Разработка методики расчета аэродинамических характеристик с помощью комплекса ANSYS CFX на примере (стр. 2 из 20)

· выбрать модуль для создания сетки и создать ее;

· провести сглаживание и дополнительное локальное измельчение;

· наложить граничные условия;

· экспортировать сетку в расчетный пакет, либо запустить расчетный проект на решение из оболочки ICEM CFD;

· отобразить результат расчета в удобной для восприятия форме;

· загрузить и редактировать расчетную сетку из расчетного пакета.

1.1.1 Импорт

Исходная геометрия на предприятиях обычно создается CAD пакетами высокого уровня, в дальнейшем она экспортируется в расчетные пакеты. Этот путь является наиболее целесообразным т.к. геометрические редакторы препроцессоров намного слабее чем специализированные пакеты. Геометрия может передаваться как математическим описанием сложных поверхностей, так и через поверхностную сетку. Первый путь наиболее удобен в дальнейшей работе, однако на данный момент не существует единого стандарта на представление CAD информации для передачи между различными пакетами и возможны ошибки при чтении файлов созданных сторонними пакетами.

1.1.2 Математическое описание поверхностей

Файлы нейтральных форматов, такие как iges позволяют передавать геометрию в математическом виде, как NURBS поверхности. Сохраненная модель в таком формате она может быть открыта сторонними пакетами. Однако в разных пакетах по разному интерпретируется формат описания в связи с чем возникают ошибки чтения. При импорте в ICEM CFD подобным образом также возможно возникновение подобных ошибок. Один из выходов из подобной ситуации со стороны CAD пакетов это упрощение геометрии, например если присутствуют замкнутые цилиндрические поверхности, то необходимо разрезать их на составляющие. Другой выход это редактирование с помощью геометрического редактора встроенного в ICEM CFD MED или импорт через ICEM DDN. Подобная проблема нейтральных файлов знакома не только пользователям ICEM CFD, но и всем кто пользуется разными пакетами для работы с CAD геометрией. ICEM CFD может также читать файлы форматов UG, GEMS, Capri, CATIA V4, DDN, IDI, I-DEAS, ProE, Cadds, Acis и DWG.

1.1.3 Поверхностная сетка

В сложившейся ситуации, когда представление геометрии как математического объекта и однозначная передача ее в другой пакет становится задачей нетривиальной, возникла необходимость для более простого и надежного способа передачи CAD информации. Передача через геометрическую поверхностную сетку позволяет решить все эти проблемы, однако следует заметить, что созданная геометрическая сетка в CAD пакетах не пригодна для выполнения расчетов и основная ее задача это однозначная передача информации. Наиболее часто используемый формат это STL файлы. Файл STL содержит информацию об узлах и полигонах (треугольники) натянутых на эти узлы. Модуль MED обладает неплохим инструментарием для работы с подобными сетками, так например вы можете из цельной STL поверхности образовать отдельные поверхности и создать в местах сшивки сплайны и точки. В дальнейшем можете работать как с поверхностями переданными математическим описанием.

ICEM CFD сохраняет отдельно файлы геометрии и файлы сеток в своем внутреннем формате. ICEM CFD позволяет импортировать поверхностную сетку как геометрию. Кроме того ICEM CFD позволяет импортировать сетку сторонних расчетных пакетов: Fluent, Nastran и Patran как геометрию.

CAD геометрия, как было написано выше, может экспортироваться как stl или vrml. Некоторые CAD пакеты не позволяют сохранять поверхности в stl формате, только "сшитые" тела, в этом случае следует попробовать формат vrml.

Также возможен экспорт поверхностной сетки как геометрии Plot3D и TecPlot форматов.

1.1.4 Прямой интерфейс с CAD пакетами

Для решения проблемы передачи геометрии между CAD пакетом и ICEM CFD реализован прямой интерфейс. Который встраивается в CAD пакет и вы можете, не выходя из его интерфейса создать геометрический файл внутреннего формата ICEM CFD. Ниже перечислены те пакеты, к которым уже создан прямой интерфейс:

· CATIA

· IDEAS

· UNIGRAPHICS

· PRO/E

· CADDS5

· SOLID WORKS

· ICEM SURF

· ICEM DDN

1.1.5 ICEM DDN

Как было выше замечено, с пакетом поставляется полноценный CAD редактор (Рис. 1.1) в котором вы можете самостоятельно создавать и редактировать геометрическую модель. Таким образом, можно создавать геометрию с нуля если нет "электронной" модели. Возможен импорт в формат DDN файлов следующих форматов: DXF, IGES, PreBFC и TVDA.

Рис. 1.1. Рабочее окно ICEM DDN

1.1.6. ICEMAutoHexa

ICEM CFD AutoHexa предназначен, для моделирования и автоматизированного создания сеток для областей и конструкций, образованных из геометрических примитивов: параллелепипедов, цилиндров, конусов, призм, тонкостенных форм вроде окружностей, четырехугольников. Примером могут служить электронные устройства, городская архитектура, интерьер помещений и прочее.

Пользователь сначала набирает модель из предопределенных геометрических объектов, группируемых в семьи с одинаковыми граничными условиями. Сетка далее создается автоматически, однако пользователь может влиять на густоту. Созданная сетка преимущественно состоит из гексаэдров и малой доли призм. После построения сеточной модели на группы объектов накладываются граничные условия, и выдается файл для внешнего решателя.

Рис. 1.2. Пример разбиения в ICEMAutoHexa

· Простое объектное моделирование с использованием геометрических примитивов.

· Интерактивное позиционирование и модификация объектов и семей объектов.

· Автоматическое разбиение на гексаэдры с использованием иерархического многоблочного подходов.

· Быстрое генерирование элементов: ~5000 элементов в секунду.

· Использование так называемых O-grids позволяет наилучшим образом моделировать пограничные слои.

· Призмы и др. типы используются только в случае неизбежной необходимости.

· Параметрическое задание густоты сетки, как для всей области, так и каждого объекта.

· Может служить препроцессором для ICEM CFD Tetra, Hexa, и Global.

· Автоматизированное создание материальных точек (вокруг которых можно управлять плотностью сетки), предписанных точек и кривых сшивки циклосимметричных сеток.

· Редактирование граничных условий аналогично модулю Hexa.

· Группировка конструктивных объектов и окружающих объемов в семьи для быстроты и простоты обращения.

· Настраиваемость на типичные промышленные приложения, создание пользовательских проблемно-ориентированных приложений (например, Icepak, Airpack).

1.1.7 Модуль ICEM CFD Tetra

Для построения сетки вам необходимо только выделить CAD поверхностями область пространства, которая будет разбита тетраэдрами. ICEM CFD Tetra автоматически создаст в этой области сетку на основе тетраэдров. Необходимо что бы зазоры между поверхностями были меньше чем характерный размер элемента, таким образом, отпадает необходимость в замкнутом сшитом объеме. Для определения размера будущей сетки вы можете задать как глобальные размеры для всей сетки: максимальный и регулярный; так и локальные для точек, линий и поверхностей, кроме того, вы можете определить на сколько слоев элементов от поверхности нужно выдержать заданный размер или в каком соотношении он должен меняться, рис. 1.3.

Рис. 1.3. Тэтраэдрическая сетка, построенная при помощи модуля Tetra

В качестве исходной геометрии может служить как CAD поверхность в математическом виде (NURBS поверхности) так и как поверхностная сетка STL (stereo-lithography).

1.1.7.1 Основные возможности модуля

· Гибридная сетка.

· ICEM CFD Tetra может автоматически соединять сетку тетраэдров с сеткой гексаэдров построенной в модуле ICEM CFD Hexa, а также с другой сеткой тетраэдров.

· Плотность будущей сетки:

· - можно задать для всей модели;

· - можно определять как по линиям, так и по поверхностям;

· - можно указать не зависимую область в пространстве (4 точками, по форме гексаэдр) для определения плотности внутри нее;

· - размерные параметры сетки умножаются на масштабный коэффициент, по умолчанию равный 1 это сделано, для того чтобы изменением одной величины можно было пропорционально поменять все размерные параметры;

· - кроме перечисленных типовых параметров можно в случае надобности определить ряд дополнительных, например можно указать на сколько слоев от поверхности необходимо выдержать заданный размер

· Призматические слои.

· В дальнейшем, можно на сетке тетраэдров вырастить призматические слои (см. модуль Prism).

· Неприхотливость к CAD геометрии.

1.1.8 Модуль ICEM CFD Prism

Модуль Prism называют также подмодулем Tetra в задачу которого входит выращивание призматических слоев от поверхности. В этом случае при расчете на тетраэдрической сетке можно построить более предпочтительные призматические элементы в пограничном пространстве. Это позволяет получать лучшую сходимость и более точно проводить расчет в пограничном слое. На каждом этапе построения происходит сглаживание: образующих треугольных элементов, построенных призматических элементов, а также сетки тетраэдров. Кроме высоты первого слоя можно указать отношение высот призматических слоев, а также закон изменения высоты либо линейный, либо экспоненциальный. Стоит заметить, что на выбранных поверхностях можно указать различные параметры распределения высот призматических слоев, рис. 1.4.