Egy konyhai elszívó ernyő hatásosságát vizsgáljuk meg. A berendezés rendeltetése, hogy a tűzhelyen keletkező meleg levegőt (és füstöt) minél inkább eltávolítsa a helyiségből. A jelenséget időben előre haladó szimulációval elemezzük, az ernyő hatásosságát a hőmérséklet megoszlás alapján értékeljük. Az elemzés során meglehetősen durva hálót alkalmazunk, hogy a számítás a laborgyakorlat időkeretében végrehajtható legyen.
Geometria
· Használjon mm-es hosszegységet!
· Válassza ki az YZ koordinátasíkot!
· Futtassa le a Canopy.js szkriptet!
· Forgassa szembe a síkot: jobbklikk a koordináta síkon/Look at
· Váltson Sketching módba és kösse össze és méretezze be a rajzot az alábbi ábrának megfelelően, közben ügyeljen, az automatikus kényszerek helyességére:
V.1.ábra Az alappontokból kialakított vázlatrajz
· Hozza létre a szobát: Create/Primitives/Box: Diagonal: 5000,4000,2700
· Hozza létre az elszívóernyő térfogatát és vonja ki a szobából: Create/Extrude:
o Operation: Cut Mateal
o Depth: 2000
· Vágja ki az asztal térfogatát:
o Create/Primitives/Box
o Operation: Cut Material
o Diagonal Definition: 2000,700,900
· Vágja ki a légbevezető nyílás felületét:
o Create/Primitives/Box
o Operation: Imprint Faces
o Point 1: 0,3450,2700
o Diagonal: 5000, 150, 100
· A metszések előkészítéséhez fagyassza le a modellt: Tools/Freeze
· Készítsen egy újabb Sketch-et (Sketch2) az YZ koordináta síkon (az eszköztár alsó sorában található New Sketch parancsgomb felhasználásával) és váltson Sketcing módba!
· Duplikálja a Sketch1 jobb- és bal szélső függőleges éleit:
o Élek kijelölése
o Modify/Duplicate
o Jobbklikk/Duplicate Selection
· Készítsen egy, az ernyőt éppen magában foglaló téglalapot az iménti két függőleges élből úgy, hogy alsó és felső pontjaikat vízszintes vonalakkal összeköti!
· Vágja ki az ernyő belsejébe eső térrészt az alábbi módon:
o Create/Extrude
o Base Object: Sketch2
o Operation: Slice Material
o Extent Type: To Surface
o Target Face: válassza ki a kihúzott ernyő végének felületét (az x=2000 felületen)!
o Merge Topology: No
· Vágja ki továbbá az ernyőhöz közeli teret:
o Create/Primitives/Box
o Operation: Slice Material
o Diagonal: 2500, 1500, 2700
· Vágja ki a sütőt reprezentáló hőforrás térfogatát:
o Create/Primitives/Box
o Operation: Slice Material
o Point 1: 100,100,900
o Diagonal: 1800, 500, 75
· Készítsen egyetlen part-ot a létrejött 4 partból: 4 Body kiválasztása, jobbklikk/Form New Part.
· Mentse el a projektet és zárja le a Design Modeller ablakát!
Hálógenerálás
· Hozza létre az alábbi Named Selection-öket a rajzok szerinti felületeken és térfogatokon:
o Pressure_Inlet – Légbevezető nyílás.
o Velocity_inlet1 – Elszívás.
o Velocity_inlet2 – Légbefúvás az ernyőben.
o Wall2 – Az ernyő végén és tetején lévő lemezek.
o Fluid1 – A sütőt reprezentáló hőforrás térfogata.
o Fluid2 – A másik 3 térrész együtt. (Ügyeljen rá, hogy mindhárom ki legyen jelölve, ellenkező esetben szilárd térrész keletkezik a modellben.)
V.2.ábra Balra az elszívórács felülete; jobbra: lezárandó belső falak
V.3.ábra A légbefúvás felülete
V.4.ábra A mennyezeti légbevezetés felülete
V.5.ábra A szétválasztott folyadékzónák
· Kapcsolja ki az automatikus méretezést: Mesh/Sizing/Advanced Size Function: OFF
· Adjon meg méretet az ernyő belsejében lévő hálóra:
o Mesh/Insert/Sizing
o Geometry: Ernyő belsejének (body) kiválasztása,
o Element Size: 0.075m
· Alkalmazzon hexa hálót a távoli térrészek hálózására:
o Mesh/Insert/Method
o Geometry: Az "L" alakú térrész kiválasztása
o Method: Multizone
o Src/Trg selection: Manual source
o Source: Adja meg az „L” alakú térrész felső három felületét és a velük szemben lévő alsó („L” alakú) felületet.
· Alkalmazzon Patch Independent tetraéder hálót az ernyőhöz közeli térrészek hálózására (az előbbihez hasonló módon).
· Adjon meg hálóméretet ugyanerre a térrészre:
o Mesh/Insert/Sizing
o Geometry: Az "L" alakú térrész kiválasztása,
o Element Size: 0.15m
· Adjon meg hálóméretet a sütő térfogatára:
o Mesh/Insert/Sizing
o Geometry: A sütő térfogatának kiválasztása,
o Element Size: 0.075m
· Adjon meg hálóméretet az ernyőhöz közeli térre:
o Mesh/Insert/Sizing
o Geometry: A közeli térrész kiválasztása
o Element Size: 0.1m
· Generálja a hálót!
V.6.ábra A teljes háló (egy durvább változat)
V.6.ábra A háló egy metszeti képe
· Mentse el a projektet és zárja be a Workbench Meshert!
Hideg áramkép
· Indítsa el a FLUENT-et: Project Schematic/Setup/Edit
· Válassza ki az alkalmas turbulencia modellt: Model/Viscous/Edit: K-epsilon, Realizable
· Adja meg az elszívás sebességét: Boundary Conditions/Velocity_inlet1/Edit: Velocity Magnitude (m/s): -0.5
· Adja meg az ernyő befúvás sebességét: Boundary Conditions/Velocity_inlet2/Edit:
o Velocity Magnitude (m/s): 0.5
o Specification Method: Intensity and Hydraulic Diameter
o Turbulent Intensity: 10%
o Hydraulic Diameter: 0.01 m
· Válassza a pontosabb numerikus sémát: Solution Method:
o Momentum: Second Order Upwind
o Turbulent Kinetic Energy : Second Order Upwind
o Turbulent Dissipation Rate: Second Order Upwind
· Inicializálja a megoldást
· Számítsa ki az áramképet fűtés nélkül: Run Calculation/Number of Iterations=40, Calculate
· Jelenítse meg az áramvonalakat a sebesség nagysága szerint színezve, az alábbi módon:
V.7.ábra A mennyezeti légbevezetésből kiinduló áramvonalak
Meleg áramkép
· Kapcsolja be az energiaegyenlet megoldását: Model/Energy/Edit: bekapcsolni.
· Kérdezze le a sütőt reprezentáló hőforrás térfogatát: Report/Volume Integrals/Set Up:
o Report Type: Volume
o Cell Zone: Fluid1
· Kalkulálja ki a hőforrás intenzitását úgy, hogy a kibocsátott tőteljesítmény 5000 W legyen, majd állítsa be ezt az értéket a sütő térfogatában: Cell Zone Condotions/fluid1/Edit:
o Source Terms: bekapcsolni
o A Source Terms fülön: Energy: Edit
o Number of sources: 1
o Értéke: az imént kiszámított térfogati hőteljesítmény W/m3-ben.
· Válasszon egy hőmérsékletfüggő sűrűségmodellt:
o Material/air/Edit/Density: Incompressible-Ideal-Gas
o Change/Create
o Close
· A felhajtóerő működéséhez be kell kapcsolni a gravitációt:
o General/Gavity : bekapcsolni
o z(m/s2):=-9.81
· Időben előre haladó számítást fogunk végezni: General/Time/Transient.
· Ellenőrizze a termikus peremfeltételeket a befúvásoknál és a falakon!
· Csak a hőmérséklet mezőt inicializáljuk: Solution Initialization/Patch:
o Zones to Patch: mindkét folyadékzóna
o Variable: Temperature
o Value: 300 K
· Az energia egyenlethez is használja a pontosabb numerikus sémát: Solution Methods/Energy: Second Order Upwind
· Számítás közben figyelni szeretnénk a hőmérséklet profilt, ezért:
o Hozzon létre egy metszősíkot az x=1m síkban: Surface/Iso-Surface/Surface of Constant: Mesh, x-Coordinate, Iso-Value=1
o Jelenítse meg ebben a síkban a hőmérséklet megoszlást! (Egyelőre csak numerikus zaj látható.)
o Hozza létre az alábbi parancsot: Calculation Activities/Execute Command/Defined Commands=1, Active, When: Time Step, Command: disp cont temp 300 310
o Kapcsolja ki a reziduumok grafikus megjelenítését: Monitors/Residual/Edit: Options/Plot: kikapcsolni.
· Futtassa tovább a számítást:
o Time Step Size: 0.5 s,
o Number of Time Steps: 50
o Calculate
o A "Do not store ..." kérdésre adjon "Store..." választ!
V.8.ábra Hőmérséklet-eloszlás az ernyő középsíkjában
Kiértékelés
· Készítsen további ábrákat a hőmérséklet megoszlásról és az áramképről!
V.9.ábra Hőmérséklet szerint színezett áramvonalak