МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АЕРОКОСМІЧНИЙ ІНСТИТУТ

МЕХАНІКО-ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра авіаційних двигунів

Курсова робота на тему: Моделювання робочого процесу в осьових ступенях лопаткових машин

з дисципліни «Системи автоматичного проектування енергетичних машин»

Виконав: студент групи 301 МЕФ

Деревянко Р.О.

Прийняв: Кірчу Ф.І.

Київ 2014

1.Побудова розрахункової сітки: неструктурованої тетраедрич­ної, гексаедричної, блочної гексаедричної

Любая расчетная область, как простая так и очень сложная, могут быть разделены на конечное число элементов (рис.11.1).

а)	б)

Рисунок 11.1 – Расчетная область

а) – простая область, б) – сложная область

В настоящее время наиболее распространенными элементами являются треугольные, четырехугольные, гексаэдр, тетраэдр, пирамида и призма (рис. 11.2), причем пирамида и призма используются как переходные элементы между гексаэдрами и тетраэдрами, таким образом сетка получается либо гексаэдрическая, либо тетраэдрическая, редко смешанная.

2D элементы
3D элементы

Рисунок 11.2 – Типичные формы конечных элементов

Выбор типа сетки для расчета является нетривиальной задачей, т.к. именно этим определяется точность и сходимость решения, совпадение результатов расчета с экспериментальными данными.

Для начала разберемся с логикой создания сетки, заложенной в ANSYS ICEM CFD. В данном ПО предусмотрена возможность создания двух типов сеток: неструктурированной и структурированной блочной условно гексаэдрической. В рамках данной работы мы данной работы будут рассмотрены . Методика создания неструктурированной сетки и особенности ее построения будут рассмотрены в последующих статьях. Здесь же лишь упомянем, что в текущей версии ANSYS ICEM CFD существует несколько методов построения объемной и поверхностной неструктурированной сетки. При этом каждый метод имеет несколько алгоритмов построения сетки. Комбинируя различные методы и алгоритмы построения сеток (как поверхностных, так и объемных), пользователь может применять широчайший инструментарий по созданию неструктурированных сеток — от полностью автоматического до ручного создания отдельных элементов. В завершение отметим, что для простой геометрии можно получить неструктурированную сетку, не уступающую по качеству структурированной. Поэтому, говоря о преимуществах структурированной гексаэдрической сетки, мы прежде всего имеем в виду сетку большой размерности, построенную на сложной криволинейной геометрии.

 

Рисунок 11.3 – зависимость сходимости решения дифференциальных уравнений от количества элементов сетки (где Ф — функция, характеризующая сходимость решения дифференциальных уравнений N – количество элементов сетки): 1 — структурированная гексаэдрическая сетка; 2 — неструктурированная сетка

  Следует понимать, что для получения не зависящего от сетки решения (расчетные значения не изменяются при дальнейшем измельчении сетки) количество элементов, а следовательно, и точек интегрирования решаемых уравнений для структурированной гексаэдрической сетки будет меньше, чем для неструктурированной (рис. 11.3). То есть на гексаэдрической сетке решение, не зависящее от сетки, будет получено за меньшее время счета CPU. Кроме того, пользователи с ограниченными вычислительными возможностями CPU иногда не могут себе позволить построить сетку с большим количеством элементов. В этом случае переход от неструктурированной сетки к структурированной гексаэдрической позволит снизить количество элементов сетки, оставив при этом неизменным характерный размер элементов.

Если же необходимо провести разовое моделирование геометрически сложного объекта и при этом нет ограничений по ресурсам CPU, то лучшим решением будет создание неструктурированной сетки.

В общем случае структурированная гексаэдрическая сетка в ANSYS ICEM CFD называется блочной. Это обусловлено тем, что для создания структурированной сетки исходную геометрию необходимо описать с помощью блоков — прямоугольников для двумерного и параллелепипедов для трехмерного случая.

Таким образом , разобравшись, в каких случаях необходимо пользоваться тем или иным методом построения сетки, рассмотрим на примере компрессорной решетки создание неструктурированной и структурированной расчетных сеток.

Выполнение работы:

ICEM CFD позволяет импортировать геометрию многочисленных форматов. Для данной работы необходимо построить геометрическую модель компрессорной решетки в Solid Works, и далее экспортировать в формат Parasolid (расширение файла: *. x_t ).

На екране будут отображены только контурные линии модели (рис. 11.1). 

Рисунок 11.1 - Импортированная модель

Для отображения поверхностей, в дереве модели необходимо раскрыть вкладку Geometry, затем кликнуть правой кнопкой мыши (далее ПКМ) по пункту Surface, в контекстном меню выбрать Solid. Еще раз кликнуть ПКМ и выбрать Show Surface Name. Далее отметьте галочкой Surface, нажав левой кнопкой мыши (ЛКП). Таким образом, поверхности станут видимыми (рис.11.2). Зажав (ЛКП) и крутя колесиком можно подробно рассмотреть импортированную модель.

 

Рисунок 11.2 - Видимые поверхности