ĆWICZENIE NR 2
Nielepki przepływ ściśliwy wokół pocisku
Opis problemu:
Zadanie stanowi wyznaczenie przepływu wokół typowego
pocisku karabinowego 7,62x39 dla prędkości wylotowej
720 m/s, co odpowiada liczbie Macha Ma=2,2 w powietrzu
o temperaturze T=300K.
Wygląd obszaru obliczeniowego
Nr pktu Współrz
ędna X Współrzędna Y
1 -200 200
2 -200 0
3 0 0
4 20 3,5
5 29 3,81
6 39 3,81
7 39 0
8 500 0
9 500 200
Utworzenie geometrii modelu liczeniowego
Uruchomić Gambita, rozpocząć nowa sesje o nazwie po-
cisk.
1. Z panelu OPERATION wybrać opcje GEOMETRY a
następnie opcje tworzenia punktów VERTEX . W oknie
CREATE REAL VERTEX stworzyć kolejno 9 punktów,
poprzez wpisanie ich współrzędnych i potwierdzeniem
przyciskiem APPLY.
2. Z panelu OPERATION GOMETRY wybrać przycisk
tworzenia krawędzi EDGE Wybrać opcje CREATE
EDGE. Połączyć odcinkami następujące punkty: 1 z 2, 2 z
3, 5 z 6, 6 z 7, 7 z 8, 8 z 9, 9 z 1. Zmienić przycisk
CREATE EDGE
ze STRAIGHT na ARC (łuk) (uŜyć prawego przycisku
myszy). Zmienić metodę tworzenia łuku na trójpunktowa .
Połączyć łukiem punkty 3, 4 i 5.
3. W panelu OPERATION wybrać tworzenie geometrii
GEOMETRY, wybrać przycisk tworzenia powierzchni
FACE , następnie wybrać tworzenie powierzchni z krawę-
dzi WIREFRAME. Zaznaczyć wszystkie krawędzie i
utworzyć powierzchnię.
W ten sposób model geometryczny został utworzony.
Tworzenie siatki obliczeniowej
PoniewaŜ obszar obliczeniowy nie posiada prostej geome-
trii, dlatego naleŜy uŜyć siatki niestrukturalnej, trójkątnej.
1. Z panelu OPERATION wybrać przycisk MESH , na-
stępnie siatkowanie linii . Otworzy się okno MESH
EDGES. Siatkowania krawędzi dokonać następująco:
a) łuk 3-4-5 oraz odcinki proste 5-6 i 6-7 podzielić równo-
miernie, wielkość podziałów (interval size) ma wynosić
0,5.
b) Odcinki poste 1-2, 1-9 oraz 8-9 podzielić równomiernie,
z wielkością podziału (interval size) =30.
c) Odcinek 2-3 podzielić na 30 przedziałów (interval co-
unt) z zagęszczeniem do prawej strony, parametr zagęsz-
czenia =1,15, w razie zgęszczania przez Gambita w od-
wrotna stronę, uŜyć przycisku odwracania INVERT .
d) Odcinek 7-8 podzielić na 50 przedziałów z zagęszcze-
niem 1,1 w kierunku na lewo.
Węzły utworzone na liniach powinny wyglądać następują-
co:
Węzły na krawędziach modelu
Węzły w okolicach pocisku (powiększenie)
2. Aby stworzyć siatkę dla powierzchni, nalepy wybrać
opcje FACES z panelu MESH, następnie opcje MESH
FACES . W oknie MESH FACES w polu tekstowym
FACES wybrać jedyna powierzchnie w dowolny, znany
juŜ sposób.
Elementy ELEMENTS zmienić na trójkątne TRI, sposób
tworzenia siatki TYPE zmieni się na PAVE. Rozpocząć
siatkowanie poprzez APPLY. Gotowa siatka powinna wy-
glądać następująco:
Gotowa siatka niestrukturalna (trójkątna)
Model obliczeniowy
1. Wybrać solver FLUENT 5/6
2. Wybrać z panelu OPERATION przycisk ZONES a na-
stępnie tworzenie warunków brzegowych SPECIFY
BOUNDARY TYPES .
Zadać następujące warunki brzegowe o następujących
nazwach na następujących krawędziach (edges):
krawędzie 2-3, 7-8 os_symetrii AXIS
krawędzie 3-4-5, 5-6 pocisk WALL
krawędź 6-7 denko_pocisku WALL
krawędzie 1-2, 1-9, 8-9 pole_przeplywu PRESSURE
FAR_FIELD
3. Wybrać tworzenie typu ośrodka SPECIFY
CONTINUUM TYPES, stworzyć ośrodek o nazwie „po-
wietrze” i typu FLUID na jedynej powierzchni modelu
(face).
Model obliczeniowy jest gotowy. NaleŜy wyeksportować
siatkę dwuwymiarową (zaznaczyć EXPORT 2D MESH) -
FILE EXPORT
MESH
Obliczenia przepływowe w programie FLUENT
Uruchomić Fluenta w wersji dwuwymiarowej o podwójnej
precyzji obliczeń 2ddp, wczytać utworzony w Gambicie
plik z siatka obliczeniowa, sprawdzić poprawność siatki,
przeskalować do milimetrów.
Ustawienia solvera przepływowego:
sprzęŜony (coupled),
niejawny (implicit),
osiowosymetryczny (axisymmetric)
ustalony (steady)
Ustawienie płynu nielepkiego:
DEFINE
MODEL
VISCOUS
Zmienić na nielepki INVISCID.
Ustawienie płynu ściśliwego:
DEFINE
MATERIALS
w oknie MATERIALS pozostawić powietrze (air), w ram-
ce własności PROPERITIES zmienić zachowanie się gę-
stości DENSITY ze stałego CONSTANT na opisane mo-
delem gazu doskonałego IDEAL GAS. Potwierdzić przyci-
skiem CHANGE/CREATE. W oknie Fluenta pojawi się
komunikat
o włączeniu równania energii do układu równań rozwią-
zywanych (energy equation). Objawi się to pojawieniem
rezudułów gęstości podczas obliczeń. MoŜna sprawdzić, iŜ
rzeczone równanie naprawdę zostało włączone:
DEFINE
MODEL
ENERGY
Określenie warunków analizy:
DEFINE
OPERATING CONDITIONS
W okienku OPERATING CONDITIONS ustawić wartość
ciśnienia odniesienia (operating pressure) na 0 Pa i po-
twierdzić OK.
Określenie warunków brzegowych:
DEFINE
BOUNDARY CONDITIONS
Tylko jeden typ warunku brzegowego wymagać będzie
wprowadzenie jakichkolwiek danych. Jest to pole dalekie-
go ciśnienia (pressure far field). Jego parametrami SA:
- ciśnienie spiętrzenia (gauge pressure) = 101325 Pa (1
atm)
- liczba Macha (Mach number) = 2,2 (ok. 720 m/s dla
T=300 K i k=1,4)
- temperatura bezwzględna (Temperature) = 300 K = 27
o
C
Rozpoczęcie obliczeń:
ZbieŜność procesu iteracyjnego obserwować będziemy
poprzez śledzenie wartości oporu pocisku. Wartości sił
aerodynamicznych są bardzo dobrym (często lepszym niŜ
rezyduły) wskaźnikiem zbieŜności.
SOLVE
MONITOR
FORCE
W oknie FORCE MONITORS zaznaczyć w ramce
OPTIONS wypisywanie PRINT i wykreślanie PLOT, w
ramce WALL ZONES zaznaczyć nazwy brzegu typu ścia-
na: "denko_pocisku" oraz "pocisk", w ramce FORCE
VECTOR nie wprowadzać Ŝadnych zmian, gdyŜ ustawio-
no domyślnie dodatni kierunek osi X, nazwę pliku z histo-
rią zbieŜności oporu pocisku zmienić z "cd-history" na "cx-
historia". Potwierdzić APPLY i CLOSE.
Fluent w kaŜdej iteracji będzie wyliczał i podawał wartość
współczynnika oporu Cx (drag coefficient Cd). Do po-
prawnego wyznaczenia tego współczynnika potrzeba na-
stępujących wartości:
Cx = 2Fx/(
ρ
V
2
S
ref
)
gdzie: Fx - siła oporu [N]
Sref - pole powierzchni odniesienia (referencyjnej) [m2]
ρ
Q- gęstość (masa właściwa) [kg]
V
∞
Q- moduł prędkości w nieskończoności [m/s]
Wszystkie wielkości we wzorze na Cx mogą być wyzna-
czone przez Fluenta, za wyjątkiem pola powierzchni od-
niesienia Sref oraz prędkości w nieskończoności V
∞
. Na-
leŜy Fluentowi podać te wartości:
REPORT
REFERENCE VALUES
w oknie REFERENCE VALUES podać:
pole pow. odniesienia AREA = 0,00001239645 [m2]
wartość prędkości odniesienia VELOCITY = 720 [m/s]
Zainicjalizować początkowe wartości w objętościach
skończonych:
SOLVE
INITIALIZE INITIALIZE
Wartościami początkowymi będą parametry pola dalekie-
go przepływu (COMPUTE FROM wybrać warunek brze-
gowy "pole_przeplywu"). Potwierdzić przyciskiem INIT.
Rozpocząć proces iteracyjny:
SOLVE
ITERATE
Wpisać liczbę iteracji NUMBER OF ITERATIONS równa
250, rozpocząć literowanie przyciskiem INIT
Obliczenia naleŜy prowadzić tak długo, aŜ krzywa histo-
gramu stanie się linią poziomą. Oznacza to ustalenie się
wartości oporu na skutek uzyskania zbieŜności obliczeń. W
rozpatrywanym przypadku ok. 300 iteracji jest wystarcza-
jące.