Характеристики во FlowVision: полное руководство - Пример использования

Содержание материала

Пример использования Характеристик на учебном примере Смесителя

Рассмотрим основные возможности на простом примере из типовых примеров FlowVision – а именно, на примере задачи о смесителе. Данный готовый проект подробно расписан в документации FlowVision в разделе Быстрый старт.

В данной задаче имеется два входа, один - с холодной водой, другой - с горячей, а выход располагается наверху смесителя. Для двух входов задаются граничные условия – нормальная массовая скорость, а на выходе из смесителя – нулевое полное давление. Для того чтобы точно сказать, что задача сошлась и вышла на стационарное решение, необходимо отследить динамику изменения переменных во времени, и если они не изменяются со временем, то расчёт можно останавливать. В данной задаче разумно отслеживать среднюю скорость и температуру на выходе из смесителя. Также полезным будет отследить баланс расхода и убедиться, что наша Фаза нигде не “вытекает”, и количество жидкости, внесенное в расчётную область, равно количеству жидкости, которое из нее выходит. Все это мы осуществим с помощью Характеристик.

Не будем рассчитывать уравнения для описания турбулентности. Выбранная сетка - 20х20х20, шаг по времени – 0.01 сек.

Для начала нужно создать три Супергруппы -  Супергруппа на “Вход горячий”, Супергруппа на “Вход холодный”, Супергруппа на “Выход”.  Делаем это по соответствующим Граничным условиям.

Затем для каждой Супергруппы создаем Характеристики по интересующим нас переменным. Для обоих входов создадим по две Характеристики: давление и скорость. Для Супергруппы на “Выход” создадим Характеристики давления, скорости, и температуры.

Еще одно применение Характеристик – расчёт вторичных переменных по формулам, которые задаются пользовательскими переменными. Разберём пример, как это делается, добавив Характеристику, в которой будет содержаться результат расчёта разности расхода на выходе из смесителя и расходов на горячем и холодном входе. Для этого создадим пользовательскую переменную во вкладке ПреПостПроцессора. Назовем эту переменную “Разность расходов” и формулой зададим ее значение.

Затем необходимо создать на объекте Супергруппа на “Выход” Характеристику, в окне ее свойств в графе Переменная > Категория выберем “Пользовательские переменные”, а в графе Переменная > Переменная выберем нашу созданную переменную “Разность расходов”.

Далее переходим во вкладку Солвер > Условия останова > Пользовательские величины и создаем 7 критериев останова. В окне свойства каждого Критерия останова устанавливаем соответствующий объект – Характеристику, по которой будут производиться расчеты.

Для расчета скоростей на выбранных ГУ в графе переменная следует выбрать <f пов.>, что означает вычисление средней по поверхности величины переменной. Для расчета средней температуры на выходе - действия аналогичны. О дополнительных возможностях FlowVision и назначении других пунктов графы переменная (таких, как <f масса+>, <f масса->, Станд.отклонение, Тепловой поток [Вт] и другие) - более подробно описано в документации

В итоге получим такие критерии останова:

На этом подготовка расчета завершена. После запуска расчета все эти величины можно отслеживать в Окне мониторинга. 

Можно выбрать нужную переменную, и следить только за ее значением. К примеру, рассмотрим график изменения средней температуры на выходе от времени


Проанализировав данный результат, можно сделать выход о том, что задача вышла на квазистационарное решение уже на 1.2 секунде, а средняя температура на выходе – около 35 градусов.
А скорость на выходе стабилизировалась только на 2.4 секунде, и примерно равняется 2.9 м/с: 

Баланс массовых расходов в начале немного отличался от нуля, но уже на 0.6 секунде выровнялся и колеблется около нуля:

Результирующие графики имеют неустановившийся характер. Это связано с тем, что при постановке задачи был выбран большой шаг по времени и грубая сетка.
В данной задаче для того, чтобы достичь полной сходимости, необходимо измельчить сетку и уменьшить шаг по времени, тогда значения Характеристик со временем примут постоянное значения.

Обратите внимание на изменение средней температуры в выходном сечении после внесенных изменений (на 6.5 секунде была измельчена сетка и уменьшен шаг по времени).
Задача полностью стабилизировалась, уже на 7 секунде значение средней температуры вышло на постоянное значение.

Об авторе
Author: Сергей Степанов
Инженер технической поддержки
Экспертиза в областях: CFD, теплофизика.