Книги, научные публикации
Pages: | 1 | ... | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ... | 11 | КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ИНЖЕНЕРНОЙ ПРАКТИКЕ Прочность, колебания COSMOSDesignSTAR Аэрогидродинамика и теплопередача Кинематика и динамика механических систем Оптимизация конструкций COSMOSWorks ...
-- [ Страница 4 ] --Если возникают проблемы с отображением результатов COSMOSFloWorks, возможно установленная графическая карта не поддерживает набор инструк ций Open GL, используемый в COSMOSFloWorks, или работает с ним некор ректно. Если включено аппаратное ускорение графики, попробуйте исполь зовать программное ускорение. Для этого в меню SolidWorks Ин струменты | Параметры, щелкните на пункте Качество изображения и выделите опцию Использовать программу OpenGL.
5.4.4. Интерфейс COSMOSFloWorks COSMOSFloWorks выполнен по стандартам SolidWorks, предполагающим высокую степень интеграции, интуитивно понятный интерфейс и легкость в управлении.
COSMOSFloWorks имеет следующие элементы управления: меню, в том чис ле и контекстное, Дерево анализа, панели инструментов.
Меню После установки программы, в списке приложений SolidWorks, вызываемом из меню Инструменты | Добавления, появляется новый пункт Ч COSMOS FloWorks. Если COSMOSFloWorks активизирован, то интерфейс SolidWorks меняется следующим образом:
Open GL Ч система трехмерной графики, используемая в SolidWorks.
Аэрогидродинамика и в главное меню SolidWorks добавляется пункт Works;
в меню ? добавляются пункты Help Topics (Справка по COSMOSFIoWorks) и About COSMOSFIoWorks (О COSMOSFIoWorks);
p..
. ' ХХ ХХХ ХХ:
' Х ' " "" '.. '....
.. - У Расчетная V сетка Initial Mesh... Сетка Х... Basic Mesh.
Mesh базовой Х проект Опции Расчетом Создать..
.
- ХХ Х Х..
Ч. Summary...
". Global.
Х.. цели. - цели данных условие ' Начальное.
Condition... средь Mesh..
Export to &.
;
Х. Вентилятор..
....
.
Х -. -.
" на Х Выбрать Х Х.
- Х. - Запуск на Х ХХ' Copy Image. ' к. картину, play Х In. - Х *.. :Х ' Х ' ' ', Re "..
Х 3D Ruler Х.
.
окна Слисок Pa вид....' Mi ' ''.
Момент Be сетки (Mm, картин.. параметры по " я Х..
Mesh Output параметры в ASCII-Файл " параметры в..
;
.
на е.
Reference параметры Рис. 5.23. Структура меню COSMOSFIoWorks 216 Глава в контекстное меню, вызываемое нажатием правой кнопки мыши на лю бой панели инструментов, добавляются панели инструментов COSMOS в окне задания параметров SolidWorks, вызываемом из меню Инструмен ты | Параметры, кнопка Посторонняя фирма вызывает окно COSMOS Options (Настройки COSMOSFloWorks).
Меню COSMOSFloWorks показано на рис.
Кроме того, после создания проекта COSMOSFloWorks в контекстном меню, вызываемом нажатием правой кнопки мыши на поверхности модели, активи зируются следующие пункты:
О Insert Boundary Condition (Вставить граничное условие);
Insert Surface Goals (Вставить поверхностную цель).
В режиме загруженных результатов задачи в контекстном меню, вызываемом нажатием правой кнопки в любой точке графической области, активи зируется пункт View Settings (Параметры просмотра).
Дерево анализа Дерево анализа (COSMOSFloWorks analysis tree) появляется сразу после соз дания проекта COSMOSFloWorks в левой части окна SolidWorks рядом с Ме неджером конфигураций. Дерево анализа является наиболее удобным и бы стрым способом постановки задачи, запуска на счет и просмотра результатов.
Функции, которые выполняет Дерево анализа для проведения анализа задачи в COSMOSFloWorks, сходны с функциями, которые выполняет Дерево кон струирования для создания детали в SolidWorks.
Объектом моделирования является форма. В SolidWorks форма определяется набором базовых элементов конструирования (основание, вырез, скругление, оболочка и т. д.), из которых, как из кирпичиков, строится та или иная гео метрическая конфигурация. Такая организация процесса моделирования по зволяет легко вносить изменения в существующую конфигурацию формы и делает сам процесс моделирования более наглядным. Работа с элементами конструирования осуществляется с помощью дерева конструирования FeatureManager. Объектом исследования COSMOSFloWorks является гидро газодинамическая и/или тепловая задача, полностью определенная в проекте COSMOSFloWorks. Проект, как и конфигурация модели, также определяется составляющими элементами, такими как расчетная область, граничные усло вия, начальные условия, материалы, источники тепла, настройки сетки, эле менты визуализации результатов (картины в плоскостях, картины на поверх ностях, картины траекторий и др.). Работа с элементами проекта осуществля ется с помощью Дерева анализа (рис. 5.24).
Аэрогидродинамика и теплопередача - проекта Исходные данные Domain - Расчетная область Global Coordinate System - Глобальная система координат Local Initial Mesh Локальная начальная сетка Х Boundary Conditions - Перенесенные граничные условия Component Control - Управление деталями Boundary Conditions - Граничные условия - Вентиляторы Heat Sources - Тепловые источники - Материалы твердых тел Material Conditions - Начальные условия Conditions - Пористые среды Porous Conditions Radiative Surfaces - Поверхности радиационного теплообмена - Цели Goals Results - Результаты Mesh - Сетка Cut Plots - Картины в сечении - Трехмерный график Plots Surface Plots - Картины на поверхности - Поверхности уровня.....
..... Flow Trajectories - Линии тока Particle - Расчет частиц Plots - График ace Parameters - Параметры на поверхности Volume Parameters - Параметры в объеме Point Parameters Ч - Параметры в точке Goals - Цели I Report - Отчет Reference Parameters - Характерные параметры Рис. 5.24. Дерево анализа COSMOSFIoWorks Часть функций Дерева анализа продублирована в меню и на панелях инстру ментов. В частности, создание элемента возможно с помощью меню, Дерева анализа или панели инструментов.
Следующие действия с элементами проекта возможны только в Дереве ана лиза:
О редактирование определения (Edit Definition) элементов;
удаление (Delete) элементов;
погашение (Suppress) и высвечивание элементов исход ных данных. Аналогично погашению элементов геометрии модели, при погашении элемента проекта он остается в проекте, но игнорируется;
Глава скрытие (Hide) и отображение (Show) элементов исходных данных и ре зультатов;
переименование элементов, которое можно выполнить, дважды нажав на имя элемента с интервалом (нажатие, пауза, нажатие), затем необходимо ввести новое имя и нажать клавишу для изменения имени элемента;
клонирование (Clone) элементов просмотра результатов;
сохранение в файл картин в сечениях и на поверхностях модели без визуа лизации в окне SolidWorks (Save as).
Панели инструментов На панелях инструментов сосредоточены наиболее часто используемые команды программы. Команды, вызываемые из панелей инструментов, пол ностью эквивалентны командам, вызываемым из меню или Дерева анализа.
Отобразить или скрыть панели инструментов COSMOSFloWorks можно с помощью контекстного меню, вызываемого нажатием правой кнопки мыши на любой панели инструментов.
Назначение кнопок на панелях Main (Главная), Features (Элементы), Results Main (Главная для результатов), Results Insert (Вставить элемент результатов), Results Display (Отображение результатов) представлено в табл.
Таблица 5.1. Панель инструментов Main Кнопка Функция New Новый проект Создание нового проекта по шаблону Wizard Мастер проекта Инструмент пошагового создания проекта Clone Project Клонирование Создание точной копии (клона) проекта Х проекта General Общие Определение общих установок проекта Settings установки (тип задачи, физические модели, тип жидкости, система единиц, общие на чальные условия и др.), задание внешних условий (Ambient Conditions) Run Solver Запуск на счет Запуск проекта на счет Engineering Инженерная Открытие базы данных, содержащей ма & Database база данных териалы, системы единиц и др.
Аэрогидродинамика и теплопередача Таблица 5.2. Панель Features Кнопка Функция Global Goal Глобальная Определение интересующего параметра цель расчета Surface Goal Поверхностная Определение интересующего поверхно цель стного параметра Volume Goal Объемная цель Определение интересующего объемного параметра Equation Goal Функциональная Определение интересующего параметра цель как функции других параметров Boundary Граничное Задание граничных условий втекания и Condition условие вытекания на отверстиях (массовый рас ход, скорость, давление и др.) и стенках (шероховатость, температура, подвиж ность стенки и др.) Initial Начальное Задание локальных начальных условий Condition условие Porous Пористые тела Задание пористых тел ц Condition Material Материалы Задание материалов твердых тел Condition Surface Поверхностный Задание теплового источника на поверх Source источник ности Volume Объемный Задание объемного теплового источника Source источник Fan Вентиляторы Задание вентилятора как устройства, Х задающего зависимость объемного рас хода от перепада статического давления на данном устройстве Local Initial Локальная Установка настроек сетки в локальной Ш Mesh начальная сетка области Transferred Перенесенные Позволяет в качестве граничных условий Ж Boundary граничные использовать результаты расчета, полу Condition условия ченные ранее в данном или каком-либо другом проекте Таблица 5.3. Панель инструментов Results Main Кнопка Ярлык Функция Load/Unload Загрузка/Выгрузка Включает/Отключает режим просмотра Results результатов результатов Х 220 Глава Таблица 5.3 (окончание) Кнопка Функция View Settings Установки Определяет установки просмотра просмотра (отображаемый параметр, диапазон значений, способ отображения, тип палитры и др.) Load Time Загрузка Загружает результаты для определен й Moment нестационарных ного момента времени в случае неста результатов ционарной задачи Generate Построение Построение графика изменения инте Goals Plot графика целей ресующего параметра в процессе рас чета Generate Создание отчета Создание отчета о выполненном рас Report чете Transient Фильм Создание анимации результатов не Х Animation стационарной задачи результатов Copy Image Копирование Копирование изображения в графиче изображения ской области в буфер Save Bitmap Сохранение Сохранение изображения в графиче У Image изображения ской области в файл формата BMP Print Active Печать текущего Печать изображения в графической т View изображения области Таблица 5.4. Панель инструментов Results Insert Кнопка Ярлык Функция Insert Cut Plot Создание картины Создание картины распределения в сечении параметра в сечении Insert Создание картины Создание картины трехмерного И Plot трехмерного графика распределения парамет графика ра в сечении Insert Surface Создание картины Создание картины распределения Plot на поверхности параметра на поверхности Display Показать Изображение поверхностей уровня поверхности уровня Insert Flow Показать Изображение линий тока, опреде Trajectories линии тока ление значений параметров вдоль линий тока Аэрогидродинамика и теплопередача Таблица 5.4 (окончание) Кнопка Ярлык Функция Insert Particle Расчет частиц Изображение траекторий частиц, Study расчет взаимодействия со стенка ми, определение значений пара метров вдоль траекторий частиц Insert XY Plot Построение Построение графика изменения m графика параметров вдоль выбранного направления Computation Расчет параметров Просмотр минимальных, макси В of Surface на поверхности мальных и средних, а также инте Parameters гральных значений параметров на поверхности Computation Расчет параметров Просмотр минимальных, макси в of Volume в объеме мальных и средних, а также инте Parameters гральных значений параметров в объеме Insert Point Расчет параметров Просмотр значений параметров в Parameters в точке точке 5.5. Панель инструментов Results Display Кнопка Ярлык Функция Display Model Отображение Скрывает/Показывает модель Geometry модели Отображение Скрывает/Показывает очертания мо Outlines контуров дели Display Отображение Скрывает/Показывает линии и насеч Х 3D-ruler линейки ки на гранях расчетной области Display Отображение Скрывает/Показывает информацию Time Info момента времени о текущем загруженном моменте вре мени нестационарной задачи Display Global Отображение Скрывает/Показывает минимальное и Max минимума и максимальное значение отображае максимума мого параметра Set Model Установить Задает степень прозрачности для m Transparency прозрачность всей модели модели Display Отображение Включает/Выключает общий вид мо дели с отмеченной областью графи MapView обзорного вида ческого окна 222 Глава Локализация На сегодняшний день существует английская и японская версии COSMOS FloWorks. Компания GmbH, разработчик COSMOSFloWorks, планиру ет в будущем расширить список локализаций, в том числе добавить и рус скую. Тем не менее, если наличие русской локализации является принципи альным вопросом для принятия решения об использовании COSMOSFloWorks уже сегодня, создание ее возможно по запросу к разработчикам.
5.5. Решение задачи При решении инженерной задачи с помощью COSMOSFloWorks можно вы делить следующие этапы:
Возможность решения задачи с помощью COSMOSFloWorks.
2. Создание или необходимая модификация модели SolidWorks.
3. Создание проекта.
4. Задание граничных и начальных условий.
5. Постановка целей проекта.
6. Регулирование расчетной сетки.
7. Управление процессом расчета.
8. Просмотр и интерпретация результатов.
9. Определение точности полученного решения.
В этом разделе подробно рассматривается каждый.
Возможность решения задачи Прежде всего, необходимо выделить геометрические и физические сти рассматриваемой инженерной задачи, которые, по оценкам пользователя, существенно влияют на ее решение. Это необходимо для оценки возможно сти решения данной задачи с помощью COSMOSFloWorks. Например:
О Если в данной задаче имеются подвижные детали, изменяющие геомет рию проточного тракта, и эта геометрия не может быть фиксирована во вращающейся системе координат, то необходимо оценить:
Х существенно ли влияют подвижность этих деталей и изменение гео метрии проточного тракта во вращающейся системе координат на ре шение задачи;
Х если да, то можно ли задачу решить как квазистационарную, поскольку геометрия проточного тракта в процессе расчета в COSMOSFloWorks Аэрогидродинамика и теплопередача изменяться не может (поверхности твердых тел могут быть подвижны ми, но без изменения геометрии проточного тракта, в том числе во вращающейся системе координат).
Если в данной задаче имеется многокомпонентная среда с реагирующими между собой компонентами, то важен ли учет химических реакций для решения данной задачи, или реагирующие компоненты смеси можно за менить продуктами их реакции, или рассматривать их как нереагирующие вследствие их слабого перемешивания и/или малых скоростей реакций (химические реакции в COSMOSFloWorks не рассматриваются).
Если в данной задаче имеется свободная поверхность жидкости, то важен ли учет ее подвижности для решения данной задачи, или ее можно заме нить твердой поверхностью;
а также есть ли необходимость рассчитывать одновременно течение жидкости и газа, поскольку в COSMOSFloWorks жидкость и газ одновременно не рассматриваются, соответственно не рас сматриваются свободные поверхности жидкости.
Можно привести и другие примеры явной невозможности использования COSMOSFloWorks для решения некоторых инженерных задач, а также при меры упрощения инженерных задач с целью их решения с помощью COSMOSFloWorks, но предвидеть и описать все возможные ситуации невоз можно Ч пользователь сам должен принимать соответствующие решения по каждой конкретной задаче, предварительно ознакомившись с возможностями COSMOSFloWorks. Может быть для этого понадобится дополнительный про смотр различных надежных литературных источников или привлечение опы та других, более опытных разработчиков, но лучше это сделать как можно раньше, чтобы потом не тратить время впустую. При этом не помешает кри тический подход к чужому опыту, поскольку этот опыт может оказаться не только бесполезным, но даже вредным, если ему слепо следовать. Не исклю чено, пользователю придется самому исследованием данного вопроса.
Если вы определили, что решить данную инженерную задачу с помощью COSMOSFloWorks возможно, или, несмотря на некоторые сомнения, вы хо тите попробовать это сделать, то следующий этап, Ч это создание Works модели (если она еще не была создана ранее) и проекта COSMOSFloWorks для решения данной задачи.
5.5.2. Модификация модели SolidWorks Если модель SolidWorks уже создана в процессе проектирования изделия, т. е. полностью адекватна изделию, то не исключено, что для решения по ставленной инженерной задачи с помощью COSMOSFloWorks эту модель необходимо модифицировать:
упростить, убрав из рассмотрения (погасив) те ее детали, которые не влияют на решение задачи, но увеличивают потребляемые FloWorks компьютерные в первую очередь и, воз можно, затрачиваемое на решение задачи процессорное время (например, может быть нет необходимости задавать гофрированную поверхность де тали, на разрешение которой расчетной сеткой понадобится громадное число ячеек, совершенно бесполезных с точки зрения решения задачи, а целесообразнее задать вместо нее эквивалентную шероховатость стенки, или, например, если модель имеет тонкие стенки, изогнутые или плоские, но не совпадающие с направлением координатных осей, обе стороны ко торых находятся в контакте с текучей средой, то, если их толщина несу щественна с точки зрения решения задачи, ее целесообразно увеличить насколько это возможно, что позволит сократить число ячеек расчетной сетки, необходимых для разрешения этих стенок);
дополнить модель необходимыми крышками, закрывающими входные и выходные отверстия;
изменить модель во избежание конфликтных сопряжений (касание, со пряжение тел по ребру);
создать фиктивные тела, например, для задания в локальном объеме жид кости начальных условий, локальных настроек сетки или для получения значений параметров в локальной области жидкости;
О дополнить вспомогательными деталями, например входными и выходны ми трубками, необходимыми для обеспечения безвихревого течения на входных и выходных отверстиях модели при решении задачи с помощью COSMOSFloWorks. Очевидно, что присоединение к модели необходимых для решения задачи дополнительных деталей неизбежно приведет к уве личению числа ячеек расчетной сетки, соответственно к увеличению тре буемой памяти и процессорного времени, поэтому их размеры должны быть адекватными поставленной задаче.
Эти действия при условии их правильного выполнения могут оказаться очень существенными для решения задачи. Если не все последствия данных дейст вий ясны, то может оказаться целесообразным варьирование деталей модели и/или их размеров в серии расчетов с целью определения их влияния на ре зультаты расчета.
В принципе, модификацию модели можно производить в любой момент, предшествующий запуску задачи на счет. Как уже отмечалось, COSMOS FloWorks динамически отслеживает изменения модели. Поэтому, если перво начально нет ясности в том, какие манипуляции с моделью нужно произве сти, чтобы адаптировать или оптимизировать ее к проведению анализа в COSMOSFloWorks, можно переходить к следующему этапу Ч созданию про екта COSMOSFloWorks.
Аэрогидродинамика и теплопередача 5.5.3. Создание проекта COSMOSFIoWorks Проект выполняет две функции. Во-первых, проект связан с конкретной гео метрической конфигурацией модели и, таким образом, однозначно определя ет соответствие между геометрическим исполнением модели и его гидрога зодинамическими и тепловыми характеристиками, полученными в результате расчета. Имя конфигурации, к которой присоединен проект, является одно временно и именем этого проекта. Во-вторых, проект содержит все данные о постановке задачи, особенностях ее моделирования и результатах расчета.
Часть исходных данных (так называемая базовая часть проекта) может быть определена при создании проекта. Данные проекта, составляющие его базо вую часть, представлены в табл. 5.6. Подробное описание данных базовой части проекта см. в разд. "Мастер проекта" данной главы.
Таблица 5.6. Базовая часть проекта Тип данных Описание Система единиц Система единиц измерения, используемая в проекте для за дания численных значений (СИ, СГС, и др.). Выбранная сис тема единиц не влияет на единицы измерения Тип текучей среды Один из четырех возможных типов текучей среды: жидкость (несжимаемая), газ, неньютоновская жидкость или сжимаемая жидкость Физические Учитываемые физические особенности, такие как: теплопере особенности дача в теле, тип течения (ламинарный, турбулентный, лами нарный и турбулентный), радиационный теплообмен, неста ционарность, гравитация, течение газа при больших числах Маха и др.
Стационарная или вращающаяся с постоянной угловой ско Система координат ростью Тип задачи Внешняя или внутренняя Шероховатость Значение шероховатости для всех стенок модели Жидкости или газы, определенные условиями задачи Текучая среда Тепловое граничное условие на всех стенках модели (для рас Тепловое условие чета конвективного теплообмена между поверхностью на стенках твердых тел и текучей средой). Задается при отсутствии учета теплопередачи в теле Внешняя радиация, солнечная радиация, тип поверхности Условия радиационного теплообмена. Задается при учете ра радиационного теплообмена диационного теплообмена Материалы твердых тел, определенные условиями задачи.
Твердые тела Задается только при учете теплопередачи в теле 8 Зак.
226 Глава Таблица 5.6 (окончание) Тип данных Описание Тепловое условие Тепловое граничное условие на всех внешних стенках модели на внешних (для расчета конвективного теплообмена между поверхностью стенках твердых тел и внешней средой). Задается только для внут ренних задач при учете теплопередачи в теле Начальные Значения термодинамических параметров, параметров турбу (внешние) условия лентности, скорости и концентрации в начальный момент вре мени;
для внешних задач Ч значения параметров невозму щенного потока (параметры, заданные на границах расчетной области) Уровень решения Критерии, определяющие точность решения поставленной и разрешения задачи с помощью установок расчетной сетки и критериев за геометрии вершения расчета Проект может быть создан тремя способами:
О по шаблону Ч в шаблоне проекта определена его базовая часть. Сущест вует стандартный шаблон, поставляемый вместе с продуктом. Пользова тель может также создать свой собственный шаблон на основе текущего проекта и использовать его в дальнейшем для создания новых проектов с идентичной или схожей базовой частью;
с помощью Мастера проекта. Wizard (Мастер инструмент пошагового создания базовой части проекта. Использование Мастера про екта является наиболее наглядным путем создания проекта;
клонированием имеющегося проекта Ч если вы собираетесь создать про ект, незначительно отличающийся от уже имеющегося (например, иссле дуя поведение устройства, варьируя какой-нибудь из параметров течения), то наиболее удобный путь создания нового проекта Ч клонировать (копи ровать) текущий проект. Клонированный проект будет иметь все установ ки текущего проекта, включая установки просмотра результатов. Клони ровать проект и затем изменить какую-нибудь из его установок, как пра вило, быстрее, чем создавать его заново с помощью Мастера проекта.
Клонировать проекты возможно в рамках одной модели. Клонировать проект из одной модели в другую невозможно, однако возможно копиро вание отдельных элементов проекта между проектами разных моделей с помощью опции Copy Features (Копирование элементов).
Базовая часть проекта содержит данные, являющиеся достаточными для рас чета внешних задач, т. к. в случае внешних задач заданные значения термо динамических параметров, параметров турбулентности, скорости и концен Аэрогидродинамика и теплопередача трации определяют начальные условия задачи и, одновременно, условия не возмущенного потока, задающиеся на границах расчетной области, т. е. гра ничные условия для внешней задачи. Для внутренних задач, как правило, ха рактерно наличие граничных условий втекания и вытекания, которые задают ся отдельно. Кроме того, независимо от типа задачи, может возникнуть необходимость настройки установок расчетной сетки, критериев останова задачи, задания целей исследования и др.
Создание проекта по шаблону Для создания проекта на основе шаблона проекта из меню Works выбери те Project | New (Проект | Новый) (рис. 5.25).
Новый проект COSMOSFIoWorks Конфигурация Создать новую Использовать текущую Имя конфигурации Базовая конфигурация Шаблон COSMOSFIoWorks COSMOSFIoWorks template Список шаблонов List Рис. 5.25. Создание проекта по шаблону При создании по шаблону проект можно привязать к любой сущест вующей конфигурации модели, либо скопировать текущую конфигурацию под новым именем, связав данные COSMOSFIoWorks с этой новой конфигу рацией. В первом случае необходимо выбрать опцию Use current (Использо вать текущую) и выбрать конфигурацию из списка Basic configuration (Базо вая конфигурация). Во втором случае нужно выбрать опцию Create new (Создать новую) и дать название создаваемой конфигурации в поле Con figuration name (Имя конфигурации).
Изначально пользователю доступен только стандартный шаблон New Project.
Параметры базовой части проекта, созданного по этому шаблону, приведены в табл. 5.7. Пользователь может создавать свои собственные шаблоны и ис пользовать их для создания типовых проектов COSMOSFIoWorks.
228 Глава Таблица 5.7. Стандартный шаблон New Project Тип данных Значение SI Система единиц СИ (метр-килограмм-секунда) Тип текучей среды Liquid Жидкость Физические Flow type: Laminar and Тип течения: Ламинарный и тур особенности Turbulent булентный, с автоматическим определением переходного ре жима. Другие физические осо бенности не учитываются Система Стационарная координат Тип задачи Internal, Внутренняя, с исключением из расчета замкнутых пустотелых Exclude cavities without объемов, не имеющих граничных flow conditions условий, заданных на какой-либо внутренней поверхности объема Шероховатость 0 микрометров Текучая среда Water SP Вода Тепловое условие Adiabatic Адиабатическая стенка на стенках Начальные Pressure: Pa Давление: 101325 Па условия Temperature: 293,2 К Температура: 293,2 К Velocity: 0 Скорость: 0 м/с Turbulence intensity: 2 % Интенсивность турбулентности:
2 % (значение турбулентной дли ны (Turbulence length) зависит от характерного размера модели) Уровень решения Level of initial mesh: 3 Уровень начальной сетки: и разрешения Result Resolution level: 3 Уровень решения задачи: геометрии Создание шаблона проекта Процесс создания собственного шаблона проходит две стадии:
Если проект был создан на основе стандартного шаблона, то, прежде чем переходить к непосредственному созданию шаблона, необходимо произ вести соответствующие изменения базовой части проекта. Если проект был создан с помощью Мастера проекта или клонированием, проверьте, что установки базовой части проекта соответствуют желаемым. После создания проекта каким-либо способом, просмотр и редактирование его Аэрогидродинамика и теплопередача базовой части происходит в окнах General (Общие установки), Calculation Control Options (Опции управления расчетом), Initial Mesh Settings (Начальная сетка), а также Units System (Система единиц). Под робную информацию о редактировании проекта см. в разд. "Редакти рование проекта" данной главы.
2. Сохранение данных новой базовой части проекта как шаблона проекта с помощью опции Create Template (Создать шаблон). Для создания собст венного шаблона в меню выберите Project | Create Template (Проект | Создать шаблон). Далее в поле Template name (Имя шаблона) необходимо ввести имя создаваемого шаблона. При нажатии ОК данные базовой части текущего проекта будут сохранены как шаблон проекта с заданным именем (рис. 5.26).
Создать шаблон СПИСОК templates:
ДОСТУПНЫХ шаблонов ИМЯ шаблона Рис. 5.26. Создание собственного шаблона и его использование при создании нового проекта Шаблоны проекта сохраняются в папке template, которая находится в глав ной папке продукта, определяемой пользователем при установке (по умолча нию Program Files\COSMOS Applications\COSMOSFloWorks 2005). После этого шаблон становится доступным для создания проекта в поле List of templates (Список шаблонов) окна New Project (Новый проект Works).
Когда удобнее использовать шаблон Использование шаблона может быть очень удобным, если исследуются одно типные (с одинаковой или схожей базовой частью проекта) задачи для разных моделей. В таком случае, часть проекта, созданная для одной модели, может быть сохранена как шаблон, а проекты оставшихся моделей создаются из этого шаблона, автоматически наследуя ранее заданные установки задачи.
Если же однотипные задачи решаются в рамках одной модели с разными ее конфигурациями, то удобнее пользоваться клонированием проекта. Если ха 230 Глава рактеристики задачи, определенные в базовой части проекта, заметно отлича ются от характеристик задач, для которых проект уже имеется, то следует ис пользовать Мастер проекта.
Мастер проекта Мастер проекта позволяет создать проект, шаг за шагом двигаясь от одного типа данных базовой части проекта к другому. Для вызова Мастера проекта из меню выберите Project | Wizard (Проект | Мастер).
Шаг 1 Ч Project Name (Имя проекта) Задание исходных данных для нового проекта с помощью Мастера проекта начинается с определения конфигурации модели, к которой этот проект будет присоединен. Можно либо использовать текущую конфигурацию, либо соз дать копию текущей конфигурации с новым именем:
О Create new (Создать новую) Ч создает копию текущей конфигурации с именем, заданным в поле Configuration name (Имя конфигурации), и при соединяет к ней проект COSMOSFloWorks;
Use current (Использовать текущую) Ч присоединяет проект к текущей конфигурации модели;
Comments в комментариях может быть задана любая справочная информация. После создания проекта комментарии могут быть просмотрены и, при желании, отредактированы в окне Comment (Ком ментарий), вызываемом из меню Project | Edit Comment (Проект | Изме нить комментарий).
Шаг 2 Ч Units (Система единиц) На этом этапе выбирается наиболее удобная система единиц измерения для ввода и вывода числовых данных.
Использование символов единиц измерения при вводе Выбранная система единиц используется по умолчанию, так что при вводе чи словых данных нет необходимости вводить символы единиц измерения. Это не исключает возможности введения данных и в любых других единицах измере ния, имеющихся в базе данных Units (Система единиц). Для этого в окошке не обходимо вместе с числовым значением ввести также символ единицы измере ния. После этого COSMOSFloWorks автоматически преобразует введенную ве личину в систему единиц, используемую по умолчанию.
Выбранная система единиц никак не влияет на основную систему единиц SolidWorks, используемую для создания детали.
Чтобы не выходить преждевременно из Мастера проектов, желательно зара нее, до начала создания проекта, посмотреть базу данных Units (Система Аэрогидродинамика и теплопередача единиц) и в случае необходимости сформировать в ней удобную для вас сис тему единиц. Чтобы попасть в базу данных Units, в меню FloWorks выберите Tools | Engineering Database (Инструменты | Инженерная база данных). Под робную информацию об инженерной базе данных см. в разд. "Инженерная база данных" этой главы.
Если не определены пользовательские системы единиц измерения, то выбор осуществляется среди следующих заданных систем:
О CGS (СГС) Ч сантиметр-грамм-секунда;
П FPS Ч фут-фунт-секунда;
IPS Ч дюйм-фунт-секунда;
П NMM Ньютон-миллиметр-килограмм-секунда;
П SI Международная система единиц (Ньютон-метр-килограмм-се кунда);
О USA Ч фут-фунт-секунда (давление в т. е.
psi, объемный расход в т. е. CFM).
После того как базовая часть проекта создана, изменить выбранную систему единиц можно в диалоговом окне Units Settings (Установки системы единиц), для доступа к которому выберите FloWorks | Units (FloWorks | Система единиц).
С Совет Если ни одна из систем единиц, предлагаемых вам на выбор, не подходит, то выберите ту из них, которая наиболее близка к желаемой, а после завершения прохода Мастера проекта выберите FloWorks | Units (FloWorks | Система еди ниц) и отредактируйте там выбранную систему единиц нужным образом. Дан ные изменения будут актуальны только для текущего проекта. Если вы хотите, чтобы внесенные изменения были доступны и для других проектов, необходимо сохранить измененную систему единиц под другим именем. См. разд. "Редак тирование проекта" данной главы.
Шаг 3 Ч Fluid Type and Physical Features (Тип текучей среды и физические особенности) На этом шаге задается тип текучей среды (fluid type), а также физические осо бенности задачи (physical features). В возможен анализ только одного из следующих типов текучей среды:
П (ньютоновская несжимаемая жидкость);
О Non-Newtonian liquid (неньютоновская жидкость);
П Compressible liquid (сжимаемая жидкость);
П Gas (газ).
232 Глава В случае многокомпонентной среды тип среды относится ко всем ее компо нентам.
Совет Если в задаче рассматривается течение жидкости и газа (жидкость и газ проте кают в замкнутых непересекающихся объемах, т. е. без смешения), то такой случай можно смоделировать в COSMOSFIoWorks. Для этого в инженерной ба зе данных необходимо создать новое вещество, формально являющееся теку чей средой одного типа, но со свойствами другой текучей среды, например, газ со свойствами жидкости или жидкость со свойствами и потом использо вать его в проекте вместе с другой текучей средой.
Поскольку неньютоновские и сжимаемые жидкости рассматриваются исклю чительно в рамках их ламинарных течений, то в случае их рассмотрения в проекте необходимо из списка Flow Type (Тип течения) выбрать значение Laminar Only (Всюду ламинарное течение), согласно которому все течение будет рассматриваться как ламинарное.
В этом же окне учитываются физические особенности задачи:
Heat transfer in solids (Теплопередача в твердых телах) Ч учитывает теп лопередачу в твердых телах;
Heat transfer in solids only (Только теплопередача в твердых телах) ис пользуется, если в рассматриваемой задаче рассчитываться будет только теплопередача в твердом теле, т. е. текучая среда не задается;
Radiation (Радиационный теплообмен) Ч учитывает радиационный теп лообмен при решении задачи сопряженного теплообмена, т. е. при вклю ченной опции Heat transfer in solids (Теплопередача в твердых телах);
Flow type (Тип течения) Ч устанавливает тип рассматриваемого течения.
По умолчанию течение в разных областях (в ядре потока, в пограничном слое около стенок модели) рассчитывается либо как турбулентное, либо как ламинарное, либо как переходное, в зависимости от значений соответ ствующих критериев. Этому соответствует тип Laminar and Turbulent (Ламинарное и турбулентное). Если хотите, чтобы течение во всех облас тях рассчитывалось как ламинарное, отключите турбулентность, выбрав значение Laminar Only (Всюду ламинарное течение). Соответственно, ес ли хотите указать, что течение турбулентное всюду в расчетной области, выберите значение Turbulent Only (Всюду турбулентное течение);
High Mach number flow (Течение с большим числом Маха) Ч учитывает особенности высокоскоростных газовых течений, при которых число Маха потока выше 3 в стационарных задачах или выше 1 Ч в нестационарных;
Time dependent (Нестационарность) Ч необходимо выбрать эту опцию, если рассматривается нестационарная задача. Для задания интервала фи Аэрогидродинамика и теплопередача зического времени задачи щелкните Time Settings (Установки времени) и задайте значение времени в поле Total analysis time (Длительность про цесса). Кроме того, в Output time moments (Моменты выдачи ре зультатов) отметьте моменты времени (от начала рассматриваемого ин тервала физического времени задачи) сохранения результатов решения не стационарной задачи или в поле Output time step (Временной шаг выдачи) Ч интервал сохранения результатов. После прохождения Масте ра проектов установки времени могут быть изменены в окне Calculation Control Options (Опции управления расчетом);
О Gravitational effects (Гравитационные выберите эту опцию, если необходимо учитывать в задаче гравитационные эффекты (например, при расчете свободной конвекции). Щелкните Gravitational Settings (Гра витационные данные) и задайте компоненты X, Y, Z вектора гравитацион ного ускорения. Если решается нестационарная задача, то вектор гравита ционного ускорения можно также задать зависящим от времени. Если в вашем проекте рассматриваются жидкости, то проверьте наличие в инже нерной базе данных зависимости их плотности от температуры. Если рас сматриваются газы, то гравитационные эффекты могут быть учтены толь ко в случае отсутствия задания High number flow (Течение с боль шим числом Маха).
Подробную информацию о физических особенностях см. в разд. 5.5.4.
Шаг 4 Ч Rotating Reference Frame (Вращающаяся система координат) Если в задаче какое-нибудь твердое тело вращается, то течение в такой зада че можно рассчитать в системе координат, вращающейся вместе с этим те лом, т. е. неподвижной относительно него. При этом неподвижные части мо дели должны быть относительно оси вращения системы ко ординат. Неподвижная (в абсолютной системе координат) поверхность стенки задается с помощью граничного условия Stator (Статор) на вкладке Moving walls (Вращающиеся стенки) диалогового окна Boundary Conditions (Граничные условия).
Если задается вращающаяся система координат, то по умолчанию предпола гается, что все стенки модели вращаются со скоростью вращения этой систе мы координат, т. е. неподвижны относительно нее. При этом учитываются соответствующие и центробежные силы.
Если задается вращающаяся система координат, то по умолчанию скорость и давление задаются во вращающейся системе координат и 234 Глава где и Ч скорость и давление в абсолютной, т. е. неподвижной сис теме координат, Ч угловая скорость вращения, р Ч плотность, Ч рас стояние от оси вращения. Возможно также задание скорости и давления в абсолютной системе координат. Для этого надо при задании скорости в окне Boundary Conditions (Граничные условия) снять флажок Relative to rotating frame (Во вращающейся системе координат), а при задании давления снять флажок Pressure potential (Давление в точке отсчета) (рис. 5.27).
... Pressure Рис. 5.27. Течение в импеллере рассчитывается во вращающейся системе координат По умолчанию, если задана вращающаяся система координат, параметры отображаются во вращающейся системе. Снимите флажок с опции Relative to rotating frame (Во вращающейся системе координат) на вкладке Coordinate system (Координатная система) окна View Settings (Установки просмотра), чтобы показать параметры картин в сечении (cut plot), картин на поверхности (surface plot) и поверхностей уровня (isosurface) в абсолютной (стационарной) системе координат.
Примечание с Линии тока всегда отображаются во вращающейся системе координат. Актив ная система координат показана в скобках за именем параметра, написанного под палитрой: Ч вращающаяся система координат (rotating reference frame), SRF Ч абсолютная (неподвижная) система координат.
Аэрогидродинамика и теплопередача На этом шаге задаются следующие параметры:
О Enable rotating reference frame (Задать вращающуюся систему коорди нат) Ч включает расчет во вращающейся системе координат;
Rotation axis (Ось вращения) Ч задает ось вращения. Осью вращения мо жет быть либо ось, созданная как справочная геометрия (Вставить | Справочная геометрия | Ось), либо ось выбранной системы координат.
По умолчанию используется так называемая глобальная система коорди нат (Global Coordinate System). Координатные плоскости этой системы параллельны плоскостям по умолчанию (плоскости "Спереди", "Сверху", "Слева"), а ее центр совпадает с началом координат модели. Чтобы пока зать глобальную систему координат, в Дереве анализа COSMOSFloWorks щелкните правой кнопкой мыши на элементе Global Coordinate System и в контекстном меню выберите Show (Показать). Также может использо ваться система координат, созданная как справочная геометрия. Чтобы ис пользовать ось или систему координат, созданную как справочная геомет рия, необходимо выделить соответствующий справочный элемент в дереве проектирования SoIidWorks tree);
Angular velocity (Угловая скорость) Ч задает величину угловой скорости по правилу "буравчика".
Шаг 5 Ч Analysis Type (Тип задачи) На этом этапе определяется тип задачи (внешняя или внутренняя), указывает ся, нужно ли исключать полости из расчета, а также определяется ось, ис пользуемая для задания значений в цилиндрической или сферической систе ме координат. Подробную информацию о типе задач и исключении полостей из расчета см. в разд. 5.4.
В COSMOSFloWorks, помимо константных значений можно задавать зависи мости от координат и времени (для нестационарных задач). Для этого ис пользуется кнопка Design (Задание), вызывающая окно с тем же названием.
Зависимость может быть задана в виде таблицы значений или формулы. Для задания табличной зависимости вы можете импортировать таблицы данных из Microsoft Excel. Для этого скопируйте нужную вам таблицу из Microsoft Excel в буфер обмена, затем щелкните лю бую ячейку в левом (т. е. там, где аргумент) столбце таблицы на вкладке Table of values (Таблица значений) окна Design (Задание) и нажмите комби нацию клавиш
Z - Reference axis of the global coordinate system Рис. 5.28. Ось Z выбрана как Reference axis of the global coordinate system Для величин, определенных в других окнах, ось задания (Reference Axis) за дается непосредственно в этих окнах.
Шаг 6 Ч Roughness (Шероховатость) Здесь задается шероховатость стенки (Roughness), которая по умолчанию будет использоваться для всех стенок модели, находящихся в контакте с те кучей средой, за исключением тех стенок, чья шероховатость задана в гра ничном условии Real (Реальная стенка) в диалоговом окне Boundary Condition (Граничное условие).
Величина шероховатости определяется через высоты неровностей (выступов впадин) шероховатой поверхности, случайным образом распределенных по этой поверхности, и представляет собой используемую в инженерной прак тике величину Rz. Величина шероховатости может быть задана в микронах (микрометрах), микродюймах, или в производных единицах измерения (custom units).
7 Ч Selecting substances (Текучая среда) Здесь задаются текучие вещества (fluids), чье течение будет рассчитываться в данном проекте Примечание COSMOSFloWorks не может рассчитывать течение сразу нескольких неньюто новских (non-Newtonian liquid) или сжимаемых жидкостей (compressible liquids) с отличающимися свойствами. В одном проекте можно задать несколь ко неньютоновских или сжимаемых жидкостей, но для всех их будут использо Аэрогидродинамика и теплопередача ваться свойства той из них, которую вы указали в окне Reference liquid (Харак терная жидкость). Таким образом, фактически будет рассмотрена одна жид кость, но под разными именами, что позволяет проследить перемешивание различных частей этой жидкости.
В списке Database of fluids (База данных по текучим веществам) присутст вуют жидкости или газы (в зависимости от выбранного типа текучей среды), определенные в В проекте могут использоваться до 10-ти текучих веществ. Если нужное текучее вещество отсутствует в списке Data base of fluids (База данных по текучим веществам), то его необходимо доба вить в Database (Инженерная база данных). См. разд. "Редакти рование проекта" данной главы.
Для задания текучих веществ проекта дважды щелкните на нужном вам ве ществе в списке Database of fluid или перетащите материалы из этого списка в список Selected fluids (Текучие вещества проекта).
Шаг 8 Ч Default Wall Conditions (Тепловое условие на стенках по умолчанию) Если в проекте не решается сопряженная задача теплообмена (т. е. опция Heat transfer in solids (Теплопередача в твердых телах) не выбрана), то на соприкасающихся с текучей средой стенках модели необходимо задать одно из следующих тепловых условий, которые будут использоваться в проекте для всех стенок модели по умолчанию:
Adiabatic wall (Адиабатическая стенка) Ч т. е. теплоизолированная стен ка. По умолчанию на всех стенках задается прилипание потока, т. е. рас сматривается трение потока на стенке. Если вы хотите задать стенку не только теплоизолированной, но и не оказывающей сопротивления трения потоку, то в диалоговом окне Boundary Condition (Граничное условие) на этой стенке надо задать граничное условие Ideal Wall (Идеальная стенка);
О Wall temperature (Температура стенки) Ч задает температуру стенок;
О Heat flux (Удельный тепловой поток) Ч поток тепла через пло щади поверхности в единицу времени. Положительные значения соответ ствуют потоку тепла от стенки к текучей среде, отрицательные значе ния Ч потоку тепла от текучей среды к стенке;
О Heat transfer rate (Тепловая мощность) Ч поток тепла через всю выде ленную поверхность в единицу времени. Положительные значения соот ветствуют потоку тепла от стенки к текучей среде, отрицательные значе ния Ч потоку тепла от текучей среды к стенке.
Если есть необходимость задать величину в виде зависимости от координат и/или времени (для нестационарных задач), то переместите курсор в поле ввода и щелкните Design (Задание).
Глава При необходимости на выбранных вами поверхностях модели, соприкасаю щихся с текучей средой, можно задать другие тепловые условия, отличаю щиеся от действующих по умолчанию. Так, температуру (Temperature) и коэффициент теплоотдачи (Heat Transfer Coefficient) можно задать как гра ничное условие Real Wall (Реальная стенка) в диалоговом окне Boundary Condition (Граничное условие), а удельный тепловой поток (Heat flux) и теп ловую мощность (Heat transfer rate) Ч в диалоговом окне Surface Source (Поверхностный источник).
9 - Outer Wall Conditions (Тепловое условие на внешних стенках по умолчанию) Если решается внутренняя (internal) задача с сопряженной задачей теплооб мена, то на внешней поверхности модели необходимо задать тепловое усло вие (например, теплообмен с окружающей модель внешней текучей средой), которое в дальнейшем будет действовать в проекте по умолчанию.
На внешней поверхности модели могут быть заданы следующие тепловые условия:
Adiabatic wall (Адиабатическая стенка) Ч теплоизолированная стенка;
О Heat transfer coefficient (Коэффициент тепловой поток через внешнюю поверхность модели Q задается с помощью коэффициен та теплоотдачи а и температуры внешней текучей среды (Temperature of external fluid) по формуле: где S Ч площадь внеш ней поверхности модели. Необходимая температура внешней стенки рассчитывается при решении задачи;
Surface heat generation rate (Удельная мощность поверхностного тепло выделения через единицу площади, Вт/м ) Ч положительные значения со ответствуют тепловому потоку от окружающей среды к внешней поверх ности модели, а отрицательные Ч от внешней поверхности модели к ок ружающей среде;
О Heat generation rate (Мощность тепловыделения через всю внешнюю по верхность модели, Вт) Ч положительные значения соответствуют тепло вому потоку от окружающей среды к внешней поверхности модели, а от рицательные Ч от внешней поверхности модели к окружающей среде;
Wall temperature (Температура стенки) Ч температура внешней поверх ности модели.
Если на некоторых внешних поверхностях модели необходимо задать другие тепловые условия, т. е. отличающиеся от используемых по умолчанию, то Heat generation rate (Мощность тепловыделения) и Surface heat generation rate (Удельная мощность поверхностного тепловыделения) на этих поверх Аэрогидродинамика и теплопередача ностях задаются с помощью окна Surface Source (Поверхност ный источник), a Heat transfer coefficient Ч с помощью граничного условия Real Wall (Внешняя реальная по верхность).
Шаг 10 Ч Default Radiative Surface (Условия радиационного теплообмена по умолчанию) Если в проекте учитывается радиационный теплообмен между поверхностя опция Radiation (Радиационный теплообмен) то димо задать радиационные свойства всех поверхностей модели, контакти рующих с текучей средой проекта.
О В поле Default wall radiative surface (Радиационные свойства поверхно стей по умолчанию) выбирается радиационное свойство поверхностей, ко торое будет задано по умолчанию на всех поверхностях модели, контакти рующих с текучей средой проекта за исключением внешних поверхностей в случае решения внутренней задачи.
О В поле Default outer wall radiative surface (Радиационные свойства внеш них поверхностей по умолчанию) выбирается задаваемое по умолчанию радиационное свойство внешних поверхностей модели в случае решения внутренней задачи.
В поле Environment radiative surface (Излучение окружающей среды) задаются радиационные свойства границ расчетной области в случае внешней задачи и входных и выходных отверстий модели в случае внут ренней задачи. Эти свойства могут быть одного из следующих типов:
Х Blackbody opening/outer boundary (Абсолютно черные отверстие или внешняя граница) Ч это означает, что границы расчетной области (в случае решения внешней задачи) или отверстия модели (в случае решения внутренней задачи) излучают тепловой поток Q внутрь рас четной области, который определяется как = где е Ч заданная степень черноты coefficient) границ расчетной области (вы бирается в Engineering Database (Инженерная база а Т Ч заданная температура излучения окружающей среды radiative temperature);
Х Non-radiative surface (Неизлучающая поверхность) Ч это означает, что расположенные вдали расчетной области не участвуют в лучевой теплопередаче, т. е. не излучают и не поглощают тепловой поток.
О Если необходимо учесть солнечное излучение окружающей среды, от метьте опцию Solar radiation (Солнечное излучение), задайте вектор на 240 Глава правления этого излучения его составляющими X, Y, Z (Direction X, Y, Z) и интенсивность излучения в поле Intensity (Интенсивность).
Для выбора нужного радиационного свойства щелкните Browse (Путь) и найдите это свойство в Engineering Database (Инженерная база данных). Ес ли радиационные свойства некоторых поверхностей модели необходимо за дать отличающимися от используемых по умолчанию, то это можно сделать в диалоговом окне Radiative Surface (Поверхность радиационного тепло обмена).
Подробную информацию по типам радиационных поверхностей см. в разд. 5.5.4.
Шаг 11 Ч Selecting solid substances (Твердые тела) По аналогии с выбором текучих сред здесь задаются материалы твердых тел для проекта COSMOSFloWorks. Если материалов несколько, то также указы вается тот из них, который будет использоваться по умолчанию (Default material) для всех твердых тел данного проекта, что позволит сократить объ ем вводимой информации. Для задания материалов тел, отличных от исполь зуемого по умолчанию, используется окно Material Condition (Задание мате риала). См. разд. 5.5.5.
Если необходимый вам материал отсутствует в списке Database of solids (Ба за данных по материалам), то вы можете сами добавить его в Engineering Da tabase (Инженерная база данных).
Шаг Ч Initial and Ambient Conditions (Начальные и внешние условия) Под заданием Initial and Ambient Conditions (Начальных и внешних усло вий) подразумевается задание значений термодинамических параметров те кучей среды (давление, температура, плотность), скорости потока, парамет ров турбулентности, концентраций веществ (если текучая среда состоит из нескольких веществ), а также значения начальной температуры твердых ве ществ.
В зависимости от типа задачи, заданные параметры имеют разный смысл:
если вы решаете стационарную внутреннюю (internal) задачу, то задание параметров в этом окне означает задание начальных условий в расчетной области. Если хотите решить такую задачу за более короткое время, то задайте Initial Conditions, т. е. начальные значения независимых парамет ров задачи, как можно ближе к предполагаемому решению по сравнению с задаваемыми по умолчанию;
О если вы решаете стационарную внешнюю (external) задачу, то задание па раметров в этом окне означает задание начальных условий в расчетной области и граничных условий на ее границах. Задаваемые термодинамиче Аэрогидродинамика и теплопередача _ ские параметры и скорость набегающего (т. е. внешнего) невозмущенного характеризуют начальное состояние обтекающей тело среды;
если вы решаете нестационарную (time-dependent) задачу, то, в общем случае, необходимо задать точное начальное состояние среды за исключе нием тех случаев, когда задача имеет установившееся периодическое ре шение (например, в случае задания периодических граничных условий), которое не зависит от начальных условий и, следовательно, может быть получено при любых начальных условиях, несмотря на то, что может быть потребуется больше времени для исключения их влияния.
Начальные (внешние) условия могут быть заданы постоянными или пере менными в пространстве и времени. Можно также использовать результаты других расчетов в качестве начальных (внешних) условий.
Шаг 13 Ч Result resolution and Geometry Resolution (Уровень решения и разрешения геометрии) На этом шаге задаются параметры, влияющие на расчетную сетку и критерии завершения расчета, а значит, и на точность решения задачи. Очевидно, что чем мельче расчетная сетка, тем точнее моделируется задача, и тем ближе ее дискретное решение к реальному непрерывному распределению. Второй со ставляющей, определяющей точность решения, является величина критериев сходимости, по достижении которых задача считается сошедшейся. При этом более жесткие критерии и более мелкая расчетная сетка, очевидно, требуют большей оперативной памяти и процессорного времени. Поэтому задание параметров, влияющих на расчетную сетку и критерии сходимости, Ч это всегда компромисс между желаемой точностью и имеющимися ресурсами компьютера.
О Result Resolution (Уровень решения) Ч влияет на уровень начальной сет ки и критерии сходимости задачи. Можно выбрать любой из восьми пред лагаемых уровней решения задачи. Первый уровень позволяет получить решение очень быстро, но оно будет иметь самую низкую точность. Вось мой уровень позволяет получить наиболее точное решение, но для этого потребуется много оперативной памяти и процессорного времени. Чем выше требуемая точность решения, тем более высокий Result Resolution (Уровень решения) должен быть установлен. Очевидно, что для каждой конкретной задачи достаточным будет тот Result Resolution (Уровень решения), превышение которого не приводит к заметному изменению ре зультатов.
Совет Начинайте с уровня Result Resolution не более 5 (рекомендуемое значение 3).
При использовании уровней 6, 7 и 8 происходит дополнительная адаптация Глава расчетной сетки к полю течения в ходе расчета. Это может существенно увели чить число ячеек, и, в общем случае, такая процедура не является оправданной для первого расчета.
Gap Size задав величину Minimum gap size (Минимальный за зор), вы определяете минимальный размер проходного сечения задачи, ко торый будет разрешен расчетной сеткой. Фактически, заданная величина минимального зазора используется COSMOSFloWorks при построении расчетной сетки и непосредственно влияет на размер наименьшей ячейки, такой, чтобы в любом зазоре оказалось не менее двух ячеек поперек зазо ра. Автоматически определяемый минимальный зазор зависит от размеров модели и расчетной области, а также от размеров отверстий и тел, на ко торых заданы начальные и граничные условия. Если модель имеет про ходное сечение, минимальные размеры которого меньше заданного или автоматически определенного минимального размера проходного сечения, то эти проходные сечения могут оказаться (и, скорее всего, будут) нераз решенными, т. е. при расчете будут иметь другие размеры (меньшие или большие). Чтобы вручную задать минимальный зазор, отметьте Manual specifications of the minimum gap size (Минимальный зазор задается поль зователем) и введите нужное значение в поле Minimum gap size (Мини мальный зазор).
Можно связать величину минимального зазора (Minimum gap size) с не которым размером модели, т. е. приравнять зазор этому размеру. В резуль тате при изменении этого размера будет автоматически изменяться вели чина минимального зазора. Чтобы установить такую связь, отметьте оп цию Minimum gap size refers to the feature dimension (Связать минимальный зазор с выбранным размером модели) и выберите соответ ствующий размер в графическом окне.
О Thickness (Толщина стенки) Ч если модель имеет омываемые теку чей средой с обеих сторон стенки или выпирающие в поток уступы, чья толщина меньше Minimum wall thickness (Минимальной толщины стен ки) или Minimum gap size (Минимального размера проходного сечения), то эти особенности модели могут оказаться (и, скорее всего, будут) нераз решенными, т. е. при расчете будут заменены текучей средой. Чтобы вручную задать минимальную толщину стенки, отметьте Manual specifications of the minimum wall thickness (Задание минимальной тол щины стенки вручную) и введите нужное значение в поле Minimum wall thickness (Минимальная толщина стенки).
Можно связать величину минимальной толщины стенки (Minimum wall thickness) с некоторым размером модели, т. е. приравнять толщину этому размеру. В результате при изменении этого размера будет автоматически изменяться величина минимальной толщины стенки. Чтобы установить Аэрогидродинамика и теплопередача такую связь, отметьте опцию Minimum wall thickness refers to the feature dimension (Связать минимальную толщину стенки с выбранным размером модели) и выберите соответствующий размер в графическом окне.
Примечание В случае внутренней задачи стенки модели, омываемые текучей средой только с одной стороны, разрешаются всегда правильно, независимо от заданной Minimum wall thickness (Минимальной толщины стенки). Если в модели отсут ствуют стенки, обе стороны которых омываются текучей средой, а также выпи рающие в поток уступы, то Minimum wall thickness (Минимальную толщину стенки) вручную задавать не надо.
О Advanced narrow channel refinement (Дробление сетки в узких кана лах) Ч если эта опция выбрана, то COSMOSFloWorks сильнее обычного мельчит сетку в узких каналах для обеспечения более высокой точности расчета течения и теплообмена в этих каналах. Необходимо иметь в виду, что это может привести к значительному увеличению числа ячеек расчет ной сетки.
Шаг 14 Ч Summary (Сводная информация) На последнем шаге приведена суммарная информация о только что заданном проекте. Если, прочитав эту информацию, вы поняли, что что-то задали не верно, можно вернуться назад на любой этап и исправить ошибку. Сводную информацию о проекте можно посмотреть и после его создания, выбрав Flo Works | Project | Summary (FloWorks | Проект | Сводная информация).
После создания проекта данные, определенные на шагах (кроме уста новок времени), можно изменить в окне General Settings (Общие установки), вызываемом из меню FloWorks | General Settings (FloWorks | Общие уста новки). Установки решения и разрешения геометрии (шаг 13) можно изме нить в окнах Automatic Initial Mesh (Автоматическая начальная сетка) и Calculation Control Options (Опции управления расчетом).
Клонирование проекта Клонирование проекта может быть полезно для сравнения различных вариан тов модели, отличающихся небольшими изменениями геометрии, а также вариантов проекта, отличающихся, например, граничными условиями или компонентами текучей среды.
Чтобы клонировать проект, выберите FloWorks | Project | Clone Project (FloWorks | Проект | Клонировать проект). Клонирование создает точную ко пию текущего проекта COSMOSFloWorks (рис. 5.29). Эту копию можно при соединить либо к одной из существующих конфигураций модели, либо к вой конфигурации модели, являющейся копией текущей:
244 Глава Create new (Создать новую) Ч создает копию текущей конфигурации с именем, заданным в поле name (Имя конфигурации), и при соединяет к ней проект COSMOSFloWorks;
Add to existing (Добавить в существующую) Ч присоединяет проект к конфигурации, выбранной в списке configuration (Существую щая конфигурация).
Клонировать проект Создать new Добавить в существующую Add to existing Имя конфигурации name Существующая конфигурация Копировать Рис. 5.29. Окно Clone Project Все проектные данные, а также установки просмотра результатов, копируют ся в новый проект. Если копируемый проект содержит результаты расчета, то их тоже можно скопировать в новый проект, так что новый проект будет пол ностью идентичен копируемому (за исключением названия). Для копирова ния результатов необходимо выбрать опцию Copy results (Копировать ре зультаты).
Папка проекта После создания проекта в папке, содержащей модель, появляется папка, имя которой соответствует порядковому номеру данного проекта в рамках рас сматриваемой модели. В папке проекта содержатся все необходимые файлы проекта, туда же сохраняются и результаты расчеты. Файлы проекта связы ваются с конфигурацией, к которой прикреплен проект, через номер проекта, определенный в свойствах конфигурации в поле Заметка, как показано на рис. 5.30. Поэтому удаление или переименование папок, носящих имя проек та, приведет к потере связи между COSMOSFloWorks и моделью.
Совет В связи с тем, что папки проектов сохраняются в папке модели, во избежание путаницы с проектами следует избегать нахождения исследуемых моделей в одной папке. Например, если вы проводите анализ сборки, а потом захотели Аэрогидродинамика и теплопередача исследовать деталь, входящую в состав этой сборки и расположенную в той же папке, что и файл сборки, то прежде чем создавать проект лучше скопировать эту деталь в другую папку.
Для быстрого доступа к папке проекта выберите | Project | Open Project Directory (FloWorks | Проект | Открыть папку проекта).
конфигурации Отмена :
' EDIT THIS FloWorks I fleanbl.SLDPRT относится к конфигурации 5 KB My Computer в спецификации I Имя документа Рис. 5.30. Папка проекта прописана в свойствах конфигурации, к которой прикреплен проект Редактирование проекта Редактирование данных проекта производится в следующих окнах:
General Settings (Общие редактирование базовой части проекта, за исключением настроек системы единиц измерения и настроек уровней решения и разрешения геометрии сеткой;
Unit System (Система единиц) Ч настройка системы единиц измерения;
Computational Domain (Расчетная редактирование размеров расчетной области, задание плоскости симметрии течения, задание дву мерной задачи;
Automatic Initial Mesh (Автоматическая начальная сетка), Initial Mesh (Начальная настройка параметров, определяющих расчетную сетку задачи;
246 Глава О Calculation Control Options (Опции управления настройка опций управления расчетом, таких как уровень решения, критерии сходи мости, моменты результатов, адаптация расчетной сетки к по лю течения и др.
Общие установки Для доступа к окну General Settings (Общие установки) выберите | General Settings (FloWorks | Общие установки).
Содержимое окна General Settings всегда отражает текущее состояние про екта COSMOSFloWorks. Наполнение и структура окна General Settings прак тически полностью повторяет структуру данных Wizard (Мастера проек тов). Значение установок окна General Settings подробно рассматривается в разд. "Мастер проекта" данной главы (шаги В отличие от Мастера проектов, данные в General Settings распределены по страницам определенного типа (рис.
Вращающаяся система координат Общие установки Analysis Internal Мой проект conditions Тип axis of the Текучие среды ;
Fluid Roughness ' transfer solid transfer i Твердые wall Initial Conditions and Начальные Time dependent Х Аэрогидродинамика и теплопередача База данных по текучим веществам Добавить Текучие вещества проекта л Fluid Path Х: : ' Acetone FW SL FW. Water SP FW Х: ' SL - : Rotating leterence И Solids Propane outer л1.... Х ft Х Х ' - Ж Cancel | | Применить Рис. 5.32. Кнопка Replace позволяет заменить во всем проекте одно вещество на другое Если вы заменяете вещество (компонент текучей среды или твердое тело), то все данные заменяемого вещества автоматически переносятся на заменяющее его новое вещество. Данная опция удобна, если в проекте рассматривается многокомпонентная среда. Например, в диалоговом окне Boundary Condi tion (Граничные условия) вы задали параметры смеси на входе в модель. За тем, если хотите посмотреть, как замена одного компонента текучей смеси на другой повлияет на результаты расчета, то используйте опцию Replace (За менить) для замены одного компонента другим. Если вместо этой опции ис пользовать опцию Add (Добавить), то придется заново задавать все исходные данные, связанные с новым компонентом. Стандартная кнопка Apply (Применить) позволяет сохранять внесенные из менения без выхода из окна. Единицы измерения COSMOSFIoWorks позволяет выбрать удобную для пользователя систему единиц, в которой задаются исходные данные и просматриваются получен ные результаты. Для этого можно выбрать одну из стандартных систем еди ниц, предлагаемых COSMOSFIoWorks, либо сформировать новую систему единиц как произвольную комбинацию единиц Ч стандартных либо создан ных пользователем. Чтобы изменить систему единиц текущего проекта, выберите | Units (FJoWorks | Система единиц) (рис. 5.33). Чтобы посмотреть используемые в проекте единицы измерения различных физических величин или изменить используемую в проекте систему единиц, откройте в дереве Parameter (Параметр) папку с интересующими вас физи ческими величинами. Например, (Основные физические величины), Глава Geometrical Characteristics (Геометрические величины), Loads&Motion (На грузки и движение) и т. д. Система единиц Система единиц Название Name Units. - - Сохранить Комментарий - '. Units 1.0 Unit S ' Main length Х Velocity г Х Mach 2 E Angle Э /second Х j Х Производная. единица Heat.+ Medium измерения Рис. 5.33. С помощью окна Unit System можно изменить стандартную систему единиц Примечание Единица измерения шероховатости задается для величины Roughness (Шеро ховатость), расположенной в папке Geometrical Characteristic. Чтобы изменить используемую в проекте единицу измерения, щелкните со ответствующую ячейку в столбце Units (Система единиц) и выберите из предлагаемого списка нужную единицу измерения. Последний элемент спи ска называется Unit (Производная единица измерения). Выберите Custom Unit, если хотите создать (с помощью арифметических операций) новую единицу измерения, производную от соответствующей единицы изме рения системы СИ. Производная единица измерения получается как результат арифметического выражения от соответствующей единицы системы СИ. Например, можно ис пользовать в проекте в качестве единицы измерения нанометр, если указать его связь с метром. Для этого в окне Custom Unit необходимо задать сле дующие параметры: Unit name (Имя единицы) Ч имя единицы, отображаемое в окнах задания исходных данных и при просмотре результатов; Unit to SI formula (Формула пересчета единицы в систему СИ) Ч функ ция, в которой параметром является значение, выраженное в создаваемой единице измерения, а результатом Ч значение в системе СИ. Щелкните кнопкой Unit для обозначения параметра функции. Например, to SI formula для нанометра имеет вид: Аэрогидродинамика и теплопередача SI to unit formula (Формула пересчета из системы СИ) Ч функция, в ко торой параметром является значение, выраженное в единицах системы СИ, а результатом Ч значение, выраженное в создаваемой единице изме рения. Щелкните кнопкой SI для обозначения параметра функции. На пример, SI to unit formula для нанометра имеет вид: Чтобы изменить число десятичных знаков при визуализации данной единицы измерения, щелкните соответствующую ячейку в столбце Decimal places (Число десятичных знаков) и используйте направленные вверх и вниз стрелки в поле редактирования. Если хотите использовать в проекте другую систему единиц, щелкните Load (Загрузить) и выберите нужную систему в диалоговом окне Load from Database (Загрузка из базы данных). Чтобы сохранить сформированную вами систему единиц, щелкните Save (Сохранить) и в появившемся диалоговом окне Save to Database (Сохранить в базе данных) введите ее название в поле Unit system name (Название системы единиц). Укажите также папку в Engineering Database (Инженерная база данных), где эта система будет хра ниться. Выбранная (или созданная) вами система единиц будет использоваться в те кущем проекте по умолчанию при задании исходных дан ных проекта и при просмотре результатов расчета. Поэтому при вводе исход ных данных проекта в данной системе единиц нет необходимости вместе с числами вводить символы единиц измерения. Однако если вы хотите ввести данные в других единицах измерения, то можете это сделать, введя рядом с числами символы этих единиц измерения. Эти символы должны быть такими же, как в базе данных Units (Система единиц). Что касается числа десятич ных знаков у вводимых исходных данных, то оно может быть любым Ч все десятичные знаки будут восприняты правильно. Расчетная область Все расчеты течения и теплопередачи в твердом теле выполняются в преде лах расчетной области. При создании нового проекта с помощью Wizard (Мастер проектов) COSMOSFIoWorks автоматически создает расчетную об ласть вокруг модели. Расчетная область представляет собой прямоугольный параллелепипед, при чем как в случае трехмерного расчета, так и в случае двумерного расчета. В случае двумерного расчета расчетная область имеет границами в третьем измерении две параллельные плоскости с одной ячейкой базовой сетки (basic mesh) между ними. Грани расчетной области параллельны трем плоскостям по умолчанию (плоскости "Спереди", "Сверху", "Слева"). Граничные плоскости расчетной Глава области внешних задач (External problems) автоматически располагаются на некотором расстоянии от модели. Граничные плоскости расчетной области внутренних задач (Internal problems) автоматически проводятся по габаритам модели, если опция Heat transfer in (Теплопередача в твердых телах) включена, или по габаритам только проточного тракта, если эта опция не включена. Окно Computational Domain (Расчетная область) предназначено для измене ния размеров расчетной области. Для вызова окна Computational Domain из меню выберите пункт Computational Domain или щелкните правой кнопкой мыши на иконке Computational Domain в Дереве анализа и в появившимся контекстном меню выберите Edit Definition (Редактировать задание). Размеры расчетной области зависят от типа и условий задачи и определяются автоматически COSMOSFloWorks. Тем не менее в некоторых случаях может потребоваться изменить размеры расчетной области. Размеры расчетной области могут стать неадекватными вследствие внесения следующих изменений в уже созданный проект: изменение вектора скорости внешнего потока (по величине и/или по на правлению). Для задач внешнего типа оптимальной формой расчетной об ласти считается форма, размер которой в направлении вектора скорости внешнего потока больше двух других размеров, т. к. именно в этом на правлении распространяется основное возмущение. Это учитывается при создании проекта с помощью Wizard (Мастера проекта). Если же вы по меняли направление или величину скорости внешнего потока в окне General Settings, то вам необходимо соответствующим образом поменять размеры расчетной области; переключение типа задачи (внешняя или внутренняя). Во избежание этого необходимо переустановить размеры расчетной области после внесения изменений. Это можно сделать на вкладке Size (Размеры) ли бо в автоматическом режиме, либо заданием координат границ расчетной об ласти вручную. Чтобы переустановить границы расчетной области в автома тическом режиме, щелкните Reset (Восстановить). Если вы уверены, что решение рассматриваемой внутренней или внешней задачи (течение и, если решается сопряженная задача теплообмена, темпера турное поле в твердом теле) имеет одну или несколько плоскостей симмет рии, параллельных плоскостям расчетной области, то можете ограничить ими расчетную область, уменьшив ее таким образом. При этом необходимо по ставить условие Symmetry (Симметрия) на этих границах. Поскольку рас четная область уменьшается, то сокращаются требуемая память и время счета (рис. 5.34). Аэрогидродинамика и теплопередача область Рис. 5.34. Дорожка Кармана при обтекании цилиндра (двумерная нестационарная внешняя задача) При установке плоскостей симметрии имейте в что симметричность мо дели и симметричность набегающего потока не всегда гарантируют симметрич ность остальных областей течения. В качестве примера можно привести до рожку Кармана за цилиндром. Если в качестве граничного условия на отверстии, поверхности или в объеме задано интегральное граничное условие (например, массовый или объемный расход, мощность тепловыделения) и это отверстие (поверхность, объем) пе ресечено заданной плоскостью симметрии, то необходимо учитывать, что заданное значение граничного условия будет отнесено к той части отверстия (поверхности, объема), которое входит в расчетную область. Так, например, если плоскость симметрии делит площадь отверстия пополам, то будет не верным задание в качестве граничного условия реального расхода через это отверстие, а будет правильным задание половины от этого расхода (рис. 5.35). Плоскость симметрии Массовый расход=0,04 кг/с Массовый кг/с Рис. 5.35. Корректировка задания граничных условий в случае задания плоскости симметрии 252 Если вы уверены, что течение является двумерным плоским, то можете вы полнить двумерный расчет (2D plane flow) вместо трехмерного, что позволит сократить требуемую память и уменьшить время счета. Инженерная база данных Если в процессе создания проекта вы обнаружили, что в списке веществ, оп ределенных нет нужного вам вещества, необходимо до полнить этот список, создав желаемое вещество в Engineering Database (Инженерная база данных). Создание вещества подразумевает задание его имени и свойств. Данные инженерной базы общие для всех проектов, поэто му, однажды создав вещество, вы можете использовать его и в других про ектах. В Engineering Database (Инженерная база данных) хранится: информация по физическим свойствам различных газообразных (gas) и жидких (liquid) веществ, в том числе неньютоновских (non-Newtonian liquids) и сжимаемых жидкостей (compressible liquids), а также твердых (solid) веществ. Она включает постоянные значения и табличные зависи Х мости различных физических параметров от температуры и давления (по следнее Ч только для точек кипения и отвердевания жидкостей); кривые зависимости объемного расхода от перепада статического давле ния для ряда промышленных вентиляторов (fan curves); свойства пористых материалов (porous media); дополнительные визуализируемые параметры (custom visualization para meters) Ч определяются как функции (сформированные с помощью стан дартного набора математических операций) от физических параметров, визуализируемых по умолчанию, в результате значения этих параметров можно визуализировать так же, как все визуализируемые параметры; свойства поверхностей радиационного теплообмена (radiative surfaces); система единиц (units), в которой вы хотите задавать исходные данные и просматривать результаты расчета проекта. В дополнение к тому, что имеется в Engineering Database (Инженерная база данных) по умолчанию, пользователи могут ввести в эту базу данных свои вещества, кривые, единицы, параметры. Чтобы попасть в Engineering Database, выберите пункты | Tools | Engineering Database (FloWorks | Инструменты | Инженерная база данных). Все данные Инженерной базы данных хранятся в файле ChemBase.mdb, а все введенные пользователем данные Ч в файле оба файла хранятся в папке bin, которая находится в главной папке продукта, опре Аэрогидродинамика и теплопередача деляемой пользователем при установке. Эту папку можно сделать доступ ной и для других пользователей. По умолчанию вы используете файл ChemBaseUser.mdb. Чтобы использовать файл ChemBaseUser.mdb, храня щийся в другой папке, необходимо указать его расположение в окне общих установок Works Works Options) в ячейке Directory for the user Database (Папка пользователя Engineering Database). Для вызова окна Works Options выберите Инструменты | На стройки и далее нажмите кнопку Посторонняя фирма. На количество поль зователей, имеющих доступ одному и тому же файлу ChemBaseUser.mdb, ограничений нет, но когда один из пользователей сохраняет свои данные в этой базе данных, другие пользователи будут вынуждены ждать, пока завер шится процесс сохранения (рис. 5.36). Дополнительные визуализируемые Зависимости для аза данных Дерево базы...... fi1 j and I данных Fan Curves The value Specific heal Gases Specific heat ratio r Specific heat (fable) Твердые тела- S Пористые- материалы Системы 1 SI Поверхности Неньютоновские/Сжимаемые радиационного жидкости теплообмена Рис. 5.36. Окно Engineering Database Можно также импортировать инженерную базу данных от другого пользова теля. Для этого щелкните File | Import (Файл | Импортировать) и укажите ChemBaseUser.mdb файл этого пользователя. Вы можете корректировать и/или дополнять Инженерную базу данных толь ко в папках User Defined (Данные пользователя). Эти папки доступны в дере ве Database tree (Дерево базы данных). Если элемент базы данных (вещество, вентилятор и т. д.), свойства которого вы хотите подправить, находится в папке FW Defined (Данные COSMOS FloWorks), то его необходимо скопировать в папку User Defined (Данные 254 Глава пользователя) или в ее подкаталог. Вы можете скопировать элемент путем его перетаскивания мышью из одной папки в другую в дереве Database tree (Дерево базы данных) при нажатой клавише Если хотите дополнить базу данных новым элементом (веществом, вентиля тором и т. д.), выберите File | New | New Item (Файл | Новый | Новый эле мент). Выбрав или создав элемент, подкорректируйте или задайте его свойст ва на вкладках Item Properties (Свойства) и Tables and Curves (Таблицы и графики). Для сохранения внесенных изменений выберите File | Save (Файл | Со хранить). 5.5.4. Физические особенности Теплопередача в твердых телах Теплопередача в текучей среде, а также теплообмен между текучей средой и стенками модели (конвекция) рассчитываются в COSMOSFloWorks автома тически. Теплопередача в твердых телах по умолчанию не рассчитывается, но будет включена в расчет при решении сопряженной задачи теплообмена (conjugate heat transfer) (конвективный теплообмен + теплопередача в твердых телах) при выборе опции Heat transfer in solids (Теплопередача в твердых телах) в Wizard (Мастер проектов) или в General Settings (Общие установки). Для этого необходимо выбрать материалы твердых тел из Инженерной базы дан ных. Один из этих материалов необходимо также указать как заданный по умолчанию. Кроме того, необходимо задать начальную температуру твердых тел, используемую по умолчанию для тел. Если модель является сборкой или многотельной деталью, то для деталей (тел) модели вы можете задать другие материалы (из указанных для проекта) и начальные температуры с помощью диалоговых окон Material Condition (Материалы) и Initial Condition (Начальное условие). Наконец, вы можете задать поверхностные тепловые источники (Surface Sources) на выбранных поверхностях твердых тел, соприкасающихся с теку чей средой, а также объемные тепловые источники (Volume Sources) в вы бранных деталях или телах модели (для сборок или многотельных деталей). При включении опции Heat transfer in solids only (Только теплопередача в твердых телах) в рассматриваемой задаче рассчитывается только теплопере дача в твердом теле, т. е. текучая среда не задается. Аэрогидродинамика и теплопередача Радиационный теплообмен между поверхностями Если вы решаете задачу с учетом теплопередачи в твердых телах, причем их температура достаточно высока и/или окружающий их газ достаточно разре жен, так что радиационный теплообмен между твердыми телами и/или между ними и внешним пространством сопоставим с конвективным теплообменом (т. е. радиационный теплообмен играет заметную роль в данной задаче, зна чительно влияя на температуру твердых тел), то нужно отметить в проекте физическую особенность Radiation (Радиационный теплообмен) и задать степень черноты поверхностей твердых тел, участвующих в радиационном теплообмене. Кроме того, если необходимо, можно задать радиационный по ток к твердым телам от границ расчетной области в текучей среде (Environ ment radiation). В результате этот поток будет нагревать доступные ему по верхности твердых тел. В Engineering Database (Инженерная база данных) имеются следующие стандартные типы поверхностей радиационного теплообмена: Non-radiating surface (Неизлучающая/непоглощающая Ч эта поверхность не участвует в радиационном теплообмене, т. е. не излу чает, не поглощает и не отражает радиационно передаваемое тепло; О Absorbent wall (Абсорбирующая стенка) Ч эта поверхность полностью поглощает все радиационно передаваемое тепло, пришедшее на нее, т. е. как абсолютно черное тело, но, в отличие от абсолютно черного тела, со всем не излучает тепло; О (Абсолютно черная стенка) Ч эта поверхность имеет сте пень черноты, равную 1 (абсолютно черная поверхность), т. е. полностью поглощает все пришедшее на нее радиационно передаваемое тепло и из лучает тепло по закону Стефана Ч Больцмана; wall (Абсолютно белая стенка) Ч эта поверхность имеет сте пень черноты, равную 0 (абсолютно белая поверхность), т. е. полностью отражает все пришедшее на нее радиационно передаваемое тепло (по за кону Ламберта), при этом свое тепло не излучает, т. е. температура этой поверхности не влияет на радиационный теплообмен; О Symmetry (Симметрия) Ч если на стенке задано граничное условие Ideal Wall (Идеальная стенка) в качестве плоскости симметрии задачи и в зада че рассчитывается радиационный теплообмен, то на этой стенке необхо димо также задать тип поверхности радиационного теплообмена Symme try (Симметрия); Blackbody opening/outer boundary (Абсолютно черное отверстие или внешняя граница) Ч эта граница имеет степень черноты, равную 1 (абсо лютно черная граница), т. е. излучает тепло внутрь расчетной области как 256 Глава абсолютно черное тело, но ее температура задается пользователем на гра ницах расчетной области внешней задачи в поле Environment radiative temperature (Температура излучения окружающей среды) в окне Wizard (Мастер проектов) или General Settings (Общие установки), а на отвер стиях модели в поле Radiative temperature (Температура излучения) окна Radiative surface (Поверхность радиационного теплообмена); Solar opening (Солнечное излучение) Ч задается в окне Radiative surface (Поверхность радиационного теплообмена) на некоторой поверхности (от верстии модели или границе расчетной области, лежащей в текучей среде) как излучение тепла от этой поверхности внутрь расчетной области или внутрь модели в заданном направлении (Direction) и с заданной интен сивностью (Intensity); Real surfaces (Поверхности материалов) Ч набор поверхностей типа Wall (см. далее), степень черноты которых соответствует степени черноты наиболее используемых материалов. При задании на выбранной поверхности радиационного теплообмена задаются coefficient (Степень черноты) и одно из следующих свойств поверхности, участвующей в радиационном теплообмене: Wall (Стенка) Ч означает, что излучение тепла поверхностью будет опре деляться заданной степенью черноты (Emissivity coefficient) в диапазоне от 0 до 1 (т. е. можно задать поверхность как серое тело); П Opening/outer boundary (Отверстие или внешняя граница) Ч означает, что отверстие модели или граница расчетной области внешней задачи бу дет излучать тепло внутрь расчетной области в соответствии с заданной степенью черноты этой границы в диапазоне от 0 до 1. Температура этой граничной поверхности не вычисляется, а задается пользователем; П Wall to ambient (Излучение стенки во внешнюю среду) Ч означает, что поверхность твердого тела излучает тепло во внешнюю среду в соответст вии с заданной степенью своей черноты в диапазоне от 0 до 1, но это теп ло не попадает на стенки модели, т. е. исчезает во внешней среде. Предполагается, что текучие среды не излучают и не поглощают передаваемое тепло (т. е. они прозрачны для радиационной передачи тепла), так что радиационная теплопередача рассматривается только для поверхно стей твердых Если излучающие тепло твердые поверхности не заданы как абсолютно черные или абсолютно белые, то предполагается, что они серые, т. е. имеют непре рывный спектр излучения, подобный спектру излучения абсолютно черного те ла, так что их тепловое излучение одинаково на всех длинах волн. Таким обра зом, рассматривается только полное радиационное излучение, проинтегриро Аэрогидродинамика и теплопередача ванное по всем длинам волн. Для конкретной поверхности конкретного мате риала (некоторые из них имеются в Engineering Database) степень черноты поверхности может зависеть только от ее температуры. Предполагается, что излучение тепла с поверхностей твердых тел является диффузным, т. е. подчиняющимся закону Ламберта, согласно которому яркость излучения, т. е. плотность потока энергии в единичном телесном одинако ва во всех направлениях. Радиационный теплообмен рассчитывается одновременно с конвективным те плообменом и теплопередачей в твердых телах. При просмотре результатов расчета можно визуализировать следующие ха рактеристики радиационного теплообмена. Локальные характеристики (плотность потока энергии) в окне Surface Plots (Картины на поверхности): Х Net radiant flux (Плотность суммарного радиационного теплового по тока) Ч разность между плотностью радиационного теплового потока, уходящего с поверхности, и радиационного теплового потока, прихо дящего на нее, положительная величина этой разности означает, что плотность уходящего радиационного теплового потока больше плотно сти приходящего радиационного теплового потока; Х Leaving radiant flux (Плотность уходящего радиационного теплового потока) Ч плотность радиационного теплового потока, уходящего с поверхности. Интегральные характеристики (мощность) в окне Surface Parameters (Па раметры на поверхности): Х Net radiation rate (Суммарный радиационный тепловой поток) Ч ин теграл плотности суммарного радиационного теплового потока по дан ной поверхности; Х Leaving radiation rate (Уходящий радиационный тепловой поток) Ч интеграл плотности уходящего радиационного теплового потока по данной поверхности. Тела, прозрачные для теплового излучения Помимо поверхностей, не участвующих в радиационном теплообмене (Non radiative surface), в COSMOSFloWorks (начиная с версии 2005) возможно ука зать, что тело (компонент сборки или тело многотельной детали) является прозрачным для теплового излучения, т. е. тепловое излучение проходит сквозь тело, не поглощаясь и не отражаясь, а само тело тепло не излучает. Такое тело, тем не менее, обменивается теплом с окружающей средой за счет теплопередачи в твердых телах и конвективного теплообмена с текучей сре дой. Такие тела могут использоваться, например, для моделирования грани 9 258 Глава которая является разделителем между объемами текучих сред, но при этом не препятствует теплообмену между этими текучими средами за счет радиации (например, стекла лампочки). Чтобы указать, что тело является прозрачным для теплового излучения, вы берите Works | Radiation transparent bodies (FloWorks | Прозрачные для излучения тела). Далее в списке компонентов выделите нужный компонент и нажмите Disable (Отключить). Турбулентность В COSMOSFIoWorks по умолчанию течение в разных областях (в ядре пото ка, в пограничном слое около стенок модели) рассчитывается либо как тур булентное, либо как ламинарное, либо как переходное, в зависимости от зна чений соответствующих критериев. Если вы хотите, чтобы течение во всех областях рассчитывалось как ламинарное, можно отключить турбулентность, отметив опцию Laminar Only (Всюду ламинарное течение) в Мастере проек тов (Wizard) или в окне Общие установки (General Settings). Можно также указать, что течение турбулентное всюду в расчетной области, Ч для этого в этих диалоговых окнах отметьте опцию Turbulent Only (Всюду турбулент ное течение). По умолчанию параметры турбулентности (Turbulence parameters) задаются автоматически. В случае необходимости можно самим задать параметры тур булентности: либо интенсивность турбулентности и турбулентную длину (т. е. линейный масштаб турбулентности), либо энергию турбулентности и турбулентную диссипацию. В большинстве случаев трудно заранее оценить параметры турбулентности потока, поэтому рекомендуется использовать те значения, которые задаются по умолчанию. Параметры турбулентности за даются в качестве начальных условий и входных граничных условий, а также внешних условий для внешних течений. Кроме того, на стенках входных от верстий всегда, в том числе по умолчанию, задаются Boundary layer parame ters (параметры пограничного слоя). Тип пограничного слоя в COSMOSFIoWorks по умолчанию определяется в зависимости от значения числа Рейнольдса, определенного по эквивалент ному гидравлическому диаметру входного где А Ч площадь отверстия, Р Ч периметр отверстия. При этом толщина пограничного слоя по умолчанию определяется по эффек тивной длине стенки, зависящей от этого числа Рейнольдса. Аэрогидродинамика и теплопередача Нестационарные задачи В COSMOSFloWorks задачи всех типов решаются с помощью решения не стационарных уравнений Стационарные задачи решаются методом установления решения во времени от заданных пользователем на чальных условий. Шаги по времени проводятся до тех пор, пока изменения параметров во времени не станут достаточно малыми. Тогда решение счита ется установившимся (сошедшимся). В общем случае, начальные условия для таких задач могут быть заданы достаточно произвольно. Однако, задавая на чальные условия ближе к искомому решению, можно ускорить процесс уста новления решения. Для внешних (external) задач начальные условия автома тически задаются такими же, как внешние условия (ambient conditions), т. е. параметры невозмущенного набегающего потока. При решении нестационарных (time-dependent) задач шаги по времени вы полняются от начальных условий до тех пор, пока не будет пройден задан ный интервал физического времени задачи. В отличие от стационарных за дач, начальные условия для нестационарных задач, в общем случае, должны быть достаточно точными, за исключением нестационарных задач с устано вившимся периодическим решением (например, в случае задания периодиче ских граничных условий), начальные условия для которых могут быть произ вольными, но требуется дополнительное время для исключения их влияния на решение. Стационарные задачи решаются методом установления решения во времени с использованием локальных шагов по времени, т. е. шаг по времени определя ется для каждой ячейки расчетной сетки индивидуально, а именно с учетом параметров течения, рассчитанных в данной ячейке. При решении нестацио нарных задач шаг по времени во всех ячейках одинаковый и по умолчанию определяется COSMOSFloWorks автоматически на основании рассчитанных параметров течения во всей расчетной области. Если нужно получить более точное решение нестационарной задачи (с помощью задания более мелкого шага по времени по сравнению с автоматически выбираемым, например, для разрешения высокочастотного периодического решения) или быстрее рассчи тать теплопередачу в твердых телах (с помощью задания более крупного ша га по времени по сравнению с автоматически выбираемым, например, в том случае, когда картина течения устанавливается существенно быстрее), в этих случаях целесообразно задавать шаг по времени вручную. Если решается не стационарная задача расчета только теплопередачи в твердых телах, т. е. без расчета текучей среды, то лучше задать шаг по времени вручную. Для решения нестационарной задачи требуется задание интервала физиче ского времени задачи. В Wizard (Мастере проектов) он задается как Total analysis time (Длительность процесса). Альтернативный способ его зада 260 Глава ния Ч в окне Calculation Control Options (Опции управления расчетом) как Maximum physical time (Максимальное физическое время задачи), опреде ляющее момент завершения расчета. Кроме можно задать моменты со хранения результатов расчета в системе отсчета физического времени задачи. В Мастере проектов они задаются в окне Time Settings (Установки времени) Output time moments (Моменты выдачи результатов), можно также за дать Output time step (Временной шаг выдачи результатов). Альтернативный способ их задания Ч в диалоговом окне Calculation Control Options (Опции управления расчетом) в виде стратегии и моментов сохранения результатов расчета. Нестационарные граничные условия задаются с помощью окна Design (Задание). Течение с большим числом Маха Если плотность текучей среды зависит от давления, то, в случае существен ного влияния этой зависимости на характеристики течения, целесообразно учитывать сжимаемость этой среды. В газы всегда рассматриваются как сжимаемые, а жидко сти обычно рассматриваются как несжимаемые, но при необходимости могут быть заданы сжимаемыми (compressible liquids). Если максимальная скорость течения газа в задаче превышает число Маха (Mach number) M = 3 при решении стационарной задачи или 1 при решении нестационарной задачи, то необходимо отметить High Mach number flow (Течение с большим числом Маха) в окне Wizard (Мастер проектов) или General Settings (Общие установки). При этом не рекомендуется включать опцию High Mach number flow (Течение с большим числом Маха) в тех слу чаях, когда сверхзвуковое течение имеется только в относительно небольшой области, а в большей части расчетной области течение дозвуковое. Если об ласть, занятая сверхзвуковым течением, занимает примерно половину (или больше половины) расчетной области, то рекомендуется включить опцию High Mach number flow. Если эта опция не выбрана, а заданные начальные граничные условия указывают на максимальную скорость потока М > 3 в стационарной задаче или М > 1 в нестационарной задаче, то COSMOSFloWorks выдает соответст вующее предупреждение. В процессе решения задачи COSMOSFloWorks также будет информировать о том, превышает ли максимальная скорость по тока указанные выше значения или нет. Имейте в виду, что указание High Mach number flow (Течение с большим числом Маха) для низкоскоростного течения газа (максимальное число Маха 1,5) может привести к сниже нию точности расчета. Аэрогидродинамика и теплопередача Гравитационные эффекты Для задач со свободной конвекцией необходимо в окне Wizard (Мастер про ектов) или General Settings (Общие установки) отметить Gravitational effects (Гравитационные эффекты) и задать вектор гравитационного ускорения в ок не Gravitational Settings (Гравитационные данные). Если в вашем проекте рассматриваются жидкости, то проверьте наличие за висимости их плотности от температуры в Инженерной базе данных. Если в вашем проекте рассматриваются газы, то учет гравитации возможен только в том случае, если опция High Mach number flow (Течение с большим числом Маха) не выбрана. Если учитываются гравитационные эффекты (gravitational effects), то по умолчанию автоматически включается опция Pressure potential (Давление в точке отсчета). Если эта опция включена, то задаваемое в качестве начальных и граничных условий статическое давление рассматривается как дав ление в точке начала используемой в расчете Глобальной системы координат проекта (Global Coordinate System), а необходимое для проведения расчета абсолютное давление определяется по этому давлению следующим образом: где р Ч средняя по расчетной области плотность текучей среды, Ч ком поненты заданного вектора гравитационного ускорения, х, у, z Ч координа ты используемой в расчете Глобальной системы координат проекта. Если оп ция Pressure potential (Давление в точке отсчета) не включена, то задаваемое в качестве начальных и граничных условий статическое давление рассматри вается как абсолютное. 5.5.5. Задание граничных и начальных условий Всякая решаемая с помощью COSMOSFloWorks задача должна иметь на чальные и граничные условия. В случае решения стационарной задачи на чальные условия влияют на скорость установления, тогда как граничные ус ловия полностью определяют картину течения. В случае решения нестацио нарной задачи картина течения зависит как от начальных, так и от граничных условий. Начальные условия В COSMOSFloWorks стационарные задачи решаются в результате установле ния решения нестационарных уравнений Навье Ч Стокса во времени при выполнении шагов по времени (как итераций) от заданного начального со Глава стояния среды (начальных условий). Естественно, начальные условия, т. е. начальные распределения значений независимых переменных задачи, долж ны быть заданы во всей расчетной области. Чтобы решить стационарную за дачу за более короткое время, задайте начальные условия ближе к искомому решению (вместо заданных по умолчанию начальных условий). Если решается нестационарная задача, то заданные начальные условия по определению должны в точности отражать начальное состояние среды перед развитием рассматриваемого процесса во времени, за исключением тех случаев, когда ищется периодическое нестационарное решение, не зависящее от начальных условий (например, если заданы периодические во времени не стационарные граничные условия), Ч в этом случае начальные условия мо гут быть любыми, но потребуется дополнительное время для исключения их влияния на искомое решение задачи. Если решается внешняя (external) задача, то начальными условиями являются заданные в окнах Wizard или General Settings внешние условия (Ambient Conditions), т. е. значения независимых переменных невозмущенного внеш него течения. Обзор начальных условий, задаваемых в COSMOSFloWorks, представлен в табл. 5.8. 5.8. Начальные условия Тип начального условия Окно Условия, задаваемые во всей расчетной области Независимые значения параметров текучей среды: Wizard, General Settings (Initial and Ambient Х статические температура и давление (для газов воз Conditions) можны комбинации "температура и плотность" или "давление и Х компоненты вектора скорости (для газов также воз можно задание числа Маха); Х концентрации (относительные, по массе или по объ ему) компонентов для многокомпонентной среды; Х параметры турбулентности (интенсивность и длина турбулентности или турбулентная диссипация энергия турбулентности) В качестве начальных условий могут быть использова- Wizard, General Settings ны результаты одного из предыдущих вы- (Initial and полненного в данном или каком-либо другом проекте Conditions); Run, Batch Run (Только для использования предыдущих результатов текущего проекта) Аэрогидродинамика и теплопередача Таблица 5. Тип начального условия Окно Температура твердых тел (Если решается задача с Wizard, General Settings учетом теплопередачи в твердых телах (опция Heat (Initial and Ambient transfer in solids Conditions) Заданные в Wizard, General Settings значения распространяются на все поле те чения и все твердые тела, если не переопределены для отдельных тел и объемов текучей среды 2. Условия, задаваемые в локальном объеме Параметры текучей среды: Initial Condition Х Статические температура и давление (для газов возможны комбинации "температура и плотность" или "давление и Х Компоненты вектора скорости (для газов также воз можно задание числа Маха); Х Концентрации (относительные, по массе или по объему) компонентов для многокомпонентной среды; Х Параметры турбулентности (интенсивность и длина турбулентности или турбулентная диссипация и энергия турбулентности) Температура твердых тел (Если решается задача с Initial Condition учетом теплопередачи в твердых телах (опция Heat transfer in solids Примечание Если тела, рассматриваемые как жидкостные объемы, частично заходят на де тали, представляющие твердые тела, то приоритет отдается последним, т. е. область перекрытия рассматривается как твердое тело. Граничные условия Граничные условия для внешних (external) и внутренних (internal) задач за даются по-разному: при решении внешних задач вы задаете граничные условия на всех грани цах расчетной области (computational domain) как внешние условия (ambi ent) или условия симметрии (symmetry), а также, если необходимо, на по верхностях модели, например, на ее отверстиях (openings); П при решении внутренних (internal) задач вы задаете граничные условия на поверхностях модели, т. е. на ее стенках (wall) и отверстиях (openings), a также, если необходимо, условие симметрии (symmetry) на границах рас четной области. Глава Обзор граничных условий представлен в табл. 5.9. Таблица 5.9. Граничные условия Тип граничного условия Окно Условия, задаваемые на границах расчетной области Параметры внешней (относительно модели) текучей Wizard, General Settings среды (при решении внешней (External) задачи): (Initial and Ambient Conditions) Х статические температура и давление (для газов воз можны комбинации "температура и плотность" или "давление и Х компоненты вектора скорости (для газов также воз можно задание числа Маха); Х концентрации (относительные, по массе или по объ ему) компонентов для многокомпонентной среды; Х параметры турбулентности (интенсивность и длина турбулентности или турбулентная диссипация и турбулентности) Если граница расчетной области является плоскостью Computational Domain симметрии течения, то на ней задается условие сим метрии (Symmetry). Это может быть сделано как для внешних, так и для внутренних задач В качестве граничных условий можно использовать ре- Transferred Boundary зультаты одного из предыдущих расчетов (причем не Condition обязательно из текущего проекта), при этом значения физических параметров, полученные в ранее проводи мом расчете, будут использоваться в текущем проекте в качестве граничного условия. Это может быть сдела но как для внешних, так и для внутренних задач 2. Условия, задаваемые на отдельных (выделяемых пользователем) поверхностях Условия на поверхностях, определяющих отверстия Входная/выходная скорость (для газов также число Ма- Boundary Condition ха) Входной/выходной массовый расход Boundary Condition Входной/выходной объемный расход Boundary Condition Статическое/полное давление Boundary Condition Вентиляторы (идеальное устройство, задающее зави- Fans симость объемного расхода от перепада статического давления на этом устройстве) Входные граничные условия включают также температуру текучей среды, концен трации (относительные, по массе или по объему) компонентов многокомпонентной среды, параметры турбулентности и пограничного слоя. Кроме того, возможно за дание входного профиля и направления течения, в том числе закрутки потока Аэрогидродинамика и теплопередача Таблица 5.9 (продолжение) Тип граничного условия Окно 2.2. Условия на стенках Температура стенки Boundary Condition Boundary Condition Коэффициент теплоотдачи (а) Адиабатическая стенка без трения Boundary Condition Поверхностные тепловые источники: Surface Source Х с заданной тепловой мощностью; Х с заданным удельным тепловым потоком Если решается внутренняя задача (Internal) с учетом Boundary Condition теплопередачи в твердых телах (опция Heat transfer in solids включена), то на внешних поверхностях модели, которые не контактируют с текучей средой проекта, но расположены внутри расчетной области, можно задать тепловые граничные условия, определяющие теплооб мен модели с внешней средой: Х температура внешних стенок; Х коэффициент теплоотдачи (а) на внешних стенках Тип радиационной поверхности (при учете радиоактив- Radiative Surface ного теплообмена) Шероховатость Boundary Condition Тангенциальная скорость поверхности (для моделиро- Boundary Condition вания плоскопараллельного, тангенциального или вра щательного движения поверхности) Стационарная поверхность (для моделирования непод- Boundary Condition вижной в абсолютной системе координат осесиммет ричной поверхности при расчете во вращающейся теме координат) Значения физических параметров, полученные в ранее Transferred Boundary проводимом расчете, могут быть перенесены на по- Condition верхность текущего проекта и использоваться в ве граничного условия Условия на заданные в окнах Boundary Condition, Surface Source и Radiative Surface, переопределяют условия, заданные по умолчания в окнах Wizard или General Settings 3. Условия, применяемые по умолчанию на всех стенках модели Wizard, General Settings Шероховатость (Roughness) 266 Глава Таблица 5.9 (продолжение) Тип граничного условия Окно Если теплопередача в твердых телах не рассчитывает- Wizard, General Settings ся (опция Heat transfer in solids выключена), то на всех (Default Wall Conditions) поверхностях контактирующих с текучей сре дой, задается одно из тепловых граничных условий: Х адиабатическая стенка (по умолчанию); Х температура стенки; Х поверхностные тепловые источники с заданной теп ловой мощностью; Х поверхностные тепловые источники с заданным удельным тепловым потоком Если в проекте рассчитывается теплопередача в твердых телах (опция Heat transfer in solids включена), то тепловые граничные условия на поверхностях сте нок модели, контактирующих с текучей средой, не задаются. Вместо этого решается сопряженная задача теплообмена на границе между текучей средой и твердым телом Если решается внутренняя задача (Internal) с учетом Wizard, General Settings теплопередачи в твердых телах (опция Heat transfer in (Default Outer Wall Condi solids включена), то на внешних поверхностях модели, tions) которые не контактируют с текучей средой проекта, но расположены внутри расчетной области, задаются теп ловые граничные определяющие теплообмен модели с внешней Х адиабатическая внешняя стенка (по умолчанию); Х температура внешних стенок; Х коэффициент теплоотдачи (а) на внешних стенках; Х тепловые источники на внешних поверхностях с за данным удельным тепловым потоком; Х тепловые источники на внешних с за данной тепловой мощностью Если решается задача с учетом радиоактивного тепло- Wizard, General Settings обмена (опция Radiation включена), то задается тип (Default Radiative Sur радиационной поверхности. По умолчанию Ч Non- face) radiative surface (Неизлучающая и непоглощающая по верхность) Если решается внутренняя задача (Internal) с учетом Wizard, General Settings радиоактивного теплообмена (опция Radiation включе- (Default Radiative Sur на), то дополнительно задается тип радиационной по- face) верхности для внешних поверхностей внутренней зада чи. По умолчанию Ч Non-radiative surface (Неизлучаю щая и непоглощающая поверхность) Аэрогидродинамика и теплопередача Таблица 5.9 (окончание) Тип граничного условия Окно 4. Условия, применяемые к объему Объемный источник: Volume Source Х с заданной температурой; Х с заданной мощностью тепловыделения; Х с заданной удельной мощностью тепловыделения Материалы твердых тел Material Condition Материалы пористых тел Porous Condition Примечание При задании граничных условий для внутренних задач необходимо следить за их непротиворечивостью. Например, стационарная внутренняя задача не может быть решена, если вы задали только Flow openings (Отверстия с заданным те чением) с условием Velocity (Скорость) и ни одного Pressure opening (Отвер стия с заданным давлением) Ч в этом случае практически невозможно обеспе чить баланс массового расхода через отверстия модели. Чтобы избежать таких проблем при решении задачи, в проекте желательно задать, по крайней мере, одно условие Pressure opening (Отверстие с заданным давлением). Для граничного условия, задаваемого на поверхности (в том числе и на по верхности крышки, определяющей отверстие), эту поверхность необходимо выделить в графической области. Для доступа к внутренним поверхностям удобно пользоваться опцией Выбрать другой, которая появляется в контек стном меню при нажатии правой кнопки мыши в области модели. Удобно также включить опцию выделения сквозь прозрачные детали Ч Выбор с по мощью прозрачности. Наконец, все поверхности тела можно быстро выде лить, щелкнув на имени этого тела в дереве проектирования (FeatureManager tree). При этом быстро снять выделение лишних поверхностей можно с по мощью инструмента Filter (Фильтр). См. разд. "Окно Boundary Condition (Граничное Для условия, задаваемого в объеме, объем может быть выделен либо в дереве проектирования, либо непосредственно в графической области при выделе нии его поверхности, ребра или вершины. Значения начальных и граничных условий могут быть заданы в констан ты, табличной или формульной зависимости от координат X, Z, 9, и времени t (для нестационарных задач) с помощью кнопки Design (Задание) и опции Reference axis (Ось задания), имеющихся в соответствующих окнах задания условий (за исключением значения шероховатости, которое может быть только константой). Здесь 9, Ч координаты сферической системы ко Глава ординат, Ч радиус в цилиндрической системе координат, ось которой зада ется в поле Reference axis (Ось задания) как одна из осей Глобальной или справочной системы координат. В тех окнах, где возможно задание параметров турбулентности, для их зада ния необходимо предварительно включить опцию Show advanced para meters (Показать дополнительные параметры). См. разд. "Турбулентность" данной главы. Окно Initial Condition (Начальное условия) Для вызова окна Initial Condition (Начальное условия) выберите Works | Insert | Initial Condition Вставить | Начальное условие). Окно Initial Condition служит для задания начальных значений параметров текучей среды или температуры твердого тела, отличающихся от используе мых по умолчанию (т. е. заданных в Wizard или General Settings) (рис. 5.37). Параметры Система координат Начальное условие Компоненты задания начального условия Ось Рис. 5.37. Окно Initial Condition используется для задания начальной температуры чипа На вкладке Definition (Определение) определяется объем, к которому приме няется начальное условие (Component to apply the initial condition), и ось задания (Reference axis) как одна из осей выбранной системы координат (Co ordinate system). В зависимости от того, к какому объему применяется условие (к твердому телу или телу, рассматриваемому как жидкостный объем), в окне Initial Condition задаются либо начальные значения параметров текучей среды, ли бо начальная температура твердых тел (последнее возможно при учете теп лопередачи в твердых телах). Аэрогидродинамика и теплопередача Определить полость, в которой задаются начальные значения параметров те кучей среды, можно двумя способами: создать компонент (деталь сборки или тело многотельной детали) по объ ему интересующей полости, а затем "отключить" компонент с помощью окна Component Control (Управление деталями), в результате чего объем, занимаемый компонентом, будет рассматриваться в как полость, заполненная текучей средой проекта. Наконец, находясь в окне Initial Condition, выделить компонент; выделить любую поверхность (в том числе и поверхность крышки, закры вающей отверстие), ограничивающую замкнутую полость (начиная с вер сии 2005). Выделить компонент можно, щелкнув на любой его ребре, вер шине или на его имени в дереве проектирования SolidWorks (Feature manager tree). Чтобы убрать компонент из списка, отметьте его в списке и нажмите клавишу Управление деталями Для вызова окна Component Control (Управление деталями) выберите | Component Control (FloWorks | Управление деталями) (рис. 5.38). Управление деталями Control Компоненты - Ч heat Включить Включить все Inlet Отключить Water Lid<1> Отключить все Lid<1> Рис. 5.38. Окно Component Control Выделив компонент в списке компонентов (Components) и нажав Disable (Отключить), вы указываете COSMOSFloWorks рассматривать этот компо нент как объем, занятый текучей средой. Начальные параметры текучей среды (или начальная температура твердых тел) задаются на вкладке Settings (Параметры) окна Initial Condition. 270 Глава Окно Boundary Condition (Граничное условие) В диалоговом окне Boundary Condition (Граничное условие), при решении как внутренних, так и внешних задач, задаются входные (Inlet) и выходные (Outlet) (относительно пространства, заполненного текучей средой) гранич ные условия течения, а также условия на выбранных поверхностях модели, соприкасающихся с текучей средой. Кроме того, тепловые граничные усло вия могут быть заданы на выбранных внешних поверхностях модели при ре шении внутренних задач с расчетом теплопередачи в твердых телах. Для внутренних течений необходимо задавать граничные условия на входных и выходных отверстиях модели, если таковые имеются (в этом нет необходи мости при их отсутствии, т. е. при расчете естественной конвекции в замкну той полости модели). В случае внешнего течения можно задать вдув (или от сос) потока с поверхности модели во внешнее пространство (или из него). Заданные граничные условия можно схематично визуализировать непосред ственно на модели в графическом окне с помощью окрашенных стрелок, ука зывающих направление потока и вид граничного условия. Для этого щелкни те правой кнопкой мыши элемент Boundary Condition (Граничное условие) в Дереве анализа COSMOSFloWorks и выберите Show (Показать) или Hide (Спрятать) в зависимости от того, хотите или не хотите показывать эти стрелки. Определение типа граничного условия Для вызова окна Boundary Condition (Граничное условие) выберите Works | Insert | Boundary Condition (FloWorks | Вставить | Граничное условие) (рис. 5.39). Вид граничного Параметры Система условия Граничное условие Тип граничного Отверстия с заданным течением Inlet Flow Отверстия с заданным давлением Flow Поверхности граничного условия - * Ось задания Фильтр Создать соответствующие цели Рис. 5.39. Окно Boundary Condition Аэрогидродинамика и теплопередача 27? На вкладке Definition (Определение) определяются следующие параметры граничного условия: О Basic set of boundary conditions (Тип граничного условия) Ч определяет тип задаваемого граничного условия. Здесь Opening (Отверстие) Ч по верхность, на которой вы задаете граничное условие, связанное с протека нием текучей среды через эту поверхность. Каждый тип граничных усло вий содержит несколько видов: Х openings (Отверстия с заданным течением) Ч предполагает зада ние граничного условия одного из следующих видов: Inlet Velocity (Входная скорость), Outlet Velocity (Выходная скорость); если текучая среда газообразная, то вместо абсолютной скорости может быть задано число Маха (Mach number), Inlet Mass flow rate (Входной массовый расход), Outlet Mass flow rate (Выходной массовый расход), Volume flow rate (Объемный расход). образом, помимо типа основного параметра (скорость или расход), задается направление потока через данную поверхность: "входной (inlet)" означает втекание в модель, а "выходной (outlet)" Ч вытекание. Входные граничные условия вклю чают также температуру текучей среды, концентрации компонентов многокомпонентной текучей среды, параметры турбулентности и по граничного слоя; Х Pressure openings (Отверстия с заданным давлением) Ч предполагает задание граничного условия одного из двух видов: Static pressure (Ста тическое давление) или Total pressure (Полное давление). При этом направление потока не задается; но на тот случай, если поток будет втекать через данное отверстие, задается температура текучей среды (fluid temperature), концентрации (concentrations) компонентов много компонентной текучей среды, параметры турбулентности (turbulence parameters) и пограничного слоя (boundary layer parameters); Х Wall (Стенка) предполагает задание на выделенной поверхности гра ничного условия одного из трех видов: Real Wall (Реальная позволяет задать отличающиеся от используемых по умолчанию (заданных в Wizard (Мастер проектов) или диалоговом окне General Settings (Общие шерохо ватость (Roughness), и/или коэффициент теплоотдачи (Heat transfer coefficient), и/или температуру (Temperature) поверхности стенки, контактирующей с текучей средой. Кроме того, граничное условие Real Wall (Реальная стенка) позволяет задать тангенциальную ско рость поверхности твердого тела на границе с текучей средой для моделирования плоскопараллельного, тангенциального, или враща тельного движения этой поверхности. Кроме если расчет про водится во вращающейся системе координат, то с помощью этого 272 граничного условия выбранную поверхность твердого тела на гра нице с текучей средой можно задать неподвижной в этой системе координат; Outer Wall (Внешняя поверхность) Ч позволяет задать температуру внешней поверхности модели (Wall temperature) или коэффициент теплоотдачи (Heat transfer coefficient) внешней поверхности моде ли и температуру внешней текучей среды (External fluid temperature) при решении внутренней задачи с расчетом теплопе редачи в твердых телах (т. е. при отмеченной опции Heat Transfer in Solids); Ideal Wall (Идеальная стенка) Ч позволяет задать выбранную по верхность модели адиабатической, без трения по ней текучей среды. Это условие может быть использовано для задания плоскостей сим метрии течения с целью уменьшения расчетной области и, соответ ственно, сокращения требуемой памяти и времени счета. Значения параметров задаются на вкладке Settings (Параметры). Для задания граничного условия необходимо в графической области экра на выделить поверхности, к которым будет применен тот или иной тип граничного условия. Названия выделенных поверхностей появляются в списке Faces to apply the boundary condition (Поверхности задания гра ничного условия). Для исключения поверхности из списка выделите ее имя в списке и нажмите клавишу ( Совет Удобно вызывать окно Boundary Condition следующим образом: в графиче ском окне щелкните правой кнопкой мыши на поверхности модели, для которой собираетесь задать граничное условие, и в появившемся контекстном меню выберите опцию Insert Boundary Condition (Вставить граничное условие). В этом случае выбранная поверхность сразу попадает в список Faces to apply the boundary Condition (Поверхности задания граничного условия). Кроме того, все поверхности тела можно быстро выделить, щелкнув на имени этого тела в Дереве проектирования (FeatureManager tree). Щелк нув Filter (Фильтр) можно снять выделение лишних поверхностей опреде ленного типа: Х Remove faces out of computational domain (Убрать поверхности вне расчетной области) Ч убирает из списка поверхностей задания гранич ного условия поверхности, расположенные за пределами расчетной об ласти; Х Remove outer faces (Убрать внешние поверхности) Ч убирает из спи ска поверхностей задания граничного условия внешние поверхности модели при решении внутренней задачи; Аэрогидродинамика и теплопередача Х Remove faces in contact with fluid (Убрать поверхности контакта с те кучей средой) Ч убирает из списка поверхностей задания граничного условия поверхности, контактирующие с текучей средой; Х Leave only outer faces and faces in contact with fluid (Оставить только внешние поверхности и поверхности контакта с текучей средой) Ч убирает из списка все поверхности кроме внешних и поверхностей, контактирующих с текучей средой. Этот способ, в частности, удобен при задании теплового условия на внешних поверхностях модели (Outer Wall). Если хотите задать поток с закруткой или в виде произвольных векторов скорости, или неравномерный по поверхности (поверхностям) распреде ления параметров, то в поле Coordinate System (Система координат) за дайте систему координат, в которой будете это делать. Если выделена плоская поверхность, COSMOSFloWorks использует систему координат, связанную с поверхностью. Такая система координат имеет свое начало в центре поверхности, а ее ось X ориентирована по нормали к поверхности. При этом в поле Coordinate System появляется название Face based coor dinate system (Координатная система, привязанная к поверхности), а сама система отображается в графическом окне. Вы также можете использовать любую справочную систему координат или Глобальную систему координат проекта (Global Coordinate System). Для использования спра вочной системы координат ее необходимо создать с помощью функции SolidWorks Вставка | Справочная геометрия | Координатная система и выделить в Дереве проектирования SolidWorks (FeatureManager tree). Глобальная система координат проекта (Global Coordinate System) выби рается из Дерева анализа COSMOSFloWorks или автоматически при уда лении другой системы координат из поля Coordinate System. Для удале ния системы координат выделите ее имя в поле Coordinate System и на жмите клавишу Иногда необходимо задать цель, связанную каким-либо образом с гранич ным условием задачи. Например, если задано граничное условие Отвер стие с заданным давлением (Pressure opening), то имеет смысл задать рас ход через эту границу в качестве поверхностной цели. COSMOSFloWorks позволяет это сделать автоматически Ч для этого нужно при задании гра условия отметить Create associated goals (Создать соответст вующие цели). Если интересующая цель была предварительно связана с 274 Глава этим типом граничного условия, она будет автоматически создана при создании. Связь различных задаваемых целей с типом граничного усло вия задается в диалоговом окне Options (Опции COSMOSFloWorks), вызываемом из меню SolidWorks при выборе Инст рументы | Параметры | Посторонняя фирма. Рис. 5.40. Координатная система, привязанная к поверхности, используется для задания закрутки потока Задание параметров граничного условия На вкладке Settings (Параметры) выбираются значения параметров, опреде ляющих граничное условие, тип и вид которого задан на вкладке Definition (Определение). Для задания значения или выбора параметра дважды щелкните его ячейку в столбце Value (Значение). Если необходимо задать параметр в виде зависи мости от координат или времени, щелкните сначала ячейку этого параметра в столбце Value, а затем Ч Design (Задание). Если выбрано граничное условие Flow opening с заданным тече нием) или Pressure opening (Отверстие с заданным давлением), то задаются следующие параметры: Flow Parameters (Параметры потока) Ч в зависимости от вида гранично го условия в качестве параметров потока во входном и выходном отвер стиях задаются скорость (Velocity) (или, как вариант, число Маха (Mach number) Ч только для газов) или расход Ч массовый (Mass flow rate) или объемный (Volume flow rate), Ч а также направление вектора ско рости (Flow vector directions). Предлагаются следующие способы задания направления вектора скорости (Flow vector directions): Аэрогидродинамика и теплопередача Х Normal to face (По нормали к вектор скорости пер пендикулярен поверхности; Х Swirl (Закрученный поток) Ч задается закрутка потока вокруг оси ци линдрической системы координат, заданной на вкладке (Оп ределение) в окне Reference axis (Ось задания). Параметры закрутки задаются с помощью следующих составляющих скорости: Angular velocity Ч угловая скорость, направление закрутки опреде ляется знаком этой скорости по правилу буравчика; Radial velocity Ч радиальная скорость; Х 3D vector (Произвольный вектор) Ч направление потока задается Х-, Y-, вектора скорости (in X, Y, Z directions), опреде ленными в декартовой системе координат, заданной на вкладке Definition (Определение) в поле Coordinate System (Система коорди нат). При этом если задана не скорость, а массовый или объемный рас ход, то абсолютные значения составляющих вектора скорости могут быть произвольными, т. е. они определяют только направление, но не величину скорости, которая в этом случае определяется внутри COSMOS Works по заданному вами расходу через данную поверх ность; Х Inlet profile (Входной для интегральных граничных усло вий потока, заданных на входе в модель, т. е. входного массового или объемного расхода, можно задать входной профиль скорости (напри мер, параболический), причем используемые для его задания величины скорости могут быть любыми, т. к. они будут автоматически пересчи таны в соответствии с заданным расходом. Для задания зависимости в цилиндрической системе координат снова используется Reference axis (Ось задания), определенная на вкладке Definition. Например, для зада ния параболического профиля скорости течения в трубе, показанного на рис. 5.41, нужно ввести в окно Design следующую зависимость: где значение диаметра трубы, переменная в формуле профиля (рис. 5.41); Х Fully developed tube profile (Полностью развитый профиль трубы) Ч для круглых входных отверстий (а также для плоских отверстий в рас чете двумерной Ч 2D Ч задачи) эта опция автоматически (в зависимо сти от числа Рейнольдса входного течения) задает входные профили скорости и параметров турбулентности (значений турбулентной энер гии и диссипации), соответствующих развитому профилю течения в цилиндрическом или плоском канале; Х Relative to rotating frame (Во вращающейся системе Ч скорость (или число Маха) задается в используемой для расчета вра Глава щающейся системе координат, т. е. как по которой абсолютная ско рость (т. е. в неподвижной системе координат) определяется сле дующим образом: = + со Х, где со Ч угловая скорость вращения системы координат, Ч радиус, отсчитываемый от оси вращения этой системы координат. Если флажок с этой опции снят, то задаваемая ско рость является абсолютной, т. е. определенной в неподвижной системе координат Примечание Массовый или объемный расход, заданный во вращающейся системе коорди нат (т. е. при отмеченной опции Relative to rotating frame), не изменится при переходе к (неподвижной) системе координат в том случае, если тангенциальная составляющая скорости, появляющаяся вследствие этого вра щения, является касательной к поверхности данного отверстия модели, следо вательно, не влияет на величину этого расхода (например, когда ось вращения перпендикулярна поверхности этого отверстия). Reference 7 8 9 exp sin 4 5 6 log COS 1 2 3 ( tan и У Cancel Help Рис. 5.41. Параболический профиль скорости, заданный в окне Design Thermodynamic parameters (Термодинамические параметры) задаются для граничных условий Inlet Flow opening (Входное отверстие с заданным течением) и Pressure opening (Отверстие с заданным давлением): Х Static pressure (Статическое давление) или Total pressure (Полное статическое или полное давления в соответствии с вы бранным типом граничного условия. Кроме того, если отмечена опция High number flow (Течение с большим числом Маха) в Wizard Аэрогидродинамика и теплопередача или General Settings, то на входных отверстиях с заданным потоком задается Approximate pressure (Примерное давление). Подробную ин формацию о Approximate pressure см. в. разд. "Граничные условия в за дачах с газами" данной Х Pressure potential (Давление в точке отсчета) Ч если задача решается во вращающейся системе координат (т. е. отмечена опция Rotating reference frame), то по умолчанию включается также опция Pressure potential (Давление в точке отсчета); Книги, научные публикации