5.9. Окно создания и редактирования материалов

5.10. Выбор необходимого материала (жидкости)

Во вкладке Cell Zone Conditions задаем внутренние условия объекта, то есть то, что находится внутри поверхности тела. В окне Zone выбираем первое тело (air) и в поле Type задаем тип материала – fluid, нажимаем кнопку Edit и в поле Material Name выбираем соответствующий телу тип жидкости – air. Так как воздух является телом, которое нагревает воду в теплообменнике, то ставим галочку около Source Terms )рис. 5.11). Нажимаем OK.

Рис. 5.11. Окно настройки внутренних условий объекта (air)

Аналогичную процедуру проделываем и для второго тела – water. Галочку около Source Terms не ставим. Нажимаем OK.

Рис. 5.12. Окно настройки внутренних условий объекта (water)

Во вкладке boundary condition задаем граничные условия объекта:

• Для входа воздуха (air_in) выбираем в поле Type > mass- flow-inlet > Yes. Во вкладке Momentum в поле Mass Flow Rate задаем значение массового расхода 0,7 кг/с. В полях X(Y-, Z-)-Component of Flow Direction задаем направление течения жидкости в декартовых координатах в соответствии с построенной моделью (X=0, Y=0, Z=-1). Во вкладке Thermal задаем температуру воздуха на входе в теплообменник 550 К.

Рис. 5.13. Задание граничных условий для воздуха на входе в теплообменник

• На выхода воздуха (air_out) задаем тип границы Type > outflow (свободный выход) > Yes > OK.

Рис. 5.14. Задание граничных условий для воздуха на выходе из теплообменника

• Аналогично задаем параметры теплообмена и движения для воды (water_in, water_out). Температура воды на входе в теплообменник 333 К.

• Для стенки wall-air задаем тип границы Type > wall. Нажимаем на edit. Во вкладке Momentum задаем неподвижную стационарную стенку Stationary Wall. Во вкладке Thermal задаем граничное условие 2 рода Heat Flux (тепловой поток) значение которого равно 0 Вт/м², толщину стенки Wall Thickness (0 м), материал стенки Material Name – aluminum.

Рис. 5.15. Задание граничных условий на внешней

поверхности теплообменника

• Для стенки interior-air-water, разделяющей воздух и воду, задаем условие смешанного теплообмена Type > wall > Yes > Thermal > Coupled. Задаем значения Heat Generation Rate 1 Вт/м³ и толщину стенки Wall Thickness 0,005 м.

Рис. 5.16. Задание граничного условия смешанного теплообмена для стенки, разделяющей теплоносители

Во вкладке Solution Initialization нажимаем кнопку Initialize и при успешной инициализации проекта переходим во вкладку Run Calculation (запуск расчета). Во вкладке задаем количество итераций расчета Number of Iterations – 100, интервал вывода результатов Reporting Interval – 1 и нажимаем кнопку Сalculate для начала расчетов.

Рис. 5.17. Окно настройки вкладки Run Calculation

После остановки расчета переходим ко вкладке быстрого доступа Graphics and Animations (графика и анимация), где в окне Graphics (графика) выбираем параметр Contours (контуры) и нажимаем кнопку (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Окно настройки вкладки Graphics and Animations

В новом окне (рис. 5.19) в списке Options (настройки) ставим галочки напротив пунктов: Filled (заполнение), Node Values (значения узла), Global Range (глобальное масштабирование), Auto Range (автоматическое масштабирование). В списках Contours of (контуры чего-либо) выбираем из списков: Temperature и Static Temperature (статическая температура), а в списке Surfaces (поверхности) отмечаем всё. Нажимаем кнопку .

Рис. 5.19. Окно отображения контуров

В окне Contours отобразится минимальная (min) и максимальная (max) температуры.

В графическом окне отобразится рис. 5.20, который показывает распределение температуры по длине теплообменника визуально, при помощи цветной легенды.

Рис. 4.47. Общий вид постпроцессора CFD-Post

Рис. 5.20. Графическое окно, показывающее распределение температуры по длине теплообменника

НАСТРОЙКА ВЫВОДИМЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ

После успешного окончания расчета, чтобы построить оптимизационные параметры необходимо зайти во вкладку Reports. Для задания величины получаемого теплового потока в поле Reports выбираем Fluxes и нажимаем Set Up.

В поле Options выбираем Total Heat Transfer Rate, а в поле Boundaries необходимую поверхность water_out (выход нагреваемой воды из теплообменника), нажимаем Compute (рис. 5.21), чтобы просчитать текущее значение данного параметра, и нажимаем кнопку Save Output Parameter > OK > Close.

Рис. 5.21. Задание свойств оптимизации для теплового потока

Далее в поле Reports выбираем Volume Integrals и нажимаем кнопку Set Up. В поле Report Type выбираем Mass Integral. В списке Field Variable выбираем Temperature. В поле Cell Zones выбираем необходимое тело water. Нажимаем Save Output Parameter > OK > Close (рис. 5.22). Возвращаемся в окно Workbench.

Рис. 5.22. Задание свойств оптимизации для среднемассовой температуры воды на выходе из теплообменника

НАСТРОЙКА ПАРАМЕТРОВ ОПТИМИЗАЦИИ

Перетаскиваем тип расчета из раскрывающегося списка поля Toolbox > Design Exploration > Goal Driven Optimization под Parameter Set (рис. 5.23).

Рис. 5.23. Добавление Direct Optimization в блок-схему

Открываем Design of Experiments для построения матрицы планирования. В окне Outline of Schematic B2: Design of Experiments выбираем изменяемый параметр Р1. В окне Properties of outline P1 задаем диапазон изменения параметра Р1. Для этого в поле lower bound задаем нижний уровень значений, а в поле upper bound – верхний уровень значений. Аналогично для другого параметра P2. И нажимаем кнопку Update для построения матрицы эксперимента. После построения матрицы эксперимента нажимаем кнопку Return to Project для возвращения к проекту. Для расчета и выбора оптимальных параметров открываем Optimization. В поле Table of schematic В4: Optimization, в поле Optimization objectives в столбцах выводимых параметров в строке Objective выбираем уровень оптимум параметров (максиму, минимум и др.), в строке Importance выбираем уровень очередности и важности оптимума. Нажимаем Update для получения выборки оптимумов.