Wydział Mechaniczno-Energetyczny 
kierunek studiów: energetyka 

specjalność: Odnawialne Źródła Energii 

 
 
 
 
 

Modelowanie Matematyczne 

Instalacji Energetycznych - Laboratorium 

 
 
 
 
 

Raport z ćw. nr 5 – Nieustalony opływ walca 

 
 

Łukasz Maśko, 186950 

pon. 7:30 

 
 
 
 
 
 

słowa kluczowe: 

--- 

 
 
 
 
 
 
 
 

Prowadzący:  mgr inż. Józef Rak 

.......................  ....................... 

 

imię i nazwisko 

ocena 

podpis 

 

 

 

 

 

Wrocław 2014 

1.

 

Cel ćwiczenia 

 

Celem  ćwiczenia  było  stworzenie  geometrii  oraz  heksagonalnej  siatki 

numerycznej  w  programie  ANSYS  ICEM.  Na  podstawie  siatki  należało  wykonać 
symulacje  zjawiska  opływu  walca  2D  w  stanie  nieustalonym  dla  kilku  liczb 
Reynoldsa  odpowiadających  przepływom:  laminarnym  i  turbulentnym.  Finalnym 
elementem  ćwiczenia  jest  wizualizacja  wymaganych  przez  instrukcje  wyników 
symulacji  zrealizowana  poprzez  ukazanie  zrzutów  ekranu  dla  symulacji  przy 
różnych parametrach przepływu. 
 

2.

 

Tworzenie heksagonalnej siatki numerycznej 

 

Tworząc geometrię postępowano zgodnie ze wskazaniami instrukcji oraz 

prowadzącego. Tok realizacji instrukcji był następujący: 

-

 

Utworzenie punktów zgodnie z danymi w tabeli nr 1 zamieszczonej w 
instrukcji do ćwiczenia, 

-

 

Połączenie stworzonych punktów za pomocą opcji Create/Modify Curve, 

-

 

Stworzenie powierzchni walca przy użyciu opcji Create/Modify Surface/ 
Curve Driven. 

-

 

Wycięcie powierzchni wewnątrz koła i przesunięcie uzyskanej geometrii o 
3 jednostki względem osi Z. 

-

 

Utworzenie i nazwanie odpowiednich części geometrii. 

 

Kolejnym krokiem było wygenerowanie heksagonalnej siatki numerycznej. 

Dyskretyzacja geometrii odbywała się przy użyciu bloków w następującej kolejności: 

-

 

Stworzenie bloku, a następnie podzielenie go na mniejsze elementy celem 
wydzielenia stref zagęszczenia siatki, 

-

 

Podzielenie bloku, w którym znajdowała się geometria walca funkcją „Ogrid 
Block” i usunięcie bloku środkowego, aby nie generowana była siatka 
wewnątrz otworu walca, 

-

 

Przypisanie krawędzi do bloku funkcją „Associate Edge to Curve”, 

-

 

Przypisanie powiązań funkcją „Snap Project Vertices -> All Visible”, 

-

 

Ustalenie ilości podziałek  w blokach siatki numerycznej „Nodes” zgodnie ze 
wskazaniami instrukcji, 

-

 

Wygenerowanie gotowej siatki „Blocking -> Pre Mesh” 

-

 

Przekonwertowanie siatki i wyeksportowanie jej do zapisu i eksploatacji w 
programie Ansys CFX. 

 
Widok gotowej siatki przedstawiono na rysunku nr 1. 
 
 
 
 

 

Rysunek 1. Widok gotowej siatki heksagonalnej do symulacji opływu walca. 

 

3.

 

Symulacje numeryczne 

 

Na  bazie  stworzonej  siatki  wygenerowano  3  symulacje  do  liczb  Reynoldsa 

wynoszących: 40, 150 i 12000. Obliczono w tym celu prędkości przepływu powietrza. 
Wyniosły one odpowiednio: 

-

 

0,015 m/s dla Re = 40, 

-

 

0,056 m/s dla Re = 120 

-

 

5,6  m/s  dla  Re  =  12000.  W  tym  przypadku  symulacja  nie  dała  oczekiwanych 
rezultatów,  wobec  czego  wykonano  pomocnicze  symulacje  dla  innych 
wartości prędkości. 

 

Na  poniższych  grafikach  przedstawiono  wymagane  w  instrukcji  symulacje 

konturów  ciśnienia  w  płaszczyźnie  z=0,05  oraz  kontury  prędkości  i  linii  prądu  dla 
z=0,05 dla symulacji w 5,15,25 i 35 sekundzie dla każdego z przypadków. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

a) Symulacje dla Re=40. 
 

 

Rysunek 2. Kontury ciśnienia dla z=0,05 przy Re=40 

 

 

Rysunek 3. Linie prądu i wektory prędkości przy Re=40 

 

 

Rysunek 4. Kontury prędkości przy Re=40 

 

 

Rysunek 5. Kontury prędkości przy Re=40 dla t=5s. 

 

Rysunek 6. Kontury prędkości przy Re=40 dla t=15s. 

 

 

Rysunek 7. Kontury prędkości przy Re=40 dla t=25s. 

 

Rysunek 8. Kontury prędkości przy Re=40 dla t=35s. 

b) Symulacje dla Re=150 
 

 

Rysunek 9. Kontury ciśnienia przy Re=150 

Przy wyższej liczbie Reynoldsa widać już, iż walec powoduje deregulację 

przepływu oraz rozkładu ciśnienia. 

 

Rysunek 10. Kontury prędkości przy Re=150 

 

 

Rysunek 11. Kontury prędkości przy Re=150 dla t=5s 

 

Rysunek 12. Kontury prędkości przy Re=150 dla t=15s. 

 

 

Rysunek 13. Kontury prędkości przy Re=150 dla t=25s. 

 

 

Rysunek 14. Kontury prędkości przy Re=150 dla t=35s. 

c) Wyniki symulacji dla Re=12000 
 

Wyniki  symulacji  dla  przepływu  turbulentnego  odbiegają  od  oczekiwanych. 

Prawdopodobnie  niedostatecznie  dokładnie  została  określona  prędkość  opływu 
walca bądź krok czasowy symulacji. 

 

 

Rysunek 15. Kontury ciśnienia przy Re=12000 

 

Rysunek 16. Kontury prędkości przy Re=12000 

 

 

Rysunek 17. Kontury prędkości przy Re=12000 dla t=5s. 

 

Rysunek 18. Kontury prędkości przy Re=12000 dla t=15s. 

 

 

Rysunek 19. Kontury prędkości przy Re=12000 dla t=25s. 

 

Rysunek 20. Kontury prędkości przy Re=12000 dla t=35s. 

 

4.

 

Wnioski 
 

-

 

Walec jest elementem w znacznym stopniu zaburzającym przepływ płynu, 

-

 

Największy  przyrost  prędkości  odnotowano  tuż  po  opływie,  nad 
krawędziami walca, 

-

 

Tuż  za  walcem,  na  stronie  odwrotnej  do  kierunku  napływu  płynu,  znalazły 
się pola zerowej prędkości opływu. Fakt ten potwierdza informacje dotyczące 
tego zjawiska, uzyskane na kursie „Podstawy Mechaniki Płynów”, 

-

 

Wraz z upływem czasu struga stabilizuje się – za walcem kontury prędkości i 
ciśnień wracają do stanu pierwotnego, 

-

 

Największy  lokalny  wzrost  ciśnienia  odnotowano  w  miejscu,  gdzie  struga 
napływającego  płynu  napotykała  na  najbardziej  wysunięty  w  kierunku 
napływu element walca, 

-

 

Efekty dla przepływu laminarnego przy Re=40 i Re=150 są zadowalające. Przy 
Re=150  widoczne  są  wyraźne  zaburzenia  profili  prędkości  i  ciśnienia.  Dla 
liczby Re=40, efekt jest widoczny w bardziej ograniczonym zakresie. 

-

 

Dla  przepływu  turbulentnego  przy  Re=12000  efekty  odbiegają  od 
oczekiwanych. 

Nie 

uzyskano 

oczekiwanych 

turbulencji. 

Powodem 

niepowodzenia  było  najprawdopodobniej  dobranie  niewłaściwego  kroku 
czasowego  symulacji  bądź  złe  obliczenie  wymaganej  prędkości  napływu 
płynu.