1. példa Negyedkörös mérőperem

A negyedkörös (lekerekített) beömlésű mérőperem szabványos (MSZ 1709/6) mérési módszer, amely az éles beömléssel készített sarokmegcsapolású mérőperemhez képest kisebb térfogatáramok mérését teszi lehetővé.

Ebben a példában egy kétdimenziós, forgásszimmetrikus modell alkalmazásával megvizsgáljuk a negyedkörös beömlésű mérőperemben kialakuló sebesség és nyomásmegoszlásokat különböző geometriai paraméterek esetében.

Alappontok letöltése

Az alábbi gyakorlat során axiálisan szimmetrikus, kétdimenziós szimulációs modellt készítünk egy negyedkörös belépésű mérőperem esetére, majd meghatározzuk a mérőperemen átáramló levegő nyomásmegoszlását és áramképét. A geometriai modellt paraméteresen állítjuk elő. A mérőperem nyomásesése a geometriai modell paraméterei függvényében vizsgálható.

1.ábra Nyomásmegoszlás

2.ábra Áramvonalak

3.ábra Fali nyomásmegoszlás

A szimulációs projekt előkészítése

- Indítsa el az ANSYS Workbench-et, majd húzza be a System csoportból a FLUENT ikont a Project Schematic ablakba!

- A projekt séma Geometry elemének tulajdonságai közül állítsa be az Analysis Type értékét "2D"-re!

A geometriai modell elkészítése

- Töltse le az alappontokat tartalmazó JScript fájlt!

- Indítsa el a Design Modeller-t a Geometry-re való jobbklikkel, itt válassza a New Geometry menüpontot!

- Válassza a mm mértékegységet a Units menüben!

- A Tree Outline-on kattintson az XY síkra! Így ez lesz az aktív koordinátasík.

- Futtassa az alappontok létrehozásához szükséges JScript fájlt (File/Run Scripts) !

- Váltson a Sketching fülre és kösse össze az egyenes szakaszokat!

- A Sketch tulajdonság paneljén a Constrains gombra kattintva válassza ki az Automatic Constrains eszközt és ellenőrizze a beállításokat: Global: OFF, Cursor: ON.

- Hozza létre a körívet a középpont centrum + 2 pont megadásával!

- Rögzítse az x tengelyre eső egyenes szakaszt Constraints/Fixed paranccsal!

- Adja meg a méreteket Dimension/Semi-Automatic paranccsal!

- Próbálja ki egyes modellparaméterek működését Dimension/Animate paranccsal!

- A méretek közül, a tulajdonság panelen lévő választódobozok bekapcsolásával publikálja a cső sugarát (Rcso), mérőperem mélységét (Sperem) és a lekerekítési sugarat (Rbe), közben megadva a megfelelő neveket is! Ne használjon ékezetes betűket!

- Térjen vissza Modeling módba, kattintson Sketch1-re a Tree Outline-on (ezzel kijelölte), majd válassza a Concept menüben a Surface From Sketches parancsot! A Basic Object-nél nyomja meg az Apply gombot, ezzel kiválasztva a Sketch-et a felület alapobjektumaként!

- Nyomja meg a Generate gombot!

- Zárja le a Design Modeller ablakát majd mentse el a projektet a Workbench-ben!

FIGYELEM! ANSYS-FLUENT projektek esetében nem szabad ékezetes betűket használni sem a projekt fájl elérési útjában, sem pedig a projekt fájl nevében, mert ez a későbbiekben beolvasási hibát okoz.

Hálógenerálás

- Indítsa el a Workbench Mesher-t a Project Schematic Mesh elemén jobbklikk, Edit-el!

- OK gombban fogadja el a Meshing Options ablak tartalmát!

- Állítsa be az alapháló méretét a Mesh tulajdonságai között: Max Face Size = 0.001 m és Max Size = 0.001 m.

- Az Outline Mesh elemére jobklikkelve válassza az Insert parancsot és szúrjon be hálósűrítés kontrolt Sizing választásával! Ennek részletei közül adja meg a Geometry-nél a mérőperem legbelső sarokpontját, ehhez először a (zöld színű) kijelölő eszközök közül kell a pont eszközt választania. Ezt követően a Sphere Radius-nál adjon meg 0.008 métert, az Element Size paraméternél pedig adjon meg 0.0005 métert!

- Kattintson a Mesh objektumra, nyomja meg az Update gombot, majd ellenőrizze az elkészített hálót!

- Válassza ki az élek kiválasztására szolgáló eszközt, majd a modell megfelelő éleit kijelölve, jobb klikkel hozza létre az alábbi három Named Selection-t (rendre: belépés, tengely, kilépés) ügyelve arra, hogy az elnevezések pontosak legyenek:

Velocity_inlet,

Axis,

Pressure_outlet.

(Semmiképpen se használjon ékezetes betűket!)

- Update gombbal frissítse a hálót, majd zárja le a hálózó ablakát!

A fizikai modell és a numerikus megoldó paraméterezése

- A Projekt Schematic Setup elemén jobbklikk + Edit-el indítsa el a FLUENT-et!

- Tengelyesen szimmetrikusnak tekintjük a geometriát. Az oldalsó menüben állítsa be: Problem Setup/General/2D Space = Axisymmetric

- Ellenőrizze a hálót: Mesh/Check (Ellenőrizze, hogy nem ír-e ki hibákat a szöveges ablakba!)

- Válasszon Realizable k-epszilon turbulencia modellt: Models/Viscous/k-epsilon/k-epsilon Model = Realizable

Figyelem! FLUENT-ben a numerikus értékek megadásakor, a nemzetközi beállításoktól függetlenül, mindig TIZEDESPONTOT kell alkalmazni.

- A Material menübe betekintve láthatjuk, hogy levegő (Air) az alapértelmezett folyadék. Hagyjuk meg az alapértelmezett beállítást!

- Adja meg a belépő sebességet: Boundary Conditions/velocity_inlet:

Velocity Magnitude: 10 m/s

- Ugyanebben a párbeszédpanelben írja elő a turbulencia modell belépő peremfeltételeit a kialakult csőáramlásra jellemző átlagértékek használatával:

Turbulence Specification Method: Intensity and Hydraulic Diameter

Turbulent Intensity: 10%,

Hydraulic Diameter: 0.02 m.

- Válassza a magasabb rendű sémát a fluxusok diszkretizálására! Solution Method:

Momentum = Second Order Upwind,

Turbulent Kinetic Energy = Second Order Upwind,

Turbulent Dissipation Rate = Second Order Upwind.

- Inicializálja a megoldást: Solution Initialization.

- Futtassa a számítást: Number of Iterations = 1000, Calculate!

Eredmények kiértékelése

- Határozza meg a belépő nyomás felületi átlagát és publikálja az eredményt paraméterként: Report/Surface Integrals:

Report Type = Area-Weighted Average,

Field Variable = Pressure, (ami statikus túlnyomást jelent)

Surfaces = Velocity_inlet,

Compute,

Save Output Parameter = "DeltaP".

Ismét indítsa el a futtatást, amennyiben megjelenik egy kérdés a módosítások megtartásáról, válassza a „keep changes” opciót (alsó sor)!

Mentse el a projektet a FLUENT felső eszközsorában a mentés ikonra kattintva!

- FLUENT-ben vagy a FLUENT ablak lezárását követően CFDpost-ban jelenítse meg az alábbi jellemzőket:

Áramvonalak

Statikus nyomás megoszlása kontúr grafikon.

Nyomás megoszlása kontúr grafikon.

Nyomásmegoszlás a szimmetria tengelyen és a külső falon.

Paraméteres futtatások

- A Workbench paraméter táblázatában két újabb tervezési pont felvételével végezze el a nyomásesés kiszámítását:

Rbe = 1.5 mm,

Rbe = 2 mm.