie warunków brzegowych (Define=>Boundary Conditions) 6. Przyjęcie warunków początkowych (Solve=>Initialize) 7. Ustawienie parametrów solvera (Solve=>Controls) 8. Uaktywnienie monitorowania zbieżności rozwiązania (Solve=>Monitors 9. Obliczenia (Solve=>Iterate) 10. Wizualizacja rozwiązania (Display) 11. Korekta ustawień solwera (jeśli konieczna) 12. Analiza problemu inżynierskiego

Wczytanie siatki Typowe składniki siatki Reading Mesh: Mesh Components Obszar obliczeniowy jest reprezentowany przez sieć węzłów zawierających ich położenie oraz lokalne własności i parametry płynu lub ciała stałego.

Preprocesor np. Gambit definiuje wszystkie składniki siatki. Obszar obliczeniowy podzielony jest na kontrolne objętości – cele (Cell) Każda z objętości kontrolnych ograniczona jest powierzchniami – (Face) Powierzchnie ograniczające objętości kontrolne są powierzchniami płaskimi ograniczonymi krawędziami (Edge) Punkty węzłowe siatki nazywamy węzłami (Node) Mogą występować grupy węzłów, powierzchni lub objętości kontrolnych nazywane strefami (Zone) Wszystkie warunki brzegowe przypisywane są do stref powierzchni (face zones) natomiast dane materiałowe oraz źródła do stref objętości kontrolnych (cell zones)

Sprawdzenie poprawności siatki Siatka dyskretyzująca analizowany obszar złożona jest z ponumerowanych węzłów. Węzły rozłożone są w określony sposób w przestrzeni. Istotna jest zatem informacja które z węzłów są sąsiadami. Istnieje konwencja zapisu numeracji węzłów-sąsiadów. Na podstawie położenia węzłów sąsiednich budowana jest objętość kontrolna. Objętość ta oczywiście musi mieć dodatnią wartość. Przy bardziej skomplikowanych geometriach zdarza się, iż preprocesor niepoprawnie podaje kolejność sąsiednich węzłów i obliczona objętość jest ujemna. Konieczne jest zatem sprawdzenie na wstępie poprawności struktury siatki by uniknąć problemów z uzyskaniem rozwiązania w późniejszych etapach obliczeń. Jest to bardzo ważna operacja i nigdy nie należy jej pomijać.

Skalowanie siatki i wybór jednostek Program Fluent domyślnie wykorzystuje jednostki układu SI. Istnieje możliwość stosowania innych jednostek lecz nie polecałbym wykorzystywania tej możliwości. Bardzo istotne jest natomiast pamiętanie o użyciu właściwych wymiarów analizowanego obszaru obliczeniowego. Należy pamiętać, iż jednostki określające wymiary stosowane w preprocesorze Gambit są bezwymiarowe i dopiero we Fluencie nadajemy im wartość w określonych jednostkach.

Wybór solwera (modułu rozwiązującego układ równań) Fluent oferuje możliwość wykorzystania kilku wersji modułu rozwiązującego układy równań opisujących problem fizyczny. Mamy do wyboru: Rozwiązywanie sprzężonego układu równań metodą niejawną (Coupled-Implicit) Rozwiązywanie sprzężonego układu równań metodą jawną (Coupled-Explicit) Rozwiązywanie rozprzężonego układu równań metodą niejawną (Segregated) Którą metodę należy wybrać? Należy kierować się następującymi wytycznymi. Rozwiązywanie sprzężonego układu równań konieczne jest gdy istnieje silne sprzężenie pomiędzy gęstością, energią lub składnikami mieszaniny. W praktyce oznacza to, iż

stosujemy taką opcję solwera w przypadku przepływów ściśliwych i przepływów ze spalaniem gdy stosowane jest równanie Arheniusa. Rekomendowane jest stosowanie opcji metody niejawnej (Implicit) zamiast metody jawnej (Explicite). Przyczyna: obliczenia metodą niejawną są w przybliżeniu dwa razy szybsze niż metodą jawną. Koszty: obliczenia metodą niejawną wymagają użycia w przybliżeniu dwa razy większej pamięci niż metodą jawną. Rozwiązanie sprzężonego układu równań metodą jawną powinno być ograniczone do przypadków przepływów nieustalonych gdy charakterystyczna skala czasowa problemu jest zbliżona do wynikającej z przebiegów fal akustycznych. W praktyce oznacza to, iż dotyczy problemów w których śledzimy ruch fal ciśnieniowych lub uderzeniowych. Innym kryterium może być liczba Macha. Rozwiązanie sprzężonego układu równań stosujemy dla przepływów z liczbą Macha większą od 0.6. Rozwiązanie rozprzężonego układu równań metodą niejawną (opcja Segregated) jest polecane we wszystkich innych przypadkach ze względu na bardziej elastyczne metody uzyskiwania rozwiązania i dwukrotnie niższe użycie pamięci w porównaniu z metodą niejawną ale dla równań sprzężonych.

Definiowanie modelu fizycznego

Przykład definiowania jednego z dostępnych modeli fizycznych

Definiowanie materiału i jego własności. Przyjęty do obliczeń model fizyczny wymaga wprowadzenia dodatkowych danych określających własności i zachowanie się tego materiału przy zmiennych warunkach przepływu. Własności materiału takie jak lepkość czy pojemność cieplna, mogą zależeć od temperatury lub innych parametrów przepływu.

Dane te wprowadzamy w oknie Materials Ponieważ czynnik którego przepływ analizujemy może mieć skomplikowaną budowę (może być to mieszanina kilku obojętnych gazów, lub mieszanina palna lub może to być czynnik dwufazowy - ciecz i gaz) okno wprowadzania danych materiału zmienia się w zależności od przyjętego modelu przepływu. Własności materiału definiowane są w oknie Define=>Materials Mogą to być materiały typu pojedyncza faza Single-Phase, czysty gaz Single Species Flows mieszanina gazów Multiple Species (Single Phase) Flows Mixture Material concept employed Mixture properties (composition dependent) defined separately from constituent’s properties. Constituent properties must be defined. –Transport properties for mixture defined separately. Constituent properties extracted from database. Multiple Phase Flows (Single Species) define properties for all fluids and solids. W przypadku

Ustalenie rodzaju i własności materiału (Material Assignment)

Okno materiału i jego parametrów dostępne przez Define => Materials menu.

Materiały są przypisywane do obszarów, a sposób przypisania zależy od modelu fizycznego

Dla modelu przepływu jednofazowego (single-phase) lub przepływu jednorodnego gazu (single species flow) przyporządkowanie materiału do określonego obszaru następuje w oknie Fluid Panel. W przypadku modelu przepływu jednodnofazowego lecz mieszaniny kilku składników (Multiple Species (Singe Phase) Flows) przyporządkowanie materiału do określonego obszaru dokonywane jest w oknie Species Model Panel. Wszystkie strefy zawierają mieszaninę. Jej skład w różnych strefach może być różny.

W modelu przepływu wielofazowego (Multi Phase Flows) wybór fazy głównej i dodatkowych możliwy jest w oknie Phases Panel dostępnym z okna Define. W modelu tym we wszystkich obszarach występuje mieszanina a udziały w niej poszczególnych faz zależą od rozwoju rozwiązania.

Zdefiniowanie parametrów odniesienia (Defining Operating Conditions)

Pełne okno definiowania parametrów odniesienia Define => Operating Conditions . Warunki odniesienia są o tyle istotne, iż pozwalają po przyjęciu wartości ciśnienia równej ciśnieniu atmosferycznemu operować ciśnieniami względnymi (gauge pressure).

Przyjęcie warunków brzegowych Wynik rozwiązania problemu przepływowego zależy nie tylko od zastosowanego układu równań ale także od przyjętych warunków brzegowych i w wielu przypadkach od warunków początkowych.

Jako warunki brzegowe przyjmujemy wartości lub związki dla zależnych parametrów przepływu takich jak: prędkość, ciśnienie, temperatura, wydatek masowy określonych na odpowiednio wybranych obszarach brzegu analizowanego obszaru obliczeniowego. Aby zdefiniować warunki brzegowe musimy wybrać odpowiedni obszar identyfikowany poprzez indywidualną nazwę i typ warunku brzegowego z odpowiednim zestawem wymaganych parametrów. W zależności od modelu fizycznego wymagane parametry przepływu dla tego samego typu warunku brzegowego mogą być inne. Jeśli przyjmiemy źle zdefiniowane warunki brzegowe możemy w ogóle nie uzyskać rozwiązania.

Przykład wyboru jednego z warunków brzegowych Define => Boundary Conditions

Dostępne warunki brzegowe Warunki brzegowe można pogrupować na kilka sposobów Warunki brzegowe dla brzegów przez które odbywa się przepływ. Ogólne typu ciśnieniowego: Znane ciśnienie spiętrzenia dla powierzchni prze którą płyn dopływa do analizowanego obszaru (Pressure inlet) Znane ciśnienie statyczne dla powierzchni przez którą płyn wypływa z analizowanego obszaru (Pressure outlet) Dla modelu płynu nieściśliwego:

Znana prędkość na powierzchni przez którą płyn wpływa (Velocity inlet) Założone zerowe gradienty wszystkich parametrów przepływu w kierunku normalnym do powierzchni prze którą płyn wypływa (Outflow ) Dla modelu płynu ściśliwego: Znany masowy przepływ płynu przez powierzchnię wlotu (Mass flow inlet) Stałe założone parametry przepływu dla powierzchni usytuowanej daleko od centrum analizowanego obszaru (Pressure far-field) Specjalne warunki brzegowe: Warunki charakterystyczne dla wpływu i wypływu z modeli wentylatorów (Inlet vent, outlet vent, intake fan, exhaust fan) Inne warunki brzegowe: Warunek na ścianie opływanej płynem zakłada zerowe wartości wszystkich składowych prędkości na ściance (Wall ) Warunek symetrii na powierzchni brzegowej zakłada, iż składowa normalna do powierzchni symetrii jest zerowa a pozostałe składowe prędkości są równoległe do powierzchni symetrii (Symmetry). Warunek periodyczności wymaga istnienia dwóch powierzchni lub krawędzi, identycznych co do kształtu i rozmieszczenia węzłów siatki, a które powiązane są w ten sposób, iż parametry przepływu w układzie globalnym na jednej z nich są identyczne z parametrami na drugiej z nich. Uwaga: W preprocesorze Gambit konieczne jest powiązanie ze sobą odpowiednich powierzchni lub krawędzi (link) i nadanie im parametru periodic. Warunek osiowej symetrii zakłada, iż prędkości płynu są równoległe do osi symetrii (Axis) Warunki brzegowe mogą dotyczyć brzegu na którym występuje ciało stałe i następuje wymiana ciepła Niektóre warunki brzegowe dotyczą powierzchni dwuściennych (Double-Sided Face) Warunki takie dotyczą powierzchni występujących we wnętrzu analizowanego obszaru i stanowiących uproszczone modele wentylatora, perforowanej przegrody, wymiennika ciepła lub ścian. Warunek brzegowy tego typu pozwala na zadawanie skoku ciśnienia w poprzek powierzchni, zadawanie spadku ciśnienia, zadawanie wzrostu lub spadku temperatury lub warunku bardzo cienkiej nieprzepuszczalnej ściany. Boundary Condition Types of Cell ‘Boundaries’ Fluid and Solid Boundary Condition Types of Double-Sided Face ‘Boundaries’ Fan, Interior, Porous Jump, Radiator, Walls Zmiana typu warunku brzegowego.

Strefom nadawana jest indywidualna nazwa i przypisywany parametr definiujący jej typ (np. solid, fluid, interface, wall) w pre-procesorze Gambit. Nadawane parametry stref są wielkościami prowizorycznymi i w zależności od potrzeb mogą być one zmieniane podczas pracy z programem Fluent. Aby zmienić typ strefy należy wybrać nazwę modyfikowanej strefy w oknie Define => Boundary Conditions... W oknie Type pojawia się aktualny parametr typu jak też parametry typów na jakie strefa ta może być zamieniona. Z listy tej wybieramy parametr typu na jaki chcemy zmienić typ strefy. Nadawanie wartości liczbowych poszczególnym warunkom brzegowym. Istnieje możliwość bezpośredniego nadawania konkretnych wartości liczbowych poszczególnym parametrom warunków brzegowych. Istnieje też możliwość zadawania tych parametrów przez funkcje pisane przez użytkownika (UDF).

Setting Boundary Condition Data Explicitly assign data in Boundary Conditions panels. To set boundary conditions for particular zone: Choose the zone in Zone list. Click Set... button Szczegółowe dane poszczególnych warunków brzegowych jednej strefy mogą być kopiowane do innych stref. Warunki brzegowe mogą być zarówno zapisywane do zbiorów jak i czytane ze zbiorów. (file => write-bc) oraz (file => read-bc ) Jak wspomniano wcześniej warunki brzegowe mogą być definiowane przez (UDF) funkcje definiowane przez użytkownika jak też przez mechanizm zwany Profiles. Profiles-profile mogą być tworzone na dwa sposoby: Zapisanie profilu będącego wynikiem innej symulacji numerycznej Utworzenie w odpowiednim formacie pliku tekstowego zawierającego dane warunku brzegowego. Warunki brzegowe są zestawione w pary w których jeden warunek jest warunkiem wlotu a drugi warunkiem wylotu płynu z analizowanego obszaru. Najprostszą parą jest zestaw warunków: wlot (Velocity inlet) i wylot (Outflow) Wlot -Velocity Inlet

Warunek ten zakłada, iż znana jest prędkość wlotowa (taka sama na całej powierzchni wlotu). Prędkość w tym warunku można zadać poprzez: 1. Wartość i założenie że wektor prędkości jest normalny do powierzchni brzegu (opcja Magnitude, Normal to Boundary) 2. Składowe prędkości (opcja Components) 3. Wartość prędkości i jej kierunek (opcja Magnitude and Direction) Warunek stosowany dla przepływów płynu nieściśliwego

Przez zastosowanie funkcji użytkownika (UDF) można stosować bardziej skomplikowane rozkłady prędkości na brzegu lub wręcz prędkości zmienne w czasie.

Wylot – Outflow Nie wymaga podawania żadnych danych. Parametry w przekroju wylotowym ekstrapolowane są z wnętrza obszaru przy założeniu, iż gradienty wszystkich parametrów przepływu w kierunku normalnym do granicy są zerowe. Tego typu warunek odpowiada przypadkowi przepływu w pełni rozwiniętego. Nie powinien być stosowany w przypadku gdy spodziewamy się wstecznego przepływu przez tę granicę. Kolejna para

Ogólny typ warunku wlotu i wylotu – (Pressure Inlet oraz Pressure Outlet) Pressure Inlet Warunek pressure inlet wymaga podania co najmniej: Wartości ciśnienia spiętrzenia, Początkowej wartości ciśnienia statycznego oraz Temperatury spiętrzenia na powierzchni (przekroju) wlotowej.

Schemat zawartości okien z oczekiwanymi parametrami zadawanymi przez użytkownika, równania i jego graficzna ilustracja dla przypadku warunku brzegowego pressure inlet.

Ciśnienie spiętrzenia opisane jako Total Gauge Pressure wraz z temperaturą spiętrzenia oznaczoną jako Total Temperature określa entalpię napływającego czynnika. Początkowe ciśnienie statyczne opisane jako Supersonic/Initial Gauge Pressure reprezentuje początkową wartość ciśnienia statycznego wykorzystywaną podczas pierwszego kroku obliczeń do zdefiniowania prędkości napływającego czynnika (zgodnie z równaniem pokazanym na rys. xx). W kolejnych krokach obliczeń ciśnienie statyczne wynika już z rozwiązania układu równań i danych z warunków brzegowych. W przypadku wystąpienia ujemnej prędkości warunek zostaje przełączony na warunek brzegowy typu pressure outlet.

Dla przepływu płynu ściśliwego wykorzystywany jest związek Dla przepływu płynu nieściśliwego wykorzystywany jest związek

Należy pamiętać, iż ciśnienie bezwzględne jest sumą ciśnienia statycznego względnego (gauge pressure oraz ciśnienia odniesienia definiowanego w oknie Define=>Operating Conditions.

Warunek brzegowy tego typu reprezentuje izentropowe rozprężanie od warunków spiętrzenia do warunków panujących w przekroju wlotowym. Może być stosowany zarówno dla przepływów płynów ściśliwych jak i nieściśliwych. Dla analizy przepływów zewnętrznych może być stosowany jako swobodny warunek brzegowy będący wlotem lub wylotem w zależności od warunków przepływu. Może być wykorzystywany jako warunek brzegowy na bocznych powierzchniach obszaru obliczeniowego zapewniając warunki swobodnego wypływu i napływu spowodowane opływem przeszkód w obszarze obliczeniowym.

Pressure Outlet

21(1 )

2total static

kT T M

−= +

2 /( 1), ,

1(1 )

2k k

total abs static abs

kp p M −−= +

2

2

1vpp statictotal ρ+=

operatinggaugeabsolute ppp +=

Warunek ten wymaga tylko podania ciśnienia statycznego (Gauge Pressure) w obszarze do którego odbywa się wypływ. Automatycznie zmieniany jest na warunek Pressure Inlet w przypadku pojawienia się przepływu wstecznego. Kierunek napływu wstecznego zakładany jest jako normalny do granicy. W przypadku tego warunku konieczne jest zdefiniowanie wartości wszystkich zmiennych które mogą być transportowane gdy wystąpi przepływ wsteczny. Dotyczy to temperatury, parametrów turbulencji itp. Należy zwracać na to uwagę gdyż nierealistyczne założenia na wylocie mogą być przyczyną problemów ze zbieżnością rozwiązania. Tak jak wcześniej omawiany warunek Pressure Inlet może być wykorzystywany jako warunek brzegowy na bocznych powierzchniach obszaru obliczeniowego zapewniając warunki swobodnego wypływu i napływu spowodowane opływem przeszkód w obszarze obliczeniowym.

Warunek ścianki (Wall) Stosowany do powiązania obszaru przepływu z obszarami ciała stałego. W przypadku przepływu płynu lepkiego przyjmowany jest warunek braku poślizgu. Oznacza to iż składowa prędkości normalna do ścianki jest zerowa a składowa styczna ma prędkość ścianki. Istnieje możliwość nadania wartości naprężeń stycznych na ściance.

W przypadku przepływów turbulentnych można zdefiniować wielkość nierówności na ściance. Oddzielną klasą warunków brzegowych na ściance są warunki termiczne. Współczynniki przejmowania ciepła na ściance jak też wartości naprężeń stycznych wyliczane są na podstawie lokalnych warunków przepływu przy ściance. Ścianka może się przemieszczać lub obracać z zadaną prędkością.

Warunek brzegowy symetrii (Symmetry) i osiowej symetrii (Axis) Symmetry Boundary Stosowana dla zmniejszenia obszaru obliczeniowego i kosztów obliczeń. Zarówno pole przepływu jak i geometria muszą być symetryczne. Przyjmuje się zerową składową prędkości normalną do płaszczyzny symetrii oraz zerowe gradienty w kierunku normalnej do płaszczyzny symetrii. Osiowa symetria Axis Domyślnie oś x jest osią w problemach dwu wymiarowych osiowo symetrycznych. Należy pamiętać, iż żaden element obszaru obliczeniowego nie może leżeć poniżej osi x. Niedopuszczalne są ujemne wartości współrzędnej y.

Warunki brzegowe okresowe (periodyczne) Periodic Boundaries Płaszczyzny okresowości w ruchu obrotowym i postępowym. Stosowane dla zmniejszenia nakładów obliczeniowych problemów z periodycznie powtarzającymi się obszarami. Zarówno pole przepływu jak I geometria musi być okresowa w ruchu obrotowym lub postępowym. Dla przepływu okresowego z ruchem obrotowym oś obrotu musi być zdefiniowana w obszarze płynu. Przyjmuje się, iż nie ma zmiany ciśnienia przy przejściu przez brzeg periodyczny. Dla przepływu okresowego z ruchem postępowym ten typ warunku brzegowego umożliwia realizację skończonej różnicy ciśnienia w poprzek granicy okresowej

Models fully developed conditions. Specify either mean Dp per period or net mass flow rate. Periodic boundaries defined in Gambit are translational.

Obszary obliczeniowe mogą być typu płynu lub ciała stałego. Obszary typu płyn –Fluid zawierają grupy cel – komórek obliczeniowych dla których rozwiązywane są wszystkie aktywne równania. Wymagają zdefiniowania rodzaju płynu. Mogą zawierać czysty gaz lub pojedynczą fazę. W komórkach obliczeniowych mogą być definiowane składniki o charakterze źródeł. Mogą to być źródła masy, pędu, energii itp. Obszary mogą być definiowane jako obszary wypełnione materiałem porowatym. Można zdefiniować ruch obszaru wypełnionego płynem. Obszary typu ciała stałego Solid zawierają grupy cel – komórek obliczeniowych dla których rozwiązywane są problemy przepływu ciepła. Równania przepływu nie są w takich obszarach rozwiązywane. Materiał traktowany jako ciało stałe może być płynem lecz przyjmuje się, iż nie występuje w nim konwekcja. Obszar tego typu wymaga tylko zdefiniowania materiału który go wypełnia. Istnieje możliwość definiowania objętościowych źródeł ciepła. Można definiować ruch obszaru typu ciała stałego. Ustawienia modułu rozwiązującego równania -solvera

Solver Settings Solution Procedure Overview Solution Parameters -Choosing the Solver and Discretization Schemes Initialization Convergence Monitoring Convergence Stability Setting Under-relaxation Setting Courant number Accelerating Convergence Accuracy – test of Grid Independence – Grid Adaption

Solver parameters

Okno parametrów modułu rozwiązującego układ równań Solution => Solution Controls. Podstawowe informacje o metodach dyskretyzacji obszaru obliczeniowego Discretization (Interpolation Methods) Metody interpolacji W przypadku stosowanej metody objętości skończonych zmienne polowe (gęstość, ciśnienie, składowe prędkości, ciśnienie itp.) przechowywane dla środków cel-komórek obliczeniowych muszą być interpolowane do otaczających je powierzchni kontrolnych by móc policzyć strumienie masy, pędu i energii wchodzące do i wychodzące z komórek obliczeniowych.

VSAAVVt f

facesfff

facesfff

ttt

∆+∇Γ=+∆∆

−∑∑ ⊥

∆+

φφφρρφρφ,)(

)()(

W programie FLUENT istnieje możliwość wykorzystywania szeregu różnych metod interpolacji: First-Order Upwind Scheme schemat pierwszego rzędu – zwykle zapewniający szybką

zbieżność rozwiązania, lecz tylko pierwszego rzędu dokładności Power Law Scheme Bardziej dokładny niż schemat pierwszego rzędu dla przepływów z

niską liczbą Reynoldsa Recell< 5 . Second-Order Upwind Scheme schemat drugiego rzędu bazujący na danych nie tylko z

najbliższego otoczenia komórki obliczeniowej ale także z kolejnego rzędu co zapewnia drugi rząd dokładności. Ważny w przypadku siatki węzłów typu tri/tet lub w przypadku kierunku przepływu nie zgodnego z głównymi kierunkami siatki. Charakteryzuje się wolniejszą zbieżnością

Quadratic Upwind Interpolation (QUICK) Kwadratowa interpolacja pod prąd stosowana dla siatek typu quad/hex oraz siatek hybrydowych- hyrbid meshes. Nie nadaje się dla siatek opartych na trójkątach. Użyteczna w przypadku przepływów wirujących i spiralnych. Na regularnych siatkach zapewnia dokładności trzeciego rzędu. Schematy interpolacji ciśnienia - Interpolation Methods for Pressure W przypadku ustawień modułu rozwiązującego równania na pracę szeregową – segregated istnieje zróżnicowanie schematów interpolujących ciśnienie. FLUENT interpolation schemes for Face Pressure: Standard -schemat standardowy charakteryzujący się spadkiem dokładności w przypadku przepływów z dużymi gradientami ciśnienia w kierunku normalnym do powierzchni ograniczającej. Linear - schemat liniowej interpolacji stosowany gdy inne schematy nie zapewniają zbieżności lub dają nie fizyczne rozwiązania. Second-Order schemat drugiego rzędu stosowany dla przepływów płynu ściśliwego. Nie można go stosować w obszarach z materiałem porowatym, skoków ciśnienia, wentylatorów itp. A także w obliczeniach przepływów dwu i wielo fazowych. Body Force Weighted Stosowany w przypadkach dużych sił masowych, duża naturalna konwekcja lub silne przepływy spiralne.

PRESTO schemat stosowany w przypadku silnych przepływów spiralnych, przepływach przez złoża porowate lub obszarach o silnych krzywiznach brzegów.

W przypadku stosowania ustawień modułu rozwiązującego równania na pracę szeregową (segregated- pressure based) istnieje możliwość wyboru typu sprzężenia pomiędzy polem ciśnień a polem prędkości podczas poszukiwania rozwiązania. Pressure-Velocity Coupling Występują trzy możliwe do wykorzystania schematy: SIMPLE Schemat przyjmowany domyślnie – bardzo efektywny (wymaga współczynników podrelaksacji) SIMPLEC schemat zapewnia szybszą zbieżność w przypadku prostych pól przepływu – laminarny przepływ płynu. PISO schemat użyteczny w przypadku przepływów nieustalonych lub siatek zdeformowanych o dużym stopniu skośności Nadawanie warunków początkowych -Initialization Zarówno w przypadku przepływów ustalonych (procedura iteracyjna wymaga założenia stanu początkowego) jak i nieustalonych (z definicji wymagających wartości początkowych wszystkich zmiennych) konieczne jest zadanie wartości początkowych wszystkich zmiennych w analizowanym polu przepływu. Solve => Initialize => Initialize... Problem polega na tym, iż realistyczne zadanie warunków początkowych zwiększa stabilność procesu uzyskiwania rozwiązania i przyspiesza zbieżność, a nierealistyczne prowadzi zwykle do katastrofy numerycznej. W niektórych przypadkach bez właściwych warunków początkowych nie można uzyskać rozwiązania (bez inicjującego proces spalania obszaru o początkowo wysokiej temperaturze nie można uzyskać ustalonego procesu spalania).

Po inicjalizacji – nadaniu warunków początkowych w całym polu obliczeniowym istnieje możliwość ich zróżnicowania w poszczególnych obszarach charakteryzowanych przez unikalne ich nazwy. Do tego celu wykorzystywana jest opcja patch (Solve => Initialize => Patch...) aktywna dopiero po procesie inicjalizacji (Initialize ). Zapoczątkowanie procesu spalania może wymagać nadania prze opcję path chwilowo wysokiej temperatury w wybranym obszarze komory spalania. Kontrola procesu zbieżności: reszty Convergence Preliminaries: Residuals Przykładowo – równanie transportu wielkości φ może być zapisane w następującej prostej postaci:

Współczynniki ap, anb zależą od rozwiązania. Są określane po każdej iteracji. Niezgodność wartości po obu stronach powyższego równania nazywana jest resztą Rp (residual). Wielkość reszty Rp powinna być pomijalnie mała po zakończeniu procesu iteracyjnego

Program dokonuje sumowania reszt dla poszczególnych komórek obliczeniowych.

Domyślnie monitorowane reszty są skalowane. Istnieje możliwość ich przedstawiania w postaci znormalizowanej. Monitorowane reszt w przypadku stosowania ustawień solvera jako sprzężonego (coupled- density based) opiera się na średniej kwadratowej rms zmian w czasie zmiennej zachowawczej. Only for coupled equations additional scalar equations use segregated definition. Zbieżność rozwiązania- Convergence Po osiągnięciu zadanej dokładności rozwiązania zdefiniowanej przez wartości reszt dla poszczególnych zmiennych, rozwiązanie zostaje uznane za osiągnięte i dalsze iteracje nie zmieniają go. At convergence: All discrete conservation equations (momentum, energy, etc.) are obeyed in all cells to a specified tolerance. Overall mass, momentum, energy, and scalar balances are obtained. W jaki sposób zadawać wartości reszt by uzyskać poprawne rozwiązanie? Generalnie zmniejszenie wartości reszt o trzy rzędy wielkości zapewnia jakościowo poprawne rozwiązanie. Podstawowe cechy przepływu zostają odtworzone w procesie symulacji.

pnb

nbnbpp baa =+∑ φφ

pnb

nbnbppp baaR −+= ∑ φφ

||∑=cells

pRR

W przypadku równania energii i ustawień modułu rozwiązującego równania na pracę szeregową (segregated) jego reszty powinny być zmniejszone o sześć rzędów wielkości. W przypadku mieszanin gazów aby zapewnić poprawny skład mieszaniny konieczne jest zmniejszenie reszt dla poszczególnych składników o pięć rzędów wielkości. Monitoring quantitative convergence: Monitor other variables for changes. Ensure that property conservation is satisfied. Convergence Monitors: Residuals Residual plots show when the residual values have reached the specified tolerance. Solve => Monitors => Residual... Convergence Monitors: Forces/Surfaces Oprócz kontroli reszt dobrym wskaźnikiem osiągnięcia zbieżności są wielkości całkowe takie jak siła reakcji, siła nośna, siła oporu lub moment. Lift, drag, or moment Solve => Monitors => Force... Może to być także średnie ciśnienie na jakiejś powierzchni lub w jakiejś objętości. Variables or functions (e.g., surface integrals) at a boundary or any defined surface: Solve => Monitors => Surface... Sprawdzanie własności zachowawczych rozwiązania Checking for Property Conservation Istnieje możliwość sprawdzania globalnych wielkości zachowania masy i energii cieplnej. Jako minimum wymagań należy przyjąć, iż dopuszczalna niezgodność powinna być mniejsza niż 1% najmniejszego strumienia w analizowanym obszarze. Report => Fluxes... Oczywiście w przypadku nieustalonych przepływów płynu ściśliwego chwilowo mogą występować dużo większe różnice. Gdy okaże się, iż kryterium zbieżności oparte o reszty jest spełnione a inne (np. całkowe) wskaźniki sugerują, iż rozwiązanie nie osiągnęło zbieżności, konieczne jest zmienienie (zmniejszenie) zadanych wielkości reszt. Decreasing the Convergence Tolerance If your monitors indicate that the solution is converged, but the solution is still changing or has a large mass/heat imbalance: Reduce Convergence Criterion or disable Check Convergence. Then calculate until solution converges to the new tolerance. Problemy ze zbieżnością procesu rozwiązania. Convergence Difficulties

Numeryczne niestabilności mogą się pojawić w przypadku źle postawionego problemu, siatki dyskretyzującej o złej jakości lub złych ustawień modułu rozwiązującego układ równań – solvera. Najwcześniej przejawiają się one we wzroście reszt. Większe prowadzą do przerwania procesu rozwiązania. Uwaga- rozwiązania nie zbieżne nie powinny być brane pod uwagę – wyciągane wnioski mogą być błędne. Rozwiązywanie problemów ze zbieżnością rozwiązania -Troubleshooting: Należy sprawdzić powtórnie czy problem jest dobrze postawiony. Obliczenia należy rozpoczynać stosując schematy interpolacyjne pierwszego rzędu. Można próbować zmniejszyć wartości parametru podrelaksacji (segregated solver) dla zmiennej wykazującej problemy ze zbieżnością. W przypadku solvera coupled można próbować zmniejszyć liczbę Couranta Można próbować dokonań zmian (zagęszczenia siatki) w obszarach siatek mających duży stosunek maksymalnego wymiaru komórki do wymiaru najmniejszego oraz komórek o dużej skośności. Modyfikacja parametru podrelaksacji. W przypadku ustawień modułu rozwiązywania równań w pracę szeregową (segregated) wykorzystywana jest metoda stabilizacji procesu iteracyjnego przez pod-relaksację opisaną poniższym równaniem

Im mniejszy parametr pod-relaksacji a tym proces rozwiązania jest stabilniejszy lecz jednocześnie dłuższy jest czas do uzyskania zadanej dokładności rozwiązania. Proponowane jest użycie predefiniowanych wartości parametrów pod-relaksacji gdyż dobierane zostały tak by rozwiązanie uzyskać możliwie szybko dla szerokiego zakresu możliwych do analizowania problemów. Solve => Controls => Solution... Zmniejszenie parametru pod-relaksacji dla równań zachowania pędu zwykle poprawia zbieżność. W szczególnych przypadkach ustawienia solvera powinny się opierać na indywidualnym doświadczeniu użytkownika. Dla ustawień coupled solver, parametry pod-relaksacji dla zmiennych poza zestawem zmiennych sprzężonych są modyfikowane tak jak dla ustawień solvera segregated.

poldpp φαφφ ∆+= ,

Usprawnienia pracy modułu rozwiązującego układ równań –solvera.

Solver Enhancements: Grid Adaption Ponieważ proces uzyskiwania rozwiązania jest wielokrokowy istnieje możliwość adaptowania siatki w zależności od rozkładu parametrów (ciśnień, prędkości) przepływu. Stosowana jest tu technika podziału komórek obliczeniowych na mniejsze bez konieczności używania pre-procesora. Schemat adaptowania wielkości komórek obliczeniowych (cel) może opierać się o: Wielkość gradientu wybranych parametrów przepływu (na przykład ciśnienia), Stałych wartości wybranych parametrów przepływu (na przykład liczby Macha). Ilość komórek obliczeniowych może być zwiększana na granicach obszaru lub jego wnętrzu. Fluent adapts on cells defined based on: Gradients of flow or user-defined variables Iso-values of flow or user-defined variables All cells on a boundary All cells in a region Cell volumes or volume changes y+ in cells adjacent to walls

Obróbka wyników obliczeń Post-Processing Many post-processing tools are available. Post-Processing functions typically operate on surfaces. Surfaces are automatically created from zones. Additional surfaces can be created.

Note: Generalnie Ze względu na stosowany schemat objętości skończonych w sposób naturalny obliczane są wartości parametrów przepływu w środkach komórek obliczeniowych. Możliwe jest dodatkowo obliczanie wartości w węzach siatki. Fluent calculates field variable data at cell centers. Node values of the grid are either: calculated as the average of neighboring cell data, or, defined explicitly (when available) with boundary condition data. Node values on surfaces are interpolated from grid node data. Dane przechowywane w zbiorach zawierają: Dane ze środków komórek obliczeniowych Wartości węzłowe dla prymitywnych zmiennych w węzłach na powierzchniach brzegowych.

Raporty-Reports Wiele parametrów przepływu może być przedstawianych w postaci raportów. Many flow parameters can be reported: Flux Reports Total Heat Transfer Rate includes radiation. Volume Integrals

Bardziej skomplikowane warunki brzegowe.

Nie zawsze standardowe warunki brzegowe wystarczają. Często wymagany jest profil prędkości zależny od położenia. Często prędkości, temperatury, parametry turbulencji, skład mieszaniny zmieniają się w czasie. Do wprowadzania takich właśnie nietypowych warunków brzegowych wykorzystywane są funkcje definiowane przez użytkownika (UDF User Defined Functions).

Wymaga to przygotowania w języku C funkcji z nazwami zdefiniowanymi przez użytkownika. Fluent stosuje zestaw predefiniowanych funkcji (makr) które można wykorzystać w procedurach przygotowywanych przez użytkownika.

Warunki brzegowe mogą być modyfikowane przez funkcję (makro) o postaci:

DEFINE_PROFILE(nazwa_nadana, thread, position) gdzie- nazwa_nadana - to nazwa zdefiniowana przez u żytkownika i pokazywana w oknie dialogowym warunku brzegowego Fl uenta, thread –uchwyt tworzony podczas procesu zadawania w arunku brzegowego, position – zmienna wewn ętrzna.

Jako typowy przykład może służyć listing kodu źródłowego procedury opisującej zmienną w czasie prędkość w przekroju wlotowym.

Procedura została napisana przy następujących założeniach. Prędkość w przekroju wlotowym posiada stałą składową 0u o wartości 20 m/s i składową o amplitudzie równej 5 m/s zależną

sinusoidalnie od czasu z częstotliwością 10 rad/s.

Funkcja o nazwie unsteady_velocity jest zdefiniowana przy wykorzystaniu makra o nazwie DEFINE_PROFILE. Procedura korzysta ze zmiennej predefiniowanej we Fluencie (jest to słowo kluczowe) o nazwie CURRENT_TIME reprezentującej aktualny czas (t) w prowadzonej symulacji.

/************************************************** *********** unsteady.c UDF for specifying a transient velocity profile boundary condition *************************************************** *********/ #include "udf.h" DEFINE_PROFILE( unsteady_velocity, thread, position) { face_t f; real t = CURRENT_TIME; begin_f_loop(f, thread) { F_PROFILE(f, thread, position) = 20. + 5.0*si n(10.*t); } end_f_loop(f, thread) }

Pisząc procedurę definiujemy tylko indywidualną nazwę po której będziemy ją identyfikowali. W momencie pisania procedury nie musimy decydować na którym brzegu ma być zastosowana, decydujemy tylko o zachowaniu się prędkości w czasie.

Sposób zastosowania tej funkcji jest następujący. W pierwszej kolejności należy ustawić solwer na modelowanie przepływów nieustalonych. Następnie należy zinterpretować lub skompilować procedurę wykorzystując okno Interpreted UDFs lub Compiled UDFs

Teraz można dokonać powiązania procedury z odpowiednim brzegiem. W oknie dialogowym warunku brzegowego typu Velocity inlet zostanie uwidoczniona nazwa procedury. Zamiast predefiniowanej opcji constant wybieramy udf unsteady_velocity w rozwijalnym oknie po prawej stronie pola X-Velocity.

The time-stepping parameters are set in the Iterate panel .

Podobnie stały w czasie, ale paraboliczny profil prędkości, można zadać przygotowując procedurę i dokonując powiązania z odpowiednim brzegiem. Jeśli przygotowaliśmy obie procedury to będą widoczne obie nazwy i musimy dokonać odpowiedniego wyboru.

/************************************************** *********** udfexample.c UDF funkcja definiujaca staly w czasie profil pre dkosci na brzegu ************************************************** *********/ #include "udf.h" /* musi byc na poczatku kazdej fu nkcji UDF */ DEFINE_PROFILE(x_velocity,thread,position) { real x[ND_ND]; /* ta zmienna zawiera wspolrzedne wezlow */ real y; face_t f;

begin_f_loop(f,thread) /* petla pow wszystkich ele mentach powierzchni powiazanej przez zmienna

thread bedaca argumentem makro DEFINE */ { F_CENTROID(x,f,thread); y = x[1]; F_PROFILE(f,thread,position) = 20. - y*y/(.0745* .0745)*20.; } end_f_loop(f,thread) }

Pierwszy argument makra DEFINE_PROFILE, x_velocity, jest nazwą identyfikującą funkcję UDF. Nazwa ta pojawi się w oknie warunku brzegowego po interpretacji lub kompilacji tej funkcji. W nazwie funkcji pierwszym znakiem może być tylko litera (cyfry są niedopuszczalne). Równanie zawarte w funkcji będzie stosowane do wszystkich cel występujących na brzegu. Brzeg jest identyfikowany przez zmienną thread a cele przez zmienną f w pętli f_loop. Zmiennej thread automatycznie nadawana jest wartość gdy w oknie warunku brzegowego wiążemy nazwę funkcji z nazwą brzegu na którym ma być stosowana. Indeks position jest definiowany automatycznie przez mechanizm pętli f_loop. W przypadku tej funkcji UDF makro o nazwie begin_f_loop jest stosowane do przebiegnięcia przez wszystkie komórki kontrolne należące do brzegu. Dla każdej takiej elementarne komórki określane jest położenie jej geometrycznego środka przez funkcję o nazwie F_CENTROID. Funkcja ta umieszcza wszystkie trzy składowe położenia w tablicy x mającej dwa (w przypadku dwu-wymiarowym) lub trzy (w przypadku trójwymiarowym) elementy. Zawartość tablicy (wektora) x dostępna jest przez indeksy 0,1,2 definiujące składowe x, y, z położenia geometrycznego środka elementarnej komórki brzegu. Składowa y wykorzystywana jest do zdefiniowania wartości prędkości według założonego parabolicznego profilu prędkości. Prędkość ta wiązana jest z odpowiednią komórką prze funkcję F_PROFILE.

Nazwy F_PROFILE, F_CENTROID, begin_f_loop są predefiniowanymi przez Fluent nazwami makr (funkcji).

Jak interpretować parametry funkcji. Na rysunku przedstawiono graficznie interpretację poszczególnych parametrów. Ta sama funkcja może być stosowana dla brzegu A i dla brzegu B.

Przygotowanie geometrii i siatki.

Siatka dyskretyzująca analizowany obszar tworzona jest w pre-procesorze Gambit. Geometria obszaru może być importowana z innych programów CAD-owskich lub przygotowana przy wykorzystaniu narzędzi dostępnych w programie Gambit.

Poniżej skrótowo omówione zostaną podstawowe możliwości pre-procesora Gambit. GAMBIT

Gambit jest zintegrowanym pre-procesorem dla programów CFD zawierającym uniwersalny generator siatek. Program tworzy i importuje geometrie w konwencji ACIS. Importuje, czyści i modyfikuje geometrie w postaci IGS. Tworzy siatki dla wszystkich programów Fluent, FIDAP, POLYFLOW NEKTON. Tworzy siatki strukturalne i niestrukturalne, hexatedralne, tetrahedralne, piramidalne i pryzmatyczne. Pozwala na sprawdzenie jakości siatki. Pozwala na nadawanie wstępnych przyporządkowań warunków brzegowych.

Graphic User Interface - Screen view

Wszystkie operacje graficzne wykonuje się w oknie o podstawowym wyglądzie pokazanym na rysunku. Podstawowe grupy przycisków i okien:

Główny pasek menu – zawiera opcje obsługi plików: czytanie, zapis, import. Blok narzędzi zawiera przyciski geometrii i operacji. Operation Tool Pad containing Operation and Geometry buttons Blok grafiki i okien zawiera przyciski kontrolne Graphics and Window Control - Global control buttons Okno linii komend zawiera tekstowy opis, parametry i dane wykonywanych operacji. Command line – Transcript window Okno opisów i komentarzy Description window Typowa sekwencja działań

1. Ustawienia początkowe- wybór solwera 2. Tworzenie geometrii- generacja lub import- podział na fragmenty ułatwiające

siatkowanie 3. Siatkowanie- działania lokalne: krawędzie i warstwa przyścienna, globalne:

powierzchnie/lub objętości 4. Sprawdzanie siatki 5. Nadawanie warunków brzegowych-przyporządkowanie oszarów 6. Eksportowanie siatki Operowanie zbiorami

Dostępne formaty importu i eksportu zbiorów

Należy uaktywnić przycisk Export 2-D(X-Y) Mesh przy eksportowaniu siatki dla zagadnień dwu-wymiarowych. Ważne! Możliwe operacje

Tworzenie geometrii Siatkowanie Przyporządkowanie brzegu i obszaru Tworzenie geometrii na poziomie punktów, krawędzi, powierzchni, objętości i grup. Tworzenie siatek dla warstwy przyściennej, krawędzi, powierzchni, objętości i grup. Przyporządkowanie pre-definiowanych warunków brzegowych do brzegów i nadawanie typów obszarom. Blok narzędzi akcji i okien

Opisy przycisków pól

Cel działań: Tworzenie i siatkowanie obszarów zajętych prze płyn dla problemów przepływowych I obszarów ciał stałych dla problemów wymiany ciepła. Tworzenie geometrii w oparciu o pre-definiowane obiekty niższego rzędu.

Terminologia: Vertex - punkt Edge – krzywa zdefiniowana przynajmniej przez jeden punkt Face – powierzchnia ( nie koniecznie płaska) ograniczona przez przynajmniej jedną krawędź Volume - bryła

Kod identyfikacji kolorami:

Przyjęto następujący kod kolorami: Vertex – biały Edge – żółty, Face – jasno niebieski Volume – zielony, Group – ciemno zielony, Jeśli obiekt bardziej złożony obiekt to przyjmuje kolor bardziej złożonego. Jeśli występuje tylko krawędź to ma kolor żółty lecz jeśli jest krawędzią powierzchni ma kolor kodowy powierzchni czyli jasno niebieski.

Cofnij/Powróć: 10 poziomów,

Działania myszki Mouse Operations (Basic hints) Wybieranie obiektu- Shift+Lewy przycisk myszy Rozciągane okno- Control+Lewy przycisk myszy Przesuwanie – Środkowy przycisk myszy Okna akcji Forms

Składniki okien akcji Form - components Okno z listą wyboru Aktywne (żółte) – przygotowane do dokonania wyboru Nieaktywne (białe) – należy w nie kliknąć by uaktywnić

Przyciski wyboru- Radio buttons - naciśnięcie włącza to naciśnięte a wyłącza pozostałe

Skalowanie do wielkości okna

Uchwyt do manipulowania widokiem

Podział na wiele okien

Oświetlenie, etykiety

Wróć powróć Undo Redo

Układ współrzędnych Orient Model Journal View

Modify (on/off) Label Widoczność elementów

Druty Cienie Ukryte linie

Color coding Entity type Powiązania

Testowanie siatki

Przyciski wyboru opcji Okno wyboru Okno tekstowe

Text box

Click-to-focus Check box

non-mutually exclusive options Command buttons

Ogólne działania: Move/Copy –przemieść/kopiuj –stosowane dla punktów, krawędzi, powierzchni i brył Działania: Translate - przesuń Rotate - obróć Reflect - odbij Scale -przeskaluj opcje: także powiązane geometrie mogą być przemieszczane po naciśnięciu przycisku Connected geometry

================� Ogólne działanie: Connect – powiąż

Connect (Real) Punkty, krawędzie powierzchnie mogą być powiązane

Działanie eliminuje wszystkie podwójne obiekty i wiąże ze sobą obiekty o wyższej topologii. Istniejąca siatka zostaje zachowana

Ogólne działanie: Disconnect -rozdziel

Disconnect (Real) Punkty, krawędzie powierzchnie mogą być rozdzielone

Działanie tworzy wszystkie podwójne obiekty i rozdziela obiekty o wyższej topologii.

�==================== Ogólne działanie: Delete - usuń Aby usunąć obiekt należy go wybrać i potwierdzić operację usuwania naciskając przycisk Apply. Można usuwać wszystkie rodzaje obiektów..

<================ Ogólne działanie: Różne.

Summarize/Check/Query/Total –Podsumowanie/Sprawdzenie/Zapytanie/Wszystko

Podsumowanie współrzędnych węzłów, składników o niższej topologii, informacje o siatce, etykiety elementów węzłów itp. Sprawdzenie poprawności geometrii ACIS Query: useful to associate geometrical objects with object names Get total number of Entities

�======================= Modyfikowanie kolorów/etykiet Modyfikowanie kolorów obiektów Zmiana etykiet obiektów

Tworzenie geometrii Predefiniowane obiekty typu powierzchni

Face Primitives Wymiary oraz powierzchnia lub kierunek tworzenia muszą być podane

Rectangles -prostokąty Circles -okręgi Ellipses - elipsy

Volume Primitives Brick - cegła szerokość (X), głębokość (Y) oraz wysokość (Z) Wymiar szerokości (X) jest użyty dla Y i Z Jeśli wielkości te nie zostaną zdefiniowane. Cylinder i Scięty stożek Wymagana jest wysokość i dwa promienie podstawy (oraz trzeci promień dla odciętego stożka Pierwszy promień zostaje użyty jako drugi jeśli nie będzie on zdefiniowany. Pryzma I Piramida Wymaga danych podobnych jak dla walca i ściętego stożka Dodatkowo ilości boków

Kula wymaga tylko jednego promienia Torus Wymaga promienia tworzącego i promienia pierścienia Dodatkowo położenia osi głównej

Operacje Boolowskie: Unite –Dodawanie (skejanie)

Real Face/Volume Boolean Unites Opcja Retain – zachowanie obiektów składowych Dodawanie powierzchni - Unite Faces Wszystkie powierzchnie muszą leżeć na tej samej płaszczyźnie lub mieć odpowiadające sobie styczne.. Dodawanie (sklejanie) objętości -Unite Volumes Operacje Boolowskie: Subtract- Odejmowanie Real Face/Volume Boolean Subtract Kolejność wskazywania obiektów w tej operacji ma znaczenie. Opcja -Retain – pozostawia kopie obiektów składowych Odejmowanie powierzchni -Subtract

Faces Wszystkie powierzchni muszą leżeć na tej samej płaszczyźnie

Subtract Volumes Geometry Splitting- Cięcia Operacja cięcia: Przecięcie dwóch obiektów geometrycznych. Występuje obiekt który chcemy przeciąć - Target i obiekt którego używamy do cięcia tool object. Real Face/Volume Boolean Split

Ważna jest kolejność wybierania obiektów. Dwu-kierunkowe (aktywna opcja Bidirectional ) cięcie powierzchni i brył jest możliwe. Domyślnie obiekt używany do cięcia po wykonaniu operacji jest usuwany, znika. Chcąc go zachować konieczne jest uaktywnienie przycisku Retain (zachowaj) Domyślnie obiekty będące wynikiem operacji cięcia (split) są ze sobą

połączone, występują tylko pojedyncze krawędzie lub powierzchnie cięcia. Oznacza to iż są „przeźroczyste” dla przepływu.

Siatkowanie krawędzi i powierzchni Siatkowanie powierzchni

Po wybraniu okna siatkowania powierzchni (Face Meshing ) Wybranie powierzchni (Shift + lewy przycisk myszy) powoduje iż

GAMBIT automatycznie wybiera elementy typu czterobocznego ( Quad ) GAMBIT wybiera typ w oparciu o rozkład punków charakterystycznych sieciowanego obszaru

Dostępne kombinacje typu elementu-typu schematu sieciowania Czworościenny element - Quad Schemat – Map- siatka strukturalna Schemat – Submap – siatki strukturalne złożone Schemat - Tri-Primitive – siatki trójkątne Schemat – Pave – siatki o strukturze drzewiastej Trój ścienny element - Tri

Schemat – Pave – siatki o strukturze drzewiastej

Usuwanie starej siatki - Deleting Old Mesh Silne powiązania krawędzi lub brzegów - Hard Linking

Powiązania siatek - Mesh Links (Hard Links) Powiązane ze sobą siatki mają identycznie rozłożone węzły

Tworzone są dla siatek obszarów o okresowych warunkach brzegowych Związki stosowane dla krawędzi, powierzchni i objętości Applicable to Edge, Face, and Volume entities

Best to use soft links for edge meshing To link volume meshes, all faces must be mesh hard linked first.

Setting up Hard Links for Faces Select faces and reference vertices

Edge ‘sense’ will appear Reverse orientation on by default for sense Periodic option can be used for split edges

Posiatkowanie przed lub po silnym powiązaniu obszarów powoduje automatyczne utworzenie siatki na powiązanym obszarze.

Można utworzyć wiele par siatek o silnych powiązaniach. Wygładzanie siatek- Mesh Smoothing

Gambit zawiera wbudowany schemat wygładzania siatek po początkowym ich zainicjowaniu. Typ tego schematu można zmienić z poziomu edytowania ustawień programu (Edit - Defaults ). Różne schematy wygładzania siatek można wybrać zastosować po wykonaniu siatkowania. Można zastosować dla powierzchni Length-weighted Laplacian Centroid Area Winslow Dla objętości Length-weighted Laplacian Equipotential

Sprawdzenie jakości siatki

Okno sprawdzania jakości siatek (Examine Mesh)

Sposób wyświetlania siatek (Display Type ) Opcja -Plane/Sphere – pokazuje elementy siatki które mieszczą się na płaszczyźnie lub w kuli (sferze). Opcja –Range – pokazuje elementy siatki w wybranym zakresie jakości.

Histogram pokazuje rozkład jakości siatki.

Opcja wyboru typu elementów 2D/3D

Wybór typu jakości elementu - Select Quality Type Wybór sposobu wyświetlania - Display Mode

Zmiana sposobu wyświetlania atrybutów cel.

Złej jakości siatka powoduje niedokładne rozwiązania i wolną zbieżność. Minimalizacja skośności:

Dla siatek Hex and Quad =�skośność nie powinna przekraczać 0.85. trójkątnej => skośność nie powinna przekraczać 0.85. czworościanów => skośność nie powinna przekraczać 0.9

Należy minimalizować zmiany wymiarów sąsiednich cel. Wymiary sąsiednich cel nie powinny się różnić o więcej niż 20%. Jeśli stwierdzi się złą jakość siatki należy siatkę usunąć, dokonać powtórnego siatkowania granic (krawędzi i powierzchni) i właściwej siatki.

Przyporządkowywanie warunków brzegowych

Przyporządkowanie warunków brzegowych Przyporządkowanie typu ośrodka Ostatnia operacja – wyeksportowanie siatki..

Należy pamiętać o uaktywnieniu przycisku Export 2-D(X-Y) Mesh gdy eksportujemy siatkę dwu-wymiarową.. Jeśli tego nie zrobimy to Fluent będzie sygnalizował błąd. Uwagi praktyczne. Przy eksporcie geometrii z programów CAD-owskich należy eksportować bryły a nie powierzchnie. Mniej kłopotów sprawiają formaty STEP niż IGS. Gdy chcemy mieć zróżnicowaną gęstość siatki należy najpierw zbudować gęściejszą siatkę na krawędziach lub powierzchniach a dalej zadawać siatkę rzadszą w objętości. Powiązania siatek sąsiadujących - Interface Wielokrotnie występuje konieczność stosowania siatek które się względem siebie przemieszczają. Bardzo pożyteczny okazuje się w tej sytuacji mechanizm wymiany danych pomiędzy siatkami. Generalna idea jest następująca. Istnieje ściśle geometrycznie zdefiniowana granica pomiędzy dwoma obszarami. Z założenia występuje przepływ przez tę granicę. Każdy z obszarów ma swoją granicę identyczną co do kształtu z granicą sąsiada. Granica każdego z obszarów ma inną siatkę. Pomiędzy siatkami na granicy następuje wymiana informacji o przepływie. Aby móc zrealizować mechanizm takiej wymiany konieczne jest nadanie w programie Gambit granicy każdego z obszarów indywidualnej i unikalnej nazwy. Każda z tych granic musi posiadać atrybut Interface. Program Fluent po wczytaniu siatki zawierającej granice z atrybutem Interface sygnalizuje błędy. Konieczne jest przejście do opcji Define=>Grid Interfaces i dokonanie skojarzenia nazw dwóch odpowiadających sobie granic obszarów tworzących granicę wymiany zarówno płynu jak i danych nadając jej indywidualną nazwę. Istnieje zatem nazwa granicy wymiany skojarzona z dwoma nazwami sąsiadujących granic obszarów. Po takiej operacji sprawdzenie siatki przez opcję Check nie powinno wykazywać błędów siatki.