![]() |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
|
Как отмечалось в главе 1, для определения параметров потока в программе Fluent используется система дифференциальных уравнений. Также отмечалось, что по ряду причин решить эту систему можно только с помощью численных методов. Они заключаются в замене непрерывного решения исходных дифференциальных уравнений их алгебраическими аналогами в окрестностях каждой произвольной точки расчетной области. Соответственно, для того чтобы заменить исходные уравнения на алгебраические уравнения необходимо задать точки вблизи которых будет происходить эта замена. В CAE программах широко применяется подход, когда эти точки получается в результате разбиения расчетной области сеткой конечных элементов. Такой же принцип применяется в программно комплексе Fluent. Расчетная область разбивается на конечные элементы, причем точка вблизи которой дифференциальные уравнения заменяются алгебраическими, находится в центре ячейки. Этот процесс является очень важным, поскольку от его качества существенно зависит правильность полученного решения [2].
Построение конечно-элементной сетки осуществляется в препроцессоре Gambit на базе существующей геометрии расчетной области.
Прежде чем приступить к описанию процесса построения сетки, определим терминологию, которой будем при этом пользоваться.
Итак, конечноэлементная ячейка образуется пересечением сеточных линий и может быть двух или трехмерной. По своей форме она может быть трех или четырехугольной (рис. 5.1) в двухмерном случае или четырех и более гранной в трехмерном случае. Основные типы КЭ, применяемых в программе Gambit показаны на рис. 5.1 и 5.2. В отличие от КЭ, используемых в других программах, например Ansys, количество узлов в ячейке важно только при вычислении градиентов параметров. По этой причине число потребных конечных элементов в программе невелико.
Конечноэлементная сетка, применяемая при расчетах в программном комплексе Fluent состоят из следующих составляющих:
- в двухмерном случае: центра ячейки, узлов, ребер и ячеек (cell center, node, edge, cell) (рис. 5.3);
Рис. 5.3. Основные элементы двухмерной конечноэлементной сетки
- в трехмерном случае: центра ячейки, узлов, ребер, граней и ячеек (cell center, node, edge, face, cell) (рис. 5.4).
Рис. 5.4. Основные элементы трехмерной конечноэлементной сетки
Методика построения конечноэлементной сетки в программе Gambit мало отличается от методики построения сеток в других CAE программах и может быть осуществлена тремя способами:
1. Автоматическое построение. Разбиение осуществляется программными средствами без участия пользователя. В этом случае программа анализирует форму и размеры объекта и пробует наложить сетку наиболее простым способом. В большинстве случаев таким способом можно построить только неструктурную сетку.
2. Полуавтоматическое построение. При этом участие пользователя заключается в назначении размера ячейки, мест сгущения сетки или числа конечных элементов. Основываясь на введенных параметрах программа сроит сетку. В большинстве случаев она также получается неструктурной, но более высокого качества, чем в первом случае.
3. Сетка строится пользователем. В этом случае производится непосредственно расчетчиком от простого элемента к сложному, начиная с ребер и заканчивая объемами. В данном случае процесс разбиения расчетной области может включать в себя дополнительные операции декомпозиции геометрии на блоки, которые можно побить структурно, а также дополнительные команды управления разбиением.
Первые два метода, как правило, не позволяют построить структурную сетку, что отрицательно сказывается на точности расчета. Поэтому для точных расчетов следует пользоваться третьим способом. Однако процесс построения качественной структурной сетки кропотлив, трудоемок, требует от пользователя определенной квалификации и может занимать до 80% времени решения задачи. Тем не менее, значительно возрастающая точность расчета оправдывают эти затраты.
При построении конечноэлементных сеток придерживаются двух правил [1,7,8,12].
- в области повышенных градиентов (скорости, давления, температуры) необходимо применять сетку повышенной плотности (густоты);
- грани конечных элементов должны быть сориентированы по линиям тока течения рабочего тела.
Для выполнения второго правила предпочтительнее использовать гексаэдральные конечные элементы в трехмерных расчетных моделях и четырехугольные в двухмерных. Причем эти элементы следует ориентировать так, чтобы одна часть их граней была параллельна потоку, другая перпендикулярна. Однако реальная конфигурация расчетной области может сильно осложнить этого правила.
5.2. Ра з биение на конечные элементы расчетной области в программе Gambit
Меню построения конечноэлементной сетки в программе Gambit вызывается нажатием кнопки в главном меню. В меню построения сетки располагаются кнопки доступа к командам построения и редактирования сетки в пограничном слое
, на линий
, поверхности
, объеме
и на группах
(Рис 5.5).
Рассмотрим типичную структуру меню построения и конечноэлементной сетки на примере меню Mash Face (разбить поверхности на КЭ) (рис. 5.6). Как видно, оно состоит из нескольких кнопок, открывающим доступ к подменю соответствующих команд. Щелчок на кнопках правой клавишей мыши (в случае если на кнопке есть красный треугольник слева внизу) откроет доступ к меню схожего содержания.
Построение сетки на элементе | Изменение положения узлов ячейки | Сглаживание сетки | Изменение атрибутов точек | Изменение числа узлов конечного элемента |
связывание/ разъединение сеток (link) | Преобразование сетки в поверхность | Информация о сетке | Удаление сетки |
Рис 5.6. Типичная структура меню построения, редактирования конечных элементов
Для поверхностной сетки доступны следующие команды (рис 5.6):
- Построение конечноэлементной сетки на объекте . Команда осуществляет построение сетки на выделенном элементе. Она содержит ряд опций позволяющих управлять процессом разбиения. Подробнее работа с командой применительно к разным геометрическим объектам будет рассмотрена ниже.
- Изменение положения узлов ячейки . Команда позволяет пользователю изменить положение любого узла ячейки на требуемое. В этой же позиции находится команда Split Quad Meshes
, позволяющая построить на базе четырехугольной сетки треугольной повышенного качества. Треугольная сетка получается делением четырехугольных элементов диагоналями (рис. 5.7).
Рис. 5.7. Результат действия команды Split Quad Meshes
- Сглаживание сетки . Команда позволяет сгладить сетку конечных элементов. Действие команды проиллюстрировано на рис. 5.8.
Рис. 5.8. Результат сглаживания сетки
- Редактирование атрибутов точек . Команда позволяет изменить атрибуты точек, что дает возможность управлять процессом разбиения поверхностей. Подробнее назначение команды и работа с ней будет рассмотрена в разделе 5.6.
- Изменение числа узлов ячейки конечного элемента . По умолчанию каждый конечный элемент имеет узлы только в своих вершинах. Данная команда позволяет строить дополнительные узлы на гранях и в центре ячеек, что позволяет точнее учитывать градиенты изменения параметров. Действие команды на примере поверхностей показано на рис. 5.9. Изменение числа узлов на гранях и трехмерных ячейках происходит по тому же принципу.
Рис. 5.9. Возможное расположение узлов конечноэлементной сетки на плоских элементах
- Связывание / разъединение
сетки. Команда связывает сетки на элементах с одинаковой геометрией. В результате на них накладывается идентичная сетка. Связывание является необходимым условием для задания периодических граничных условий, а также может применяться при упрощении разбиения одинаковых элементов. Подробнее работа с командой будет рассмотрена ниже.
- Преобразование сетки в геометрический объект . С помощью данной команды на базе существующей сетки может быть создан геометрический объект. В этой же позиции находится команда разделить поверхность по узлам конечноэлементной сетки
. Она позволяет разделить разбитую на конечные элементы поверхность на две виртуальных ломанной линией, которая задается узлами ячеек принадлежащих поверхности. Действие команды показано на рис. 5.10.
Рис. 5.10. Действие команды деления поверхности по узлам сетки
- Выдача информации о сетке . Команда дает информацию о конечноэлементной сетке: число ячеек, узлов, граней и т.п. Кроме того, в этой же позиции находится команда Check
позволяющая проверить построенную сетку на наличие ошибок.
- Удаление сетки . Команда удаляет существующую сетку с выделенного элемента. Подробнее работа с командой будет рассмотрена ниже.
Меню построения и редактирования сеток на линиях, объемах и группах имеют схожую структуру и команды. Часть команд, доступных для поверхности и показанных на рис. 5.6 для сеток на других элементах геометрии недоступна.
Остановимся на основных действиях с конечно-элементной сеткой подробнее.
Дата публикования: 2015-02-20; Прочитано: 1036 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!