10.2 Движение - Нестационарное вращение вентилятора

СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториал: Вращающаяся система
Версия 9.06
Дата: 09.02.2015
Трансформация: Вращающийся вентилятор
(Rigid Body Motion: Rotating Fan)
В данном тьюториале рассматривается та же задача вентилятора, что и
в тьюториале «Движущаяся система координат: Вращающийся
вентилятор» (Moving Reference Frames: Rotating Fan), геометрия
которой представлена во введении тьюториалов для вращающихся
систем. Однако, вместо использования стационарной модели
движущейся системы координат, в данном тьюториале используется
нестационарная модель трансформации (Rigid Body Motion) для
решения задачи.
Чтобы не пришлось задавать основные настройки заново, будем
использовать .sim файл, созданный в тьюториале «Движущаяся
система координат: Вращающийся вентилятор» (Moving Reference
Frames: Rotating Fan).
Загрузка существующей задачи
(Loading an Existing Simulation)
Для данной задачи мы будем использовать ранее сохраненный файл
моделирования.
Обратите внимание: Чтобы начать данный тьюториал, Вы можете
открыть любой из созданных файлов моделирования: созданный на
месте (при наличии) или ранее решенный файл моделирования,
доступный онлайн. Чтобы открыть созданный на месте файл
моделирования:
1. Запустите STAR-CCM+.
2. Выберите опцию «Файл > Загрузить моделирование» (File > Load
simulation).
3. В диалоговом окне «Загрузка моделирования» (Load Simulation)
войдите в fan_mrf.sim файл, созданный в тьюториале «Движущаяся
система координат: Вращающийся вентилятор» (Moving Reference
Frames: Rotating Fan).
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториал: Вращающаяся система
Версия 9.06
Дата: 09.02.2015
4. Выберите этот файл и нажмите на кнопку «Открыть» (Open) в
файловом браузере.
5. Нажмите ОК.
6. В заключении сохраните задачу под именем fan_rbm.sim.
Задание модели трансформации
(Setting up the Rigid Body Motion Model)
Первым этапом определения модели трансформации является замена
типа анализа на нестационарный.
Для физического континуума «Физика 1» (Physics 1):
1. Отмените выбор стационарной модели
разрешенных моделей (Enabled Models).
(Steady)
в
группе
2. Выберите «Нестационарный (неявная схема)» (Implicit Unsteady) в
группе «Время» (Time).
3. Нажмите «Закрыть» (Close).
4. Чтобы просмотреть выбранные модели, откройте папку «Физика 1 >
Модели» (Physics 1 > Models).
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториал: Вращающаяся система
Версия 9.06
Дата: 09.02.2015
Теперь необходимо создать новое движение, основанное на методе
трансформации, и применить это движение к папке «Задание
движения» (Motion Specification) для вращающейся области.
5. Нажмите правой кнопкой мыши на папку «Инструменты >
Движение» (Tools > Motions) и выберите «Новый > Вращение» (New >
Rotation).
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториал: Вращающаяся система
Версия 9.06
Дата: 09.02.2015
В папке «Движение» (Motions) появится новая папка «Вращение»
(Rotation).
6. Выберите папку «Вращение» (Rotation) и задайте следующие
свойства:
Свойство (Property)
Значение (Setting)
Направление оси (Axis Direction)
[0.0, 0.0, 1.0]
Скорость вращения (Rotation Rate) 2000.0 об/мин
Необходимо применить созданное движение к вращающейся области и
изменить базовую систему координат на неподвижную систему
координат по умолчанию.
7. Выберите папку «Области > Вращение > Физические величины >
Задание движения» (Regions > Rotating > Physics Values > Motion
Specification) и установите свойство «Движение» (Motion) как
«Вращение» (Rotation).
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториал: Вращающаяся система
Версия 9.06
Дата: 09.02.2015
В результате этого действия свойство «Система координат»
(Reference Frame) автоматически установится на «Лабораторная
система координат» (Lab Reference Frame).
8. Сохраните задачу
.
Установка параметров решателя и критериев остановки
(Setting Solver Parameters and Stopping Criteria)
Поскольку анализ теперь нестационарный, мы должны задать размер
шага по времени. При заданной скорости вращения в 2000 об/мин
расчет будет запущен на 0.03с, т.е. один полный оборот.
Как правило, используется 1 степень на временной шаг. Поэтому
размер временного шага составляет 0.03с/360 или 8.33Е-5с. Для
точности решения будет использоваться схема временной
дискретизации 2-го порядка. С целью демонстрации решим 3 цикла
решения, 0.09с.
1. Выберете папку «Решатели» (Solvers) и задайте следующие свойства:
Папка (Node)
Свойство (Property)
Нестационарный
Шаг по времени
(неявная
схема) (Time-Step)
(Implicit Unsteady)
Временную
дискретизацию
(Temporal
Discretization)
Разделенный поток > Коэффициент
Скорость (Segregated нижней релаксации
Flow > Velocity)
(Under-Relaxation
Factor)
Разделенное течение Коэффициент
>
Давление нижней релаксации
(Segregated Flow > (Under-Relaxation
Pressure)
Factor)
Значение (Setting)
8.33333333e-5s
второй порядок (2ndorder)
0.9
0.9
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториал: Вращающаяся система
Версия 9.06
Дата: 09.02.2015
Теперь зададим длительность расчета (максимальное физическое
время) 0.09с. Максимальное количество внутренних итераций следует
выбирать очень внимательно: если значение слишком низкое, решение
не сойдется за временной шаг; если значение слишком высокое,
решение займет много времени. Мы зададим значение 7 и далее
добавим монитор решения.
2. Выберите папку «Критерии остановки» (Stopping Criteria) и задайте
следующие свойства:
Папка (Node)
Свойство (Property)
Максимальное
Разрешено (Enabled)
физическое
время
(Maximum Physical
time)
Максимальное
физическое
время
(Maximum Physical
time)
Максимальное число Максимальное число
внутренних
внутренних
итераций (Maximum итераций (Maximum
Inner Iterations)
Inner Iterations)
Максимальное число Разрешено (Enabled)
шагов
(Maximum
Steps)
Значение (Setting)
Активно (Activated)
0.09 с
7
Неактивно
(Deactivated)
3. Сохраните задачу.
Отслеживание решения (Monitoring the Solution)
Теперь создадим отчет, монитор и график для отслеживания момента
силы на поверхности вращающихся лопаток. Это поможет
контролировать сходимость решения на каждом временном шаге, о чем
свидетельствует выравнивание графиков на каждом временном шаге.
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториал: Вращающаяся система
Версия 9.06
Дата: 09.02.2015
1. В дереве моделирования нажмите правой кнопкой мыши на папку
«Отчеты» (Reports) и выберите «Новый отчет > Момент» (New Report >
Moment).
Внутри папки «Отчеты» (Reports) появится и будет автоматически
добавлена новая папка «Момент 1» (Moment 1).
2. Выберите папку «Момент 1» (Moment 1) и задайте свойство «Части»
(Parts) как «Вращение > Лопатки» (Rotating > Blades).
Чтобы создать монитор и график на основе отчета:
3. Нажмите правой кнопкой мыши на папку «Отчеты > Момент 1»
(Reports > Moment 1) и выберите «Создать монитор и график из отчета»
(Create Monitor and Plot from Report).
Внутри папки «Мониторы» (Monitors) появится новая папка «Монитор
момента 1» (Moment 1 Monitor).
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториал: Вращающаяся система
Версия 9.06
Дата: 09.02.2015
4. Выберите папку «Мониторы > Монитор момента 1» (Monitors >
Moment 1 Monitors) и убедитесь, что свойство «Тип запуска» (Trigger)
задано как «Итерация» (Iteration). Это обеспечит данные для проверки
сходимости внутреннего временного шага.
Внутри папки «Графики» (Plots) появится новая папка «График
отслеживания момента 1» (Moment 1 Monitor Plot).
Для большинства нестационарных задач лучше отслеживать развитие
решения, отображая величины за каждый шаг по времени, а не за
каждую итерацию. Изменим график монитора осредненного по
поверхности давления на входе и векторную сцену для обновления
каждого временного шага.
Для векторной сцены:
5. Выберите папку «Сцены > Векторная сцена 1 > Атрибуты >
Обновить» (Scenes > Vector Scene 1 > Attributes > Update). Измените
«Тип запуска» (Trigger) на «Шаг по времени» (Time-Step).
Далее зададим максимальное давление у стенки в качестве
отслеживаемой величины:
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториал: Вращающаяся система
Версия 9.06
Дата: 09.02.2015
6. Выберите папку «Мониторы > Монитор осредненного по
поверхности давления на входе» (Monitors > Area Averaged Inlet
Pressure Monitor). Измените свойство «Тип запуска» (Trigger) на «Шаг
по времени» (Time-Step).
Чтобы просмотреть оба графика:
7. Выберите оба графика. Нажмите правой кнопкой мыши на
выбранные папки и выберите «Открыть» (Open).
Убедитесь, что для каждого из графиков задан правильный тип
монитора оси Х (x-Axis Monitor).
8. Выберите папку «Графики > График монитора усредненного по
поверхности давление на входе» (Plots > Area Average Inlet Pressure
Monitor Plot) и установите монитор оси Х (x-Axis Monitor) на
«Физическое время» (Physical Time).
9. Выберите папку «График > График монитора Момент 1» (Plots >
Moment 1 Monitor Plot) и установите монитор оси Х (x-Axis Monitor)
на «Итерация» (Iteration).
Выбранные графики появятся в графическом окне (Graphics).
10. Сохраните задачу.
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториал: Вращающаяся система
Версия 9.06
Дата: 09.02.2015
Инициализация и запуск задачи
(Initializing and Running the Simulation)
Анализ начнется с того же начального поля потока, что и в тьюториале
«Движущаяся система координат: Вращающийся вентилятор» (Moving
Reference Frames: Rotating Fan), однако существующее решение
вначале должно быть очищено.
1. Выберите пункт меню «Решение > Очистить решение» (Solution >
Clear Solution) и затем нажмите на кнопку ОК в появившемся
диалоговом окне «Очистить решение» (Clear Solution).
2. Нажмите на кнопку
«Выполнить» (Run) в панели инструментов.
Автоматически будет создано изображение «Невязок» (Residuals),
отображающее прогресс решателя.
Во время расчета проверим заданное число внутренних итераций,
достаточное для сходимости решения.
3. Нажмите на вкладку «График отслеживания момента 1» (Moment 1
Monitor Plot) в графическом окне (Graphics).
4. Выберите папку «Графики > График отслеживания момента 1 >
Набор данных > Монитор момента 1 > Тип символа» (Plots > Moment 1
Monitor Plot > Data Series > Moment 1 Monitor >Symbol Style) и задайте
свойство «Форма» (Shape) на «Заполненная точка» (Filled Circle).
5. В панели инструментов «График» (Plot) выберите кнопку
«Переключить масштаб графика» (Toggle Plot Zoom), чтобы
отмасштабировать график на 20 последних итерациях.
График должен выглядеть следующим образом (Обратите внимание,
что результаты могут отличаться в зависимости от выбранных
итераций):
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториал: Вращающаяся система
Версия 9.06
Дата: 09.02.2015
Как видно из графика, на каждом временном шаге решение сходится.
Об этом свидетельствует выравнивание графика на каждом временном
шаге.
По окончанию временных шагов моделирование завершится.
6. Сохраните задачу после того, как расчет завершится.
Проверка результатов (Checking the Results)
Проверим векторный график. Его можно сравнить с результатами
задачи «Движущаяся система координат» (Moving frame of Reference).
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториал: Вращающаяся система
Версия 9.06
Дата: 09.02.2015
1. Нажмите правой кнопкой мыши на папку «Сцена > Векторная сцена
1» (Scene > Vector Scene 1) и выберите «Открыть» (Open).
Вектора скорости схожи с векторами, созданными в задаче
«Вращающаяся система координат: Вращающийся вентилятор»
(Moving Reference Frames: Rotating Fan).
2. Нажмите на вкладку «График монитора осредненного по
поверхности давления на входе» (Area Averaged Inlet Pressure Monitor
Plot) в верхней части графического окна (Graphics).
Большой размер шкалы в Y направление не позволяет определить
изменения давления на входе в процессе решения. Для изменения
шкалы:
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториал: Вращающаяся система
Версия 9.06
Дата: 09.02.2015
3. Выберите папку «Графики > График монитора осредненного по
поверхности давления на входе > Оси» (Plots > Area Averaged Inlet
Pressure Monitor Plot > Axes) и задайте следующие свойства:
Папка (Node)
Y ось (Y Axis)
Y ось > Главная
шкала (Y Axis >
Major Labels)
X ось (X Axis)
X ось > Главная
шкала (X Axis >
Major Labels)
Свойство (Property)
Минимум (Minimum)
Максимум
(Maximum)
Размер шкалы
(Spacing)
Значение (Setting)
-240
40
Точность/Четкость
(Precision)
Максимум
(Maximum)
Минимум (Lock
Minimum)
Размер шкалы
(Spacing)
-1
График должен выглядеть следующим образом:
100.0
0.03
Активно (Activated)
0.005
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториал: Вращающаяся система
Версия 9.06
Дата: 09.02.2015
Обратите внимание, что давление на входе колеблется с
периодичностью в 0.0025с., т.е. 1/12 часть вращения, как и ожидалось.
С течением времени амплитуда этих колебаний становится регулярной,
поскольку поток устанавливается.
4. Сохраните задачу
.
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториал: Вращающаяся система
Версия 9.06
Дата: 09.02.2015
Заключение (Summary)
Данный тьюториал продемонстрировал расчет задачи в STAR-CCM+ с
использованием модели трансформации тела.
Были рассмотрены следующие возможности STAR-CCM+:
 Задание модели трансформация.
 Установка параметров решателя и критериев остановки для
нестационарного решения.
 Отслеживание процесса решения с помощью графиков и
векторных сцен.
 Запуск решателя на заданный период времени.
 Анализ результатов с помощью возможностей визуализации
STAR-CCM+ и XY-графиков.