2D постановка во FlowVision 3.12.02

Содержание материала

Опытные пользователи FlowVision точно знают о приёме с использованием удалённой нерасчётной подобласти при задании адаптации в 2D расчёте. Этот замысловатый подход позволяет отключить адаптацию по одному из координатных направлений, и тем самым сохранить по толщине расчётной области 1 ячейку. Несмотря на запутанность, приём работает - помогает существенно сэкономить расчётную сетку в двумерном проекте.

Во FlowVision 3.12.02 опция по заданию двумерности встроена в интерфейс, и теперь проект с 2D адаптацией создается с помощью 1 клика мыши. В дополнение, стал удобнее алгоритм создания двумерных секторных постановок.

Вы можете убедиться в этом сами! В этой статье, как раз, речь пойдёт о том, почему важно в начале решения задачи проводить моделирование в 2D постановке, а не стараться сразу решать 3d задачу.


Типовые случаи использования 2D постановки

На первый взгляд может показаться, что 2D расчёт противоречит законам физики трёхмерного пространства, в котором существуем и мы, и все окружающие нас объекты и явления. Но это не совсем так: двумерная постановка просто исключает распространение возмущений в одном из координатных направлений. Конечно, это искажает полноценную картину результатов, но вполне подходит для получения оценочных значений. Поэтому начинать работу над сложным проектом рекомендуется именно с двумерной постановки. 

Вы даже не представляете, насколько можно упростить себе жизнь, начав решение сложной 3d задачи с моделирования в двумерной постановке! 

Тем более, что практически любая задача может быть упрощена и на начальном этапе представлена в двумерной постановке. Очень много примеров разнообразных двумерных постановок вы найдёте в самоучителе по FlowVision. Но если вы столкнётесь со сложностями при упрощении вашей задачи до 2D постановки - обращайтесь в техническую поддержку (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.), мы вам поможем. А пока расскажем о трёх причинах, почему важно использовать двумерные расчёты в процессе решения любой задачи.

1. Решение верификационной задачи

Верификация преследует две цели: 

  • оценить возможности CFD пакета для решения конкретного класса задач
  • выбрать подходящие настройки CFD солвера

Обычно верификационные данные основываются или на реальном эксперименте (на выходе из которого - визуализационные картины и данные в конкретных точках пространства) или на численном эксперименте (в котором такие же, как и вы, пользователи проводят 2D расчёты). Поэтому для экономии времени и вычислительных ресурсов этап верификации можно успешно пройти и на "дешёвом" 2D проекте.

2. Проведение исследования сходимости по сетке и шагу

Речь пойдёт про важнейший этап расчёта (от него зависит объективность полученных далее результатов!) и самый ресурсозатратный. Мы уже писали, как правильно проводить исследование сходимости. Но если кратко, то для поиска сетки и шага потребуется провести, в среднем, 6 - 10 расчётов. И проще сделать это на двумерном аналоге реальной задачи. Вы не только быстрее найдете оптимальную сетку и шаг (даже с учётом того, что 1 - 2 расчёта будет проходить при избыточно мелкой сетке и шаге), но и оперативно сможете оценить влияние локального измельчения сетки.

3. Моделирование условно двумерных процессов

Например, это течение очень вязкой жидкости, при моделировании которого течением в поперечном направлении можно пренебречь (из-за большой инерционности вязкой среды). Другой пример - моделирование поперечного обтекания сильно вытянутых тел: в каждом поперечном сечении таких тел течение будет одинаково, поэтому можно не усложнять постановку, а исследовать только одно 2D сечение.  


новый способ задания двумерности - "2D направление"

Начиная с версии FlowVision 3.12.02 двумерность в проекте можно задать с помощью опции "2D направление", которая находится в свойствах элемента начальная сетка

2d direction location

При выборе 2D направление = Нет, двумерность в проекте отключена. В этом случае количество ячеек задается вручную, и при адаптации, каждая ячейка будет разбиваться на 2 части в каждом координатном направлении. То есть, указав 1 ячейку вдоль направления, вы создадите 2D проект. Но что после применения адаптации, двумерность будет потеряна, и из-за этого существенно возрастёт количество расчётных ячеек. А нам хотелось бы этого избежать, поэтому... 

При указании направления для 2D (Х, Y или Z)*, вдоль него устанавливается 1 ячейка расчётной сетки автоматически. И это значение сохраняется на протяжении расчёта и не зависит от адаптации сетки. Отметим сразу, что при использовании опции "2D направление" не надо менять критерий малости ячеек с абсолютного на относительный, как  раньше. 

2d direction Z

* - можно задать только одно 2D направление

Особенности задания двумерности проекта

Рассмотрим особенности настройки двумерности для двух типов геометрической постановки: плоской и секторной. 


plane sectorПримеры плоской (обтекание куба) и секторной (обтекание сферы) постановок с двумерностью по Z направлению

Плоская 2D постановка
  • Тип ГУ на перпендикулярных 2D направлению гранях: симметрия, стенка, связанное граничное условие.
  • Размер модели вдоль 2D направления: нет ограничений. Ячейка по толщине модели может быть любой по отношению к размерам в других направлениях: как узкой, так и, наоборот, очень вытянутой.
  • Ориентация модели в пространстве: нормаль к каждой фасетке геометрии должна быть либо параллельна, либо перпендикулярна заданному 2D направлению. Это значит, что самая узкая грань (обычно вдоль неё задаётся 1 расчётная ячейка в толщину) должна быть строго параллельна выбранному 2D направлению. 

plane

При использовании опции "2D направления" критерий малости ячеек остаётся абсолютным по умолчанию

Относительный критерий малости необходимо использовать только при решении задач обледенения (Ограничители фазы "Лёд" > Маленькие ячейки = Относительный). Так как ледяная фаза образуется постепенно и с помощью маленьких по размеру ячеек, то, чтобы предотвратить их слитие в одну, необходимо использовать относительный критерий малости, во всех остальных случаях - используйте абсолютный. 

Секторная 2D постановка

Двумерная cекторная постановка моделируется только с помощью опции "2D направление".

  • Тип ГУ на перпендикулярных 2D направлению гранях: симметрия или связанное граничное условие.
  • Размер модели вдоль 2D направления: ограничение на величину для угла раствора сектора (β): β ⩽ 10 град.
  • Ориентация модели в пространстве: ось симметрии сектора должна быть строго перпендикулярна 2D направлению.

sector

При моделировании секторной 2D постановки необходимо задать "2D направление" и абсолютный критерий малости ячеек


Двумерный проект без 2D направления

В некоторых случаях при создании двумерного расчёта можно не использовать опцию "2D направление".

случай 1 - Двумерный проект без адаптации

2D направление создано как замена неудобному приёму, помогающему сэкономить расчётную сетку при адаптации в двумерном проекте. Если вы не планируете использовать адаптацию сетки, то можно и не включать "2D направление". Однако, если на некотором этапе решения задачи адаптация сетки всё-таки потребуется и вы заходите включить "2D направление", то запустить расчёт можно будет только с нуля. К сожалению, FlowVision не сможет запустить расчёт на продолжение, так как изменятся принципиальные настройки сетки.

случай 2 - Двумерный проект из предыдущей версии

Плоские и секторные двумерные проекты из предыдущих версий успешно считаются и во FlowVision 3.12.02. Для этого не надо задавать 2D направление и вносить какие-либо изменения в проект. Можно по старинке использовать приём с нерасчётной удалённой подобластью или задавать 1 расчётную ячейку вдоль выбранного вами направления. Но крайне приветствуется, если вы переделаете прежний двумерный проект на новый - об этом следующий пункт.

Переделываем 2D проект из ранних версий Flowvision

Почему мы рекомендуем заменить приём с удалённой подобластью на "2D направление"?
  1. Решателю станет немного проще воспринимать двумерные проекты с постановкой через "2D направление". "2D направление" - это всё-таки часть программного кода FlowVision, а не дополнительный приём, придуманный людьми. 
  2. Применение абсолютного критерия малости ячеек позволяет получить более устойчивое решение, особенно для задач с VOF. В любой непонятной ситуации лучше использовать абсолютный критерий малости маленьких ячеек, чем относительный. 
  3. Эстетический, но не менее важный критерий: проект без удалённой подобласти выглядит аккуратнее.

Чтобы переделать двумерный проект из ранних версий и посчитать его во FlowVision 3.12.02 необходимо выполнить всего три шага: 

Шаг 1: удалить нерасчётную подобласть

step1

Шаг 2: задать "2D направление" в окне свойств начальной сетки 

step2

Шаг 3: установить абсолютный критерий малости ячеек в фазовых ограничителях 

step3  

Пути решения проблем при задании 2D направления

warningЕсли при задании 2D направления для двумерного расчёта появилось предупреждение, то:

  1. проверьте, что геометрия удовлетворяет критериям двумерности FlowVision.
    - повернуть геометрическую модель можно с помощью трансформирования геометрии (Регион > Трансформировать геометрию > Вращение)
    - держите в уме, что в программе предусмотрены ограничения для секторной постановки: на угол раствора сектора (β ⩽ 10 град) и на ГУ, задаваемые на пересекающих 2D направление гранях (симметрия и связанный)

  2. повысьте точность импорта геометрической модели из CAD программы. Возможно, что геометрия имеет очень грубое сеточное представление, и не все фасетки удовлетворяют критериям двумерности.

  3. сообщите о вашей проблеме в техническую поддержку (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.). Не забудьте приложить "проблемную" геометрическую модель!

Краткое резюме по статье 

  1. Двумерная постановка упрощает процесс отладки проекта в самом начале моделирования сложного процесса. Задачи верификации и исследования сходимости решения рациональнее производить именно в двумерной постановке, а моделирование некоторых процессов и вовсе можно не утяжелять 3d расчётом. 

  2. Во FlowVision 3.12.02 на смену приёму с удалённой нерасчётной подобластью пришёл новый способ задания двумерности. Нерасчётная удалённая подобласть - это промежуточный приём, придуманный инженерами-расчётчиками. А теперь существует программное решение - "2D направление"

  3. Вместе с использованием 2D направления всегда используйте абсолютный критерий малости ячеек, заданный по умолчанию (Ограничители для расчёта > Фазовые ограничители > Маленькие ячейки = Абсолютный). 

  4. Для плоских и секторных 2D постановок приём с нерасчётной подобластью продолжает работать. Но мы очень рекомендуем переделать 2D проекты из прошлых версий в новую - с использованием "2D направления". Это позволит получить более устойчивое решение (так как будет использоваться абсолютный критерий малости ячеек, а не относительный, как раньше), и в целом проект будет выглядеть аккуратнее.

 

Об авторе
Наталья Александрова
Author: Наталья Александрова
Инженер технической поддержки
МГТУ им. Н.Э. Баумана. Экспертиза в областях: CFD, аэродинамика.

теги: