Чисельне дослідження конвективних течій в пакеті ansys
Зміст
Введення
. Теорія
.1 Рівняння теплової конвекції
.2 Рівняння руху
.3 Елементи теорії завихренности
. Постановка задачі та метод рішення
.1 Вільна конвекція
.3 Вимушена конвекція
.3 Робоча середу ANSYS CFX
.3.1 ANSYS CFX і ANSYS Workbench
.3.2 Передобробка в CFX-Pre
.3.3 Вирішувач ANSYS CFX-Solver
.3.4 Постобработка в ANSYS CFD-Post
.4 Робоча середу ANSYS FLUENT
.4.1 Сітковий генератор GAMBIT
. ANSYS CFX і ANSYS FLUENT
.1 Етапи виконання завдання в ANSYS CFX
.1.1 Створення геометричної моделі в ANSYS DesignModeler
.1.2 Створення сіткової моделі в ANSYS Meshing
.1.3 Передобробка в CFX-Pre
.1.4 Запуск рішення в ANSYS CFX-Solver Manager
.1.5 Постобработка в ANSYS CFD-Post
.2 Етапи виконання завдання в ANSYS FLUENT
.2.1 Побудова сіткової моделі в GAMBIT
.2.2 Побудова фізичної моделі в ANSYS FLUENT
.3 Аналіз чисельної схеми
. Результати рішення задачі вільної конвекції
4.1 Якісний опис формування конвективного течії
.2 Кількісний опис формування вільної конвекції
.2.1 Результати CFX
.2.2 Результати FLUENT
4.2.3 Порівняння результатів CFX і FLUENT з результатами експерименту
.3 Результати рішення задачі вимушеної конвекції
Висновок
Література
Програми
Введення
Конвекція - це процес перенесення енергії потоками рідини чи газу. Конвективні руху є невід'ємними елементами багатьох природних процесів, які спостерігаються в атмосфері і океанах Землі, а також течій, що реалізовуються в різних технологічних пристроях. Це визначає великий інтерес до експериментального і чисельному вивченню конвективних процесів [4].
Однак вивчення формування подібних течій в експерименті вимагають великих тимчасових і матеріальних витрат. На відміну від експерименту, чисельний підхід дає можливість варіювати ряд важливих параметрів задачі, таких як в'язкість, кутова швидкість обертання моделі, що істотно впливають на формування і поведінку конвективних течій.
Цілі даної роботи:
· провести чисельне дослідження конвективних течій в програмному комплексі ANSYS, що формуються внаслідок локалізованого нагріву в циліндричному шарі рідини. Порівняти результати розрахунків у CFX і FLUENT для різних режимів течії, порівняти ці результати з даними, отриманими в експерименті.
· провести аналогічні розрахунки для конвективних течій, що формуються внаслідок стоку через центральний отвір в нерухомому циліндричному шарі рідини. Інтерес до розрахунків у нерухомому шарі обумовлений появою експериментальних робіт [5-7], в яких у близькій постановці пороговим чином відбувалося формування вихору в області стоку. Проведення тривимірних розрахунків вимагає значних обчислювальних ресурсів, тому розрахунки провели в осесимметричной постановці. Провести аналіз чисельної схеми, побудувати чисельну модель в програмних пакетах ANSYS CFX і ANSYS FLUENT, виявити наявність вихрових рухів в нерухомій численних моделях.
1. Теорія
1.1 Рівняння теплової конвекції
Рідина може перебувати в механічному рівновазі (тобто в ній може бути відсутнім макроскопічне рух), не перебуваючи при цьому в тепловій рівновазі. Рівняння Ейлера для спочиває рідини, що знаходиться в однорідному полі тяжкості - може бути задоволено і при непостійній температурі в рідині. При цьому, однак, виникає питання про те, чи буде така рівновага стійким. Виявляється, що рівновага буде стійким лише при виконанні певної умови. Якщо ця умова не виконується, то рівновага нестійка, що в результаті розвитку збурень призводить до появи в рідині безладних течій, прагнучих перемішати рідину так, щоб у ній встановилася постійна температура. Такий рух носить назву теплової конвекції . Умова стійкості механічного рівноваги є, іншими словами, умовою відсутності конвекції. Конвекція настає при порушенні наступної умови:
,
де - питома теплоємність при постійному тиску,
- температурний коефіцієнт розширення;
т.е. якщо температура падає у напрямку знизу вгору, причому її градієнт перевищує за абсолютною величиною вказане в умові значення.
Виведемо рівняння, що описують конвекцію [1]. Ми...
