Изучение газодинамики в рабочем пространстве печи высокоточного нагрева при различном количестве загруженных заготовок
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
В·ации расчетной области.
Тем не менее, при использовании МКО, центрированного по узлу, возникает ряд затруднений:
расчетная сетка и исходная геометрическая не совпадают;
расположение центров контрольного объема (или узлов геометрической сетки) прослеживается без затруднений, однако, формирование ячеек контрольных объемов представить гораздо сложнее;
контрольные объемы могут иметь форму значительно сложнее, чем элементы геометрической сетки;
расположение контрольных объемов на границах требует отдельного рассмотрения (Рис. 2, слева).
Преимуществом расположения контрольного объема вокруг узла геометрической сетки является высокая точность нахождения градиентов и производных, поскольку грани, на которых они вычисляются, расположены точно посередине между двумя соседними узлами геометрической сетки. При этом точность величин, полученных для расчетного узла интегрированием по контрольному объему, оказывается ниже [8].
В методе контрольного объема, центрированного по ячейке, для построения расчетной сетки используется уже имеющаяся геометрическая сетка. Грани контрольного объема совпадают с гранями ячейки исходной сетки, расчетным узлом является центр геометрической ячейки.
Указанная формулировка позволяет использовать уже готовые ячейки, созданные на этапе дискретизации расчетной области, в качестве контрольных.
Рисунок 2 - Расположение центров контрольного объема (или узлов геометрической сетки)
В этом виде МКО нет необходимости введения дополнительных условий при рассмотрении граничных областей (рис. 2, справа). С другой стороны, контроль за формированием расчетных узлов и их распределением по расчетной области становится весьма затруднительным.
Наибольшую точность при использовании ячеек геометрической сетки в качестве контрольных объемов имеют величины, полученные интегрированием по объему. Градиенты и производные, вычисляемые на гранях, будут иметь меньший порядок точности.
Численные методы, применяемые для решения задач газовой динамики, являются инструментом, позволяющим использовать имеющуюся математическую модель - систему Навье-Стокса [8]. Их использование в известном смысле расширило возможности исследователей, однако число пользователей до сих пор ограничивается узким кругом специалистов, непосредственно занимающихся вычислительной газовой динамикой.
Вычислительные комплексы для проведения расчетов по газовой динамике принято характеризовать по уровню сложности решаемых задач (поддерживаемое число узлов расчетной сетки, степень учета нелинейностей), по количеству моделей поведения жидкостей и газов. На сегодняшний день CFD-пакеты условно делятся на три класса.
Тяжелые - комплексы высокого класса, подходящие как для научных, так и инженерных расчетов, способные решать самые сложные задачи с учетом большого количества эффектов и использованием широкого набора математических подходов, в том числе специфических. К классу тяжелых относятся лидеры среди коммерческих CFD-пакетов - ANSYS CFX (ANSYS, Inc.), Star-CD (CD-adapco), FLUENT (ANSYS, Inc.совместно с Fluent, Inc.). Все они содержат большое число моделей турбулентности, способны решать задачи различной сложности с учетом горения, химических реакций, многофазных потоков, поддерживают различные типы сеток и т. д.
Среднего класса предназначены, главным образом, для расчетов инженерного уровня сложности. Набор используемых моделей также может быть достаточно широким. К этому разряду можно отнести COSMOSFloWorks (Solid Works Co.), STAR-CCM+ (CD-adapco), ANSYS FLOTRAN (ANSYS, Inc.).
Легкие - CFD-комплексы, использующие алгоритмы невысокой точности (используются, например, в качестве учебно-методических), либо имеющие узкую направленность расчета (специально созданные под определенную проблематику).
Подавляющее большинство CFD-решателей, реализованных в программах, основано на использовании МКО в различных вариациях.
Несмотря на разницу в возможностях программ разных классов, принципиальный порядок проведения расчета в них одинаков и представляет собой следующие действия:
а) подготовка расчетной модели. Она включает в себя:
) создание геометрической модели, описывающей расчетную область;
) генерацию сеточной модели на основе созданной геометрии;
) задание граничных и начальных условий;
) выбор физической модели расчета (например, модели турбулентности, теплопроводности, горения и т. д.) - препроцессинг.
б) Решение задачи в решателе;
в) Просмотр и оценка результатов - постпроцессинг;
г) Коррекция расчетной модели при необходимости (изменение геометрии, сеточной, физической модели).
д) Проведение решения с учетом изменений [9].
Коррекция расчетной модели становится необходимой после получения неудовлетворительных результатов в ходе решения. Однако к изменению параметров может привести желание проследить влияние сеточной модели (количество и параметры ячеек) на конечный результат, сходимость расчета, продолжительность расчета или же желание выявить адекватность применения выбранной физической модели.
Подготовка расчетной модели является основной стадией при проведении численного эксперимента. Это связано, прежде всего, с тем, что дальнейшее решение (его характер, точность, сходимость, устойчивость) во многом определяются теми походами и оценками реальной физической проблемы, которые затем были испол?/p>