Ćwiczenie 4 

 

Celem dwiczenia jest generacja tetragonalnej siatki numerycznej na podstawie zadanej geometrii, a 
następnie wykorzystanie jej do przeprowadzenia symulacji mieszania się strumieni płynu. 

Idea  symulacji  przedstawiona  jest  na  rys.  1.  Czynnik  gorący  schładzany  jest  za  pomocą  strumieni  o 
niższej temperaturze, tak aby na wylocie otrzymad strumieo o wymaganych parametrach.  

 

Rys.  1  Założenia  symulacji:  1-wlot  czynnika  gorącego,  2,3-wloty  czynnika  zimnego,  4-wylot, 
5-adiabatyczne ściany rurociągów 

1. Przygotowanie geometrii 

Geometria wymaga odpowiedniego przygotowania, w celu dostosowania jej do wymagao symulacji. 
W tym celu: 

1.1.  Utwórz  odpowiednie  części  (Outline:Model:Parts  ->  PPM  ->  Create  Part).  Zgodnie  z  rys.  1 

będą  to:  wlot1,  wlot2,  wlot3  oraz  wylot.  Wszystkie  ściany  rurociągu  mogą  przynależed  do 
domyślnej części, ponieważ określony na nich warunek brzegowy będzie jednakowy.  

1.2.  Utwórz  punkt  materialny.  Z  zakładki  Geometry  wybierz  narzędzie  Create  Body.  Tworzonej 

części  nadaj  nazwę  FLUID01  i  osadź  punkt  materialny  (za  pomocą  dwóch  lokacji)  tak,  aby 
znajdował się on w środku geometrii.  

 

Dzięki temu utworzony został obszar ograniczony odpowiednimi ścianami.  

Uwaga: Siatka tetragonalna generowana jest w taki sposób, że zajmuje całą dostępną przestrzeo na 
około  punktu  materialnego.  W  przypadku  geometrii  z  wieloma  takimi  obszarami  siatka 
wygenerowana będzie tylko w miejscach oznaczonych takimi punktami. 

1.3.  Za pomocą zmian ustawieo widoczności poszczególnych elementów skontroluj poprawnośd 

przygotowania geometrii. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Generacja siatki numerycznej 

Tworzenie  siatki  tetragonalnej  dokonywane  jest  za  pomocą  automatycznych  algorytmów,  na 
podstawie zdefiniowanych parametrów.  

 

 

 

2.1.  W  globalnych  ustawieniach  siatki  (Zakładka  Mesh:Global  Mesh  Setup:Global  Mesh 

Parameters)  ustaw  maksymalny  rozmiar  na  0.2.  Resztę  opcji  pozostaw  bez  zmian. 
Zaakceptuj przyciskiem Apply. 

2.2.  Utwórz  element  Denstity.  Ustaw  wielkośd  (Size)  na  wartośd  0.1  i  Ratio  na  1.1.  W  części 

Density Location wybierz opcję Points i wpisz: {0.5 0.5 1}. Zaakceptuj przyciskiem Apply. 

Uwaga:  Density  jest  to  punkt  lub  obszar,  w  którym  siatka  będzie  miała  lokalnie  inny  rozmiar 
oczek,  niż  ten  zdefiniowany  globalnie.  W  obszarze  wlotu  strumieni  zimnych  występowad  będą 
skomplikowane  ruchy  płynu  oraz  intensywna  wymiana  ciepła.  W  takich  obszarach  siatka 
numeryczna powinna mied zwiększoną rozdzielczośd.  

Utworzony został odpowiedni punkt. Pojawił się również nowy element w drzewku geometrii o 
nazwie Densities, za pomocą którego można modyfikowad, tworzyd i usuwad punktu gęstości. 

2.3.  Wejdź w Compute Mesh w zakładce mesh. Wybierz opcje: 



 

Mesh type: Tetra/Mixed 



 

Mesh Method: Robust (Octree) 



 

Select Geometry: All 



 

oraz rozpocznij generację siatki przyciskiem Compute. 

3. Weryfikacja jakości siatki 

W obszarze drzewka modelu oprócz dotychczasowych pozycji Geometry oraz Parts, pojawiła się opcja 
Mesh.  Jej  najważniejszymi  elementami  są  Shells  (elementy  2D  osadzone  na  ścianach  i  należące  do 
odpowiadającym  im  częściom)  oraz  Volumes  (elementy  3D  znajdujące  się  wewnątrz  geometrii  i 
należące do tej samej części, jak punkt materialny wokół którego są osadzone). 

3.1.  Odznacz widocznośd powierzchni w drzewku modelu (Model:Geometry:Surfaces) 
3.2.  Kliknij PPM na Model:Mesh i wybierz opcję Cut Plane:Show Cut Plane 
3.3.  W opcjach przekroju wybierz Method:Middle Y Plane  

 

 

 

 

 

3.1.  Z górnej zakładki Edit Mesh wybierz opcję Display Mesh Quality 



 

Zachowaj ustawienia standardowe i upewnij się opcja Quality Type:Criterion ustawiona 
jest na Quality. 

Wyświetlony zostanie histogram pokazujący ilośd elementów znajdujących się w przedziałach jakości, 
przy czym jakośd wyrażana jest wartościami od 0 (najgorsza) do 1 (najlepsza).  

Uwaga.  Po  kliknięciu  na  słupek  histogramu  na  ekranie  wyświetlone  zostaną  wszystkie  elementy 
znajdujące  się  danym  przedziale.  Pozwala  to  zlokalizowad  położenie  najgorszych  elementów  i 
poprawid dane wejściowe generatora siatki w celu poprawy jakośd siatki. 

 

 

 
W razie potrzeby wygeneruj nową siatkę, ze zmienionymi parametrami wielkości oczka oraz w razie 
potrzeby  zmodyfikuj/dodaj  nowe  punkty  gęstości.  Jeżeli  siatka  posiada  zadowalającą  jakośd, 
wyeksportuj ją do formatu ANSYS CFX5 i opuśd ICEM. 

 

4. Definiowanie symulacji 

 

4.1.  Włącz  ANSYS  CFX  PRE,  ustaw  odpowiedni  format  roboczy,  utwórz  nową  symulację  i 

zaimportuj swoją siatkę numeryczną 

4.2.  Ustaw typ symulacji na Steady State 
4.3.  Stwórz domenę o właściwościach: 



 

Domain Type: Fluid 



 

Material: Air Ideal Gas 



 

Reference Pressure: 100 atm 



 

Heat Transfer Option: Total Energy 



 

Turbulence: None (laminar) 

4.4.  Zdefiniuj warunki brzegowe symulacji 



 

Wloty powietrza zimnego (2 x inlet):  



 

Mass and Momentum: Mass Flow Rate: 0.4 kg/s 



 

Static Temperature: 290 K 

4.5.  Wlot powietrza gorącego (inlet): 



 

Mass and Momentum: Mass Flow Rate: 1 kg/s 



 

Static Temperature: 400 K 

4.6.  Wylot (outlet): 

4.6.1. Mass and Momentum: Average Static Pressure: 0 Pa 

4.7.  Ustawienia Solver Control: 



 

Max Iterations: 400 



 

Residual Target: 1e-5 

4.8.  Zapisz plik def oraz uruchom Solver 

5. Post processing 

 

5.1.  Stwórz Streamlines rozpoczynające się na każdym z wlotów.  
5.2.  Oblicz średnią temperaturę czynnika na wylocie. W tym celu: 



 

Stwórz nowe wyrażenie (Insert:Expression): areaAve(Temperature)@wylot 

Uwaga. Składnia tego typu komend wygląda następująco: nazwa funkcji (czytana wartośd) @ lokacja. 

5.3.  Porównaj otrzymany wynik z temperaturą T

4

 w analizie zerowymiarowej bilansu entalpii, 

którą można przedstawid następująco: