Признаюсь, я – мастер построения сеток для задач вычислительной гидрогазодинамики (CFD – Computational Fluid Dynamics). Я по памяти использую различные приёмы, комбинации клавиш и команды API. Но даже такого эксперта, как я, подкупает простота шаблона рабочего процесса Watertight Geometry в Ansys Fluent.

Если вы работаете с относительно простой моделью, то и рабочий процесс будет довольно простым. Его дерево будет состоять из таких шагов как:

• импорт геометрической CAD-модели;
• построение сетки на поверхности;
• описание геометрии;
• задание поверхностей, ограничивающих расчётную область (Capping);
• заполнение объёма, ограниченного поверхностями (Flow-volume extraction);
• построение сетки в объёме.

Чтобы передать сгенерированную сетку в привычный интерфейс Ansys Fluent, по завершении работы достаточно нажать кнопку «Switch-to-Solution».

Но что, если вы хотите создать модель для решения более сложной задачи – например, для расчёта воздушного охлаждения электродвигателя? Давайте рассмотрим некоторые советы и рекомендации, чтобы в два счёта подготовить эту сложную расчётную модель при помощи шаблона рабочего процесса Watertight Geometry. Этот шаблон применим для расчетной области, которая ограничена идеально замкнутым набором поверхностей.

Передача расчётного объёма из Ansys SpaceClaim в Ansys Fluent

Создание расчётной области для моделирования внутреннего потока может быть легко выполнено инструментами Ansys Fluent, с помощью которых можно задать ограничивающие поверхности для заполнения объёма.

Для моделирования внешнего обтекания – например, воздушного потока, охлаждающего двигатель, – необходимо создать внешнюю границу расчётной области в SpaceClaim.

Для этого постройте куб вокруг двигателя и воспользуйтесь функцией Share Topology (объединённая топология), которая позволяет объединить все пары накладывающихся граней различных тел, а также устранить пересечение между кубом и любой частью мотора. Объёмная расчётная область будет извлечена в рамках построения сетки на поверхности (операция Surface Mesh) в Ansys Fluent: она заполнит собой пространство между заданными границами куба и двигателем.

Важность задания имён в SpaceClaim

Есть ещё несколько советов и рекомендаций по работе над геометрией в SpaceClaim, которые могут облегчить вашу жизнь в будущем. Во-первых, добавьте в название тела куба, построенного вокруг мотора, слово «fluid» (жидкость), чтобы в шаблоне «Watertight» это тело было автоматически определено как расчётная область жидкости.

Постарайтесь ввести себе в привычку добавлять описательные слова в названия и других элементов, таких как:

• входы потока («Inlet»);
• выходы потока («Outlet»);
• плоскости симметрии («Symmetry plane»).

Если вы включите эти строки в названия выборок (Groups), Ansys Fluent определит их как входы, выходы, плоскости симметрии и т.д.

Теперь всё готово для импорта модели двигателя в Ansys Fluent.

Преимущества использования собственного формата файлов

Каждый раз при импорте геометрической CAD-модели в рабочий процесс Ansys Fluent программа создаёт файл с собственным форматом (.pmdb).

В следующий раз, когда вам понадобится эта же геометрия, воспользуйтесь уже готовым PMDB файлом. Вы увидите, что он читается намного быстрее, чем исходный файл геометрической CAD-модели. Кроме того, PMDB файлы можно открыть в любой операционной системе, что позволяет перенести рабочий процесс в среду Linux.

Расширенные настройки для ускорения построения сетки по поверхности

Если вы правильно выполнили все шаги в SpaceClaim, то при построении сетки на поверхности расчётной области можно задействовать некоторые опции, значительно ускоряющие процесс.

Например, если вы использовали такие слова как «inlet» (вход) или «fluid» (жидкость) при наименовании элементов, то при построении поверхностной сетки эти поверхности будут автоматически отделены от остальных, и можно отключить настройку «zone separation» (разделение областей).

Также можно отключить опцию «Check Self-Intersection» (проверка самопересечения), которая проверяет модель на наличие наложений граней. Благодаря функции Share Topology такая проверка становится избыточной.

Теперь всё готово для построения сетки на поверхности.

Проверка граничных поверхностей для CFD-расчёта

При построении сетки на поверхности, Ansys Fluent назначает граничные условия для поверхностей границ и типы объёмов на основании тех имён, которые были заданы в SpaceClaim.

Например, на граничной поверхности с названием «gas-inlet» будет создано граничное условие типа «velocity-inlet» (скорость на входе потока).

Прежде чем строить сетку в объёме, всегда проверяйте правильность назначения граничных условий. Их названия и типы, при необходимости, можно изменять. Нескольким граничным условиям можно присвоить один тип, выбрав несколько наименований и щёлкнув правой кнопкой мыши. Главное – не забудьте нажать «Update » (обновить), когда закончите изменение всех граничных условий.

Теперь всё готово для построения сетки в объёме.

Построение сетки по объёму в Ansys Fluent

При построении сетки в объёме, Ansys Fluent автоматически генерирует плотную сетку в пограничных слоях. Сохранение такой же мелкой разбивки во всём объёме привело бы к большим вычислительным затратам. Технология построения сетки Mosaic позволяет автоматически соединить плотную и грубую сетку.

В панели «Create Volume Mesh» (создать сетку в объёме) вы можете добавить пограничные слои (они будут добавлены только для расчётных областей жидкости). Далее вы можете выбрать один из следующих методов построения конформных сеток в объёме:

• Tetrahedral (тетраэдрическая сетка);
• Hexcore (комбинированная сетка с переходными тетраэдрическими элементами и гексаэдрическими элементами в сердцевине);
• Polyhedral (полиэдрическая сетка);
• Poly-hexcore (комбинированная сетка с переходными полиэдрическими элементами и гексаэдрическими элементами в сердцевине).

Если вы хотите воспользоваться новейшей технологией построения сетки Mosaic, выбирайте опцию «Poly-hexcore».

На этом этапе стандартный рабочий процесс «Watertight» завершен, и всё готово для запуска построения сетки. Однако, при необходимости, вы можете добавить дополнительные задачи в рабочий процесс.

Например, вам может понадобиться дополнительно сгустить сетку в объёме. Теперь у вас есть возможность изменить в шаблоне некоторые стандартные настройки качества сетки.

Вы также можете создать пользовательские скрипты и тем самым расширить стандартный шаблон «Watertight Geometry». Эти пользовательские задачи позволяют выполнять расширенные операции в Ansys Fluent, специально адаптированные к вашей организации. Для разработки пользовательских команд, необходимых для настройки собственного процесса, вы также можете воспользоваться услугами технической поддержки Ansys.

Совместное использование, сохранение и редактирование шаблона «Watertight»

Одним из основных преимуществ шаблона рабочего процесса «Watertight Geometry» является то, что работу можно в любой момент времени сохранить, а затем вернуться к ней позже и что-то отредактировать. Так, если вам нужно внести изменения в начало рабочего процесса, вы можете это сделать даже на последних этапах построения сетки.

Окончательную версию рабочего процесса можно сохранить и поделиться со своей командой, что позволит использовать его для подобных моделей и существенно ускорит построение сетки для следующей проектной итерации разрабатываемого вами двигателя.

Этот рабочий процесс также может быть встроен в скрипт, который запускает модель на расчёт во Fluent. Чтобы создать этот скрипт, воспользуйтесь функцией «Start Journal» – она будет записывать команды по мере вашего продвижения по различным этапам расчёта.

Новый шаблон рабочего процесса «Watertight Geometry» позволяет значительно сэкономить время. Теперь построить сетку для решения CFD-задачи можно всего за несколько минут, а не за несколько часов, которые требовались для этого ранее. Кроме того, настройки любого этапа рабочего процесса можно легко изменить, даже если вы вернётесь к нему через неделю.

Источник: www.ansys.com
Автор: Erling Eklund