Лабораторная работа

“Моделирование циркуляции воздуха в квадратной полости”

1. Описание задачи.

В этом примере производится расчет циркуляции воздуха в квадратной замкнутой полости с нагретыми, до разной температуры, вертикальными стенками. Режим течения воздуха – ламинарный, задача стационарная, используется двумерный элемент FLUID141.

Физика, смоделированная в этой задаче, охватывает ряд практических применений, таких как сбор солнечной энергии, вентиляция помещений и так далее.

Диаграмма квадратной полости.

Вертикальные поверхности полости нагреты до разных значений температуры, что вызывает неравномерность плотности воздуха внутри полости, чем и обусловлено ламинарное течение воздуха внутри полости.

Число Рейнольдса для этого потока равно 1.01E+05, определяется в соответствии с нижеприведенной формулой:

Ra = g β ∆TL³ ρ²C_p/k µ

где:

g = ускорение свободного падения

β = 1/T

∆T = THOT - TCOLD

L = длина полости

ρ = плотность

Cp = теплоемкость

k = теплопроводность

µ = вязкость

Другие условия задачи:

• Полость: размеры 0.03m x 0.03m; ускорение свободного падения 9.81 m/s²

• Условия: номинальная температура 293K; давление 1.0135E+05 Pa

• Текучая среда: Воздух, единицы измерения SI

• Граничные условия: неподвижные стены (Vx = Vy = 0); левая поверхность каверны поддерживается при температуре T_HOT = 320K; правая поверхность каверны поддерживается при температуре T_COLD = 280K

2. Решение задачи в интерактивном режиме (метод gui).

Выполните следующую последовательность действий:

Шаг 1: Присвоение имени решаемой задаче.

После запуска ANSYS выполните следующее:

1. Выберите маршрут GUI Utility Menu> File> Change Title. Появляется диалоговое окно задания имени.

2. Введите текст "Buoyancy driven flow in a square cavity." (Естественная конвекция в квадратной полости).

3. Кликните на OK.

4. Выберите маршрут Main Menu> Preferences. Появляется диалоговое окно задания предпочтений.

5. В поле FLOTRAN CFD поставьте галочку.

6. Нажмите на OK.

Шаг 2: Задание типа элемента.

В данной задаче используется только один элемент FLUID141. Для задания этого элемента выполните следующее:

1. Выберите маршрут Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete.

Появляется диалоговое окно типов элемента.

2. Нажмите на Add. Появляется диалоговое окно библиотеки типов элемента.

3. В двух прокручиваемых списках Выберите FLOTRAN CFD и "2D FLOTRAN 141."

4. Нажмите на OK. ANSYS возвращается в диалоговое окно типов элемента.

5. Нажмите на Close.

Шаг 3: Создание площадей.

В нашем примере следует создать площадь, представляющую квадратную полость. Для этого выполните следующее:

1. Выберите маршрут Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Areas> Rectangle> By Dimensions. Появляется диалоговое окно создания прямоугольника по координатам.

2. Введите в поля X coordinates 0.0, 0.03.

3. Введите в поля Y coordinates 0.0, 0.03.

4. Нажмите на OK. Только что созданная квадратная площадь появляется в графическом окне ANSYS.