Разработка методики расчета аэродинамических характеристик с помощью комплекса ANSYS CFX на примере

Квалификационная работа. Разработка методики расчета аэродинамических характеристик с помощью комплекса ANSYSCFX на примере обтекания плоского профиля: –
В квалификационной работе разработана методика расчета аэродинамических характеристик с помощю комплекса ANSYSCFX на примере трансзвукового обтекания плоского профиля RAE 2822. На основе полученной методики разработана и выполена новая лабораторная работа по определению аэродинамических характеристик плоского профиля методами физического и численного экспериментов.
Оглавление
Введение
1. Описание программных комплексов
1.1 Сеточный генератор ANSYSICEM
1.1.1 Импорт
1.1.2 Математическое описание поверхностей
1.1.3 Поверхностная сетка
1.1.4 Прямой интерфейс с CAD пакетами
1.1.5 ICEM DDN
1.1.6 ICEMAutoHexa
1.1.7 Модуль ICEM CFD Tetra
1.1.7.1 Основные возможности модуля
1.1.8 Модуль ICEM CFD Prism
1.1.9 Модуль ICEM CFD Hexa
1.1.9.1 Инструменты
1.1.10 Редактирование сеток
1.1.11 Экспорт сетки
1.2 Программный комплекс вычислительной гидродинамики ANSYSCFX
1.2.1 Численный метод
1.2.2 Расчетная сетка
1.2.3 CFX-Pre
1.2.4 CFX-Solver
1.2.5 CFX-Post
1.3 Выводы
2. Методика расчета аэродинамических хорактеристик в комплексе ANSYSCFXна примере трансзвукового обтекания плоского профиля RAE 2822
2.1 Описание результатов физического эксперимента
2.1.1 Исходные геометрические параметры
2.1.2 Условия эксперимента
2.1.3 Результаты эксперимента
2.2 Численное решение
2.2.1 Построение расчетной области
2.2.1.1 Описание расчетной области
2.2.1.2 Построение геометрической модели расчетной области в ANSYSICEM
2.2.1.3 Построение сетки расчетной области в пакете ANSYSICEM
2.2.1.4 Анализ качества, редактирование и оптимизация Hexa сетки в пакете ANSYSICEM 10.0
2.2.2 Расчет с помощью ANSYSCFX
2.2.2.1 Модуль CFX-Pre
2.2.2.2 Модуль CFX-Solver
2.2.2.3 Модуль CFX-Post
2.3 Сравнительный анализ, результатов физического эксперимента и численного решения
2.4 Выводы
3. Разработка лаборатоной работы
3.1 План лабораторной работы
3.2 Проведение физического эксперимента
3.2.1 Условия физического эксперимента
3.1.2Результаты физического эксперимента
3.1.3 Обработка результатов физического эксперимента, вычисление АДХ
3.1.3.1 Краткая теоретическая справка
3.1.3.2 Определение параметров набегающего патока
3.1.3.2 Определение АДК профиля
3.2 Выполнение численного эксперимента
3.2.1 Описание расчетной области и условии численного эксперимента
3.2.2 Обработка данных полученных численным расчетом, вычисление АДХ
3.3 Анализ результатов физического и численного экспериментов
3.4 Выводы
4. Безопасность жизнедеятельности
4.1 Потенциально-опасные и вредные производственные факторы при работе на ПЭВМ
4.2 Требования к ПЭВМ
4.3 Требования к помещениям для работы с ПЭВМ
4.4 Требования к микроклимату, содержанию аэроионов и вредных химических веществ в воздухе на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ
4.5 Требования к уровням шума и вибрации на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ
4.6 Требования к освещению на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ
4.7 Требования к уровням электромагнитных полей на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ
4.8 Анализ пожарной безопасности помещения
4.9 Требования к визуальным параметрам ВДТ, контролируемым на рабочих местах
4.10 Общие требования к организации рабочих мест пользователей ПЭВМ
4.11 Требования к организации и оборудованию рабочих мест с ПЭВМ
4.12 Требования к организации медицинского обслуживания пользователей ПЭВМ
4.13 Требования к проведению государственного санитарно-эпидемиологического надзора и производственного контроля
4.14 Режим труда и отдыха
4.15 Мероприятия и средства, применяемые для выполнения электробезопасности ЭВМ
4.16 Выводы
5. ЭКОНОМКО – ОРГАНИЗАЦИОННАЯ ЧАСТЬ
5.1 Планирование НИР
5.2 Расчет трудоемкости и заработной платы
5.3 Расчет стоимости машинного часа
5.4 Затраты на НИР
5.5 Выводы
Заключение
Список библиографических источников
Введение
До недавнего времени изучение поведения жидкостей было ограничено экспериментальными методами, но в связи с быстрым ростом производительности компьютерных систем стало возможным анализировать и рассчитывать подобные процессы даже на персональных компьютерах. Вычислительная гидродинамика (Computational Fluid Dynamics) сегодня становится одной из составляющих процесса проектирования во множестве компаний, которые разрабатывают современное высокотехнологичное оборудование. Подобные расчеты позволяют получить характеристики устройства задолго до его изготовления и внедрения. Вычислительная гидродинамика используется во многих отраслях промышленности, таких как, автомобильная, аэрокосмическая, энергетическая. Теплообменное оборудование, вентиляция и кондиционирование воздуха, биомедицинские приложения, нефтяная и газовая промышленность, судостроение — во всех этих отраслях применение CFD-технологий становится залогом создания конкурентоспособных изделий.
В настоящее время существует несколько широко известных CFD-пакетов таких как ANSYS CFX, STAR-CD основными достоинствами которых можно считать:
1. Комплексы являются по своей сути универсальными, так как разработаны для решения очень большого круга задач вычислительной гидрогазодинамики.
2. Имеют развитый интуитивно понятный интерфейс, автоматизированы и интегрируются в различные CAD/CAM/CAE системы.
Кроме достоинств, данные пакеты, конечно же, имеют и определенные недостатки, к которым можно отнести:
1. Из-за своей универсальности данные программные пакеты очень громоздки и сложны в использовании для начинающего пользователя.
2. Программы имеют англоязычный интерфейс, что требует от пользователя знаний технического английского языка для более легкого общения с программой.
3. Лицензионные версии программ приобретаются исключительно на платной основе, примерно 10-20 тысяч долларов что, безусловно, является слишком дорогой ценой, как для студентов, небольших научных обществ, ВУЗов, так и для целых предприятий, если речь идёт о решении какой-либо конкретной задачи.
Но, несмотря на все недостатки, развитие данного направления является очень перспективным, так как позволяет снизить себестоимость выпускаемой продукции, за счет исключения в какой то мере из цепи производства такого дорогостоящего звена как эксперимент, а также повысить ее качество.
Исходя из всего вышесказанного, отпадает необходимость в создании программы для решения задач какого то определенного круга, если есть признанные универсальные пакеты. Остается лишь освоить данный, программный комплекс, но рано или поздно во время освоения всплывает ненавящивый вопрос, о правильности использования данного программного комплекса. Поэтому с целью разобраться в особенностях применения комплекса ANSYSCFX для решения задач определения аэродинамических характеристик тел типа профиля, при внешнем обтекании воздушным потоком, а так же оценкой правильности использования данного комплекса, были поставлены следующие задачи для выполнения данной квалификационной работы:
1. Разработать методику расчета аэродинамических характеристик в комплексе ANSYSCFX на примере трансзвукового обтекания плоского профиля RAE 2822, и оценить точность результатов полученных с помощью данной методики сравнением с результатами физического эксперимента.
2. На основе полученной методики разработать лабораторную работу «Определение аэродинамических коэффициентов плоского профиля» содержащую помимо физического эксперимента еще и численный эксперимент. После выполнения данной лабораторной работы выявить основные причины расхождения полученных результатов физического и численного экспериментов.
1. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ
1.1 Сеточный генератор ANSYSICEM
ANSYS ICEM реализован в наборе различных модулей, каждый из которых представляет свой алгоритм по создания расчетной области. Вы можете выбрать тот модуль для создания сетки который наиболее подходит для вашего расчетного пакета.
Построенная сетка может быть использована при решении различных задач:
· Механика жидкостей и газов
· Механика деформируемого твердого тела
· Расчет электромагнитных полей
· Распределение теплового потока
· и др. где используются методы конечных элементов (или методы конечных объемов)
Но не стоит рассматривать ICEM CFD только лишь как генератор сеток, усилия разработчиков пакета направлены на создание профессионального пре и постпроцессора. Это означает, что после того, как вы импортировали геометрию, вы можете:
· 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.

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать полную версию