dam break tutorial (greek)
DESCRIPTION
A Dam break calculation tutorial using commercial solver ANSYS Fluent 13.0TRANSCRIPT
ΕΙΑΓΩΓΗ ΣΟ ΛΟΓΙΜΙΚΟ ANSYS
FLUENT 13.0
1. Dam Break Tutorial
Δημήτριος Κ. Φυτανίδης
Πολιτικός Μηχανικός MSc
Υποψήφιος Δρ Μηχανικός Δ.Π.Θ.
Ξάνθη 2011
ΔΗΜΟΚΡΙΣΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗ
ΠΟΛΤΣΕΦΝΙΚΗ ΦΟΛΗ
ΣΜΗΜΑ ΠΟΛΙΣΙΚΩΝ ΜΗΦΑΝΙΚΩΝ
ΣΟΜΕΑ ΤΔΡΑΤΛΙΚΩΝ ΈΡΓΩΝ
ΔΠΜ “ΤΔΡΑΤΛΙΚΗ ΜΗΦΑΝΙΚΗ”
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
2
Όλες οι εικόνες και τα λογότυπα ANSYS, ANSYS Fluent, ANSYS Design
Modeler και ANSYS Meshing τυγχάνουν πνευματικών δικαιωμάτων της
ΑNSYS Canonsburg, Pennsylvania, U.S.A.
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
Dam Break Tutorial 3
Tutorial: Dam Break (2D)
Συνοπτικό Θεωρητικό Υπόβαθρο Προβλήματος το παρακάτω Tutorial γίνεται χρήση του πολυφασικού μοντέλου Volume
of Fluid (VOF), προκειμένου να αναλυθεί η δύο διαστάσεων διόδευση
πλημμυρικού κύματος1.
Κατά την προσομοίωση θα επιλυθούν:
1. Οι εξισώσεις ορμών (Εξισώσεις Navier-Stokes):
ρu
ρu u p τ ρgt
όπου ρ η πυκνότητα, u η ταχύτητα, p πίεση, τα η διατμητική τάση, και g η
επιτάχυνση της βαρύτητας
2. Η εξίσωση της συνέχειας:
(ρu)ρu 0
t
3. Η εξίσωση μεταφοράς, για τον υπολογισμό του ογκομετρικού
κλάσματος (volume fraction) της δευτερεύουσας φάσης (νερό):
1 Για καθαρά εκπαιδευτικούς λόγους η ροή θεωρείται στο παρόν παράδειγμα στρωτή
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
4
w
wα α u 0t
Σέλος, ο υπολογισμός του ογκομετρικού κλάσματος της κύριας φάσης
(αέρας) γίνεται με χρήση της παρακάτω εξίσωσης
w airα α 1
όπου, αw και αair είναι το κλάσμα του όγκου για το νερό και τον αέρα,
αντίστοιχα.
Για το ογκομετρικό κλάσμα του νερού αw, είναι πιθανές οι τρεις παρα-
κάτω συνθήκες:
1. αw=1: όταν ο όγκος αποτελείται εξολοκλήρου από την φάση του
νερού.
2. αw=0: όταν ο όγκος αποτελείται εξολοκλήρου από την φάση του
αέρα.
3. 0<αw<1: όταν όγκος αποτελείται και από ύδωρ και από αέρα
(“ελεύθερη επιφάνεια”).
χήμα 1. Φρήση μοντέλου VOF για την πρόβλεψη της ελεύθερης
επιφάνειας
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
Dam Break Tutorial 5
Setup and Solution με χρήση του λογισμικού Fluent
Κατασκευή 2D Γεωμετρίας 1. Πραγματοποιείται δεξί κλικ στην επιλογή “Geometry”, επιλέγεται η
επιλογή “Properties” και στο menu που εμφανίζεται επιλέγεται 2D
στο Analysis Type
2. Πραγματοποιείται εκκίνηση του υποπρογράμματος Design Modeler
μέσω της επιλογής “Geometry” και στο μενού που εμφανίζεται
επιλέγεται ως μονάδα μέτρησης το Meter και η επιλογή “OK”
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
6
3. το menu Tree outline επιλέγεται η καρτέλα “Sketching” και στην
συνέχεια με αριστερό κλικ στον άξονα των z στο παράθυρο
Graphics επιλέγεται το επίπεδο X-Y
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
Dam Break Tutorial 7
Με χρήση της επιλογής “Line” είναι δυνατή η σχεδίαση οριζοντίων,
καθέτων και τυχαίας κλίσης ευθειών.
1
2
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
8
Κατά την σχεδίαση οριζόντιων και κατακόρυφων ευθειών εμφανίζονται
τα γράμματα “H” (Horizontal) και “V” (Vertical) αντίστοιχα. Ενώ, για τις
ευθείες τυχαίας γωνίας δεν εμφανίζεται κάποιο αντίστοιχο γράμμα.
4. Με χρήση οριζοντίων (Η) και καθέτων (V) ευθειών κατασκευάζεται
η παρακάτω γεωμετρία2
2 Σε αυτό το ςτάδιο δημιουργείται η εννοιολογική αναπαράςταςη και δεν είναι αναγκαίοσ ο
ςχεδιαςμόσ ςε κλίμακα. Οι διαςτάςεισ τησ τελικήσ γεωμετρίασ θα οριςτοφν παρακάτω.
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
Dam Break Tutorial 9
Με χρήση των επιλογών “Horizontal” και “Vertical” μπορούν να οριστούν
οι διαστάσεις της υπό προσομοίωσης γεωμετρίας.
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
10
Ο τελικός ορισμός των διαστάσεων γίνεται από το menu “Details View”
Σροποποιώντας τις διαστάσεις όπως φαίνονται στον παρακάτω πίνακα
Διάσταση Μήκος (m)
H1 10
H2 20
V3 20
V5 25
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
Dam Break Tutorial 11
5. Αφού πραγματοποιηθεί επιστροφή στην καρτέλα “Modeling”
επιλέγεται από το menu “Concept” επιλέγεται “Lines From
Sketches”
1
2
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
12
6. Επιλέγεται το “Sketch1” και στην συνέχεια “Apply”
7. Πραγματοποιείται δεξί κλικ στην Επιλογή “Line1” και
στην συνέχεια “Generate”
8. Από το menu “Concept” επιλέγεται “Surfaces From
Edges”
1
2
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
Dam Break Tutorial 13
9. Επιλέγονται με χρήση του πλήκτρου Ctl και αριστερό
κλικ οι παρακάτω ακμές (edges) και στην συνέχεια
“Apply”
10. Πραγματοποιείται δεξί κλικ στην Επιλογή “Surf1” και
στην συνέχεια “Generate”
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
14
11. Από το menu “Concept” επιλέγεται “Surfaces From
Edges”
12. Επιλέγονται με χρήση του πλήκτρου Ctl και αριστερό
κλικ οι παρακάτω ακμές (edges) και στην συνέχεια
“Apply”
13. Πραγματοποιείται δεξί κλικ στην Επιλογή “Surf2” και
στην συνέχεια “Generate”
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
Dam Break Tutorial 15
14. Ανοίγεται το διάγραμμα “3 Parts, 3 Bodies”, επιλέγονται
τα δύο αντικείμενα “Surface Body” και στην συνέχεια
επιλέγεται με δεξί κλικ “Form New Part”
Σο τελικό αποτέλεσμα είναι όμοιο με το παρακάτω:
15. Από το διάγραμμα “3 Parts, 3 Bodies”, επιλέγεται το
αντικείμενο “Line Body” και στην συνέχεια επιλέγεται
με δεξί κλικ “Suppress Body”
16. Πραγματοποιείται έξοδος από το υποπρόγραμμα
Design Modeler (DM)
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
16
Κατασκευή 2D Υπολογιστικού Δικτύου
1. Πραγματοποιείται εκκίνηση του προγράμματος “Meshing”
2. Επιλέγεται “Sizing” από το menu “Mesh” και την επιλογή “Insert”
Με χρήση του menu είναι δυνατή η επιλογή:
ημείων (Vertex)
Ακμών (Edge)
Επιφανειών (Face)
Όγκου (Body)
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
Dam Break Tutorial 17
3. Με χρήση του εργαλείου επιλογής ακμών επιλέγονται οι
παρακάτω ακμές
4. Αφού συμπληρωθούν τα παρακάτω στοιχεία επιλέγεται “Apply”
5. Επιλέγεται “Mesh” στο διάγραμμα και στην συνέχεια
συμπληρώνονται οι παρακάτω επιλογές
1
2
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
18
6. Με δεξί κλικ στην επιλογή “Mesh” επιλέγεται “Generate Mesh”
7. Με χρήση του εργαλείου επιλογής ακμών επιλέγονται οι
παρακάτω ακμές, στην συνέχεια με δεξί κλικ επιλέγεται “Create
Named Selection” και στο παράθυρο που εμφανίζεται
συμπληρώνεται η λέξη “Wall” και επιλέγεται “OK”
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
Dam Break Tutorial 19
8. Με χρήση του εργαλείου επιλογής ακμών επιλέγονται οι
παρακάτω ακμές, στην συνέχεια με δεξί κλικ επιλέγεται “Create
Named Selection” και στο παράθυρο που εμφανίζεται
συμπληρώνεται η λέξη “Pressure-Outlets”3 και επιλέγεται “OK”
3 Προτείνεται η μη χρήση κενού καθώς και Ελληνικών χαρακτήρων στον ορισμό των Οριακών
υνθηκών (Ο.Ρ.)
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
20
9. Με χρήση του εργαλείου επιλογής όγκων επιλέγεται οι
παρακάτω όγκος, στην συνέχεια με δεξί κλικ επιλέγεται “Create
Named Selection” και στο παράθυρο που εμφανίζεται
συμπληρώνεται η λέξη “Patch-Volume” και επιλέγεται “OK
10. Με χρήση του εργαλείου επιλογής όγκων επιλέγεται οι
παρακάτω όγκος, στην συνέχεια με δεξί κλικ επιλέγεται “Create
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
Dam Break Tutorial 21
Named Selection” και στο παράθυρο που εμφανίζεται
συμπληρώνεται η λέξη “Air-Volume” και επιλέγεται “OK
11. Πραγματοποιείται έξοδος από το υποπρόγραμμα
“Meshing”
Set Up για 2D Dam Break ανάλυση με χρήση του
λογισμικού Fluent
1. Πραγματοποιείται εκκίνηση του “Fluent”
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
22
2. το παράθυρο που εμφανίζεται επιλέγεται OK
3. το περιβάλλον εργασίας του ANSYS Fluent και στην καρτέλα
“General” επιλέγεται “Check”
Παρατηρείται ότι στο Command Line του Fluent εμφανίζονται οι
παρακάτω πληροφορίες:
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
Dam Break Tutorial 23
4. το περιβάλλον εργασίας του ANSYS Fluent και στην καρτέλα
“General” επιλέγεται “Report Quality”
Παρατηρείται ότι στο Command Line του Fluent εμφανίζονται οι
παρακάτω πληροφορίες:
5. υμπληρώνονται οι παρακάτω πληροφορίες για τον επιλυτή
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
24
6. Επιλέγεται το πολυφασικό μοντέλο VOF από το υπόmenu
Multiphase του menu Models
Εκτός από το μοντέλο VOF ενεργοποιείται και η επιλογή “Implicit
Body Force”
7. Από το menu Define επιλέγεται Materials και στην συνέχεια η
επιλογή Create/Edit και στο παράθυρο που εμφανίζεται επιλέγεται
Fluent Database
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
Dam Break Tutorial 25
8. το παράθυρο που εμφανίζεται επιλέγεται “water-liquid(h2o<l>)”
και στην συνέχεια “OK”
9. Από το menu Define επιλέγεται Phases και στην συνέχεια η επιλογή
Edit, έχοντας επιλεγμένο το “phase-1-Primary Phase”
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
26
10. το παράθυρο που εμφανίζεται επιλέγεται ο αέρας ως κύρια φάση
και μετά επιλέγεται “OK”
11. στην συνέχεια έχοντας επιλεγμένο το “phase-2-Secondary Phase”,
επιλέγεται Edit και στην συνέχεια επιλέγεται το νερό ως
δευτερεύουσα φάση
12. Από το menu Define επιλέγεται Operating Conditions και στην
συνέχεια η επιλογή
13. το παράθυρο που εμφανίζεται συμπληρώνεται η “Specified
Operating Density”4
4΄ ως Specified Operating Density στο μοντέλο Volume of Fluid πρέπει να ορίζεται η
πυκνότητα του ελαφρύτερου ρευστού που συμμετέχει στην προσομοίωση
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
Dam Break Tutorial 27
14. Από το menu Solve επιλέγεται Methods και στην συνέχεια η
συμπληρώνονται οι παρακάτω επιλογές5
5 Η μέθοδος PISO προτείνεται για Transient analysis
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
28
15. Από το menu Solve επιλέγεται Initialization και στην συνέχεια η
επιλογή Initialize
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
Dam Break Tutorial 29
16. Επιλέγεται Patch και το παράθυρο που ανοίγει συμπληρώνεται με
τις παρακάτω επιλογές. Έπειτα, έχοντας επιλεγμένο τον όγκο στον
οποίο θέλουμε να προσθέσουμε αρχικά νερό (patch-volume) καθώς
και την επιλογή Volume Fraction επιλέγεται Patch
17. Από το menu Solve επιλέγεται Initialization και στην συνέχεια η
επιλογή “Run Calculation” και στην συνέχεια αφού συμπληρωθεί η
εμφανιζόμενη καρτέλα με τα δεδομένα που φαίνονται παρακάτω
επιλέγεται “Calculate”
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
30
18. Από το menu “Display” επιλέγεται “Graphics and Animations” και
στην συνέχεια η επιλογή “Contours” και “Set Up”
19. το παράθυρο που εμφανίζεται επιλέγονται οι παρακάτω επιλογές
και “Display”
Δημήτριος Κ. Υυτανίδης
Dam Break Tutorial 31