dam break tutorial (greek)

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.


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


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



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”


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



Με χρήση της επιλογής “Line” είναι δυνατή η σχεδίαση οριζοντίων,

καθέτων και τυχαίας κλίσης ευθειών.

1

2


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.



Με χρήση των επιλογών “Horizontal” και “Vertical” μπορούν να οριστούν

οι διαστάσεις της υπό προσομοίωσης γεωμετρίας.


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



5. Αφού πραγματοποιηθεί επιστροφή στην καρτέλα “Modeling”

επιλέγεται από το menu “Concept” επιλέγεται “Lines From

Sketches”

1

2


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



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



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




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)


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)



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


18

6. Με δεξί κλικ στην επιλογή “Mesh” επιλέγεται “Generate Mesh”


παρακάτω ακμές, στην συνέχεια με δεξί κλικ επιλέγεται “Create

Named Selection” και στο παράθυρο που εμφανίζεται

συμπληρώνεται η λέξη “Wall” και επιλέγεται “OK”




παρακάτω ακμές, στην συνέχεια με δεξί κλικ επιλέγεται “Create


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.)


20

9. Με χρήση του εργαλείου επιλογής όγκων επιλέγεται οι

παρακάτω όγκος, στην συνέχεια με δεξί κλικ επιλέγεται “Create


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




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”


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:



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


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



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”


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



14. Από το menu Solve επιλέγεται Methods και στην συνέχεια η

συμπληρώνονται οι παρακάτω επιλογές5

5 Η μέθοδος PISO προτείνεται για Transient analysis


28

15. Από το menu Solve επιλέγεται Initialization και στην συνέχεια η

επιλογή Initialize



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”


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”

dam break tutorial (greek)

Documents