Применение демонстрационных версий газодинамических пакетов “flowvision” и “fluent” в учебном процессе

В последнее время математическое и компьютерное моделирование превратилось в одну из самых эффективных информационных технологий, определяющих развитие передовых отраслей науки и техники.

Свидетельством этого является появление пакетов прикладных программ для численного моделирования газодинамических и тепло-массообменных процессов, которые широко используются в инженерной практике зарубежных компаний и активно пропагандируются через Интернет.

Среди таких программных продуктов, позволяющих рассчитывать, визуализировать и оптимизировать широкий спектр технологических процессов, следует, прежде всего, выделить пакеты “FlowVision” и “Fluent” предназначенные для решения задач механики жидкости и газа. Применение этих пакетов освобождает пользователя от необходимости овладения тонкостями вычислительной математики, а также изнурительной работы по созданию численных алгоритмов и программ для их реализации [1], позволяя сосредоточить все внимание на поиске наиболее эффективных технических решений.

Приведем краткий список задач, решаемых методами вычислительной гидродинамики с использованием коммерческих программ:

1. Технологические процессы производства материалов:

• моделирование литья металлов и пластмасс в форму;

• моделирование физико-химических процессов в химических и биологических реакторах;

2. Строительство:

• расчет ветровых нагрузок на здания и сооружения

• вентиляция и пожаробезопасность зданий

• определение сопротивлений воздуховодов и водо-раздаточных устройств;

Рис. 1. Распределение концентрации горючего в осевой плоскости газовой горелки.

Рис. 2. График вдоль окружности концентрации газа в смесителе. Вдув газа производится только через левый вход.

3. Энергетика:

• расчет горелок для сжигания топлива в котлах ТЭЦ;

• расчет выбросов оксидов азота котлами ТЭЦ;

• определение сопротивлений газоходов;

4. Экология и чрезвычайные ситуации:

• моделирование распространения загрязнений в водо-воздушных бассейнах;

• моделирование распространения пожаров в лесах и городах.

Процесс расчета течения жидкости включает в себя следующие шаги, выполняемые пользователем:

1. Создание области расчета;

2. Задание математической модели изучаемого процесса;

3. Задание граничных условий;

4. Задание сетки;

5. Задание критериев адаптации сетки по решению и по граничным условиям;

6. Задание параметров методов расчета;

7. Проведение расчета без участия пользователя;

8. Просмотр результатов расчета в графической форме (“визуализация” результатов расчетов);

9. Определение и сохранение числовых значений характеристик параметров течения и /или силового воздействия на элементы, находящиеся в потоке, в виде файлов;

10. Оценка точности расчетов.

К особенностям использования пакета “FlowVision” относится [2]:

• использование САПР для создания расчетной области с последующим импортом геометрии через форматы STL, VRML;

• использование прямоугольной, локально измельчаемой расчетной сетки ( для преодоление барьера между САПР и системами моделирования движения жидкости используется метод подсеточного разрешения);

• большой набор моделей горения.

Дополнительные возможности численного моделирования открывает газодинамический пакет “Fluent”:

• единый интерфейс для создания геометрии и сетки (ведение журнала создания геометрии и сетки позволяет редактировать и “проигрывать” построенную модель при параметрических исследованиях);

• уникальная гибкость сеток Fluent значительно сокращает время расчетов на сложных геометриях, по сравнению с другими программами для численного моделирования газодинамических процессов (можно использовать четырех-, шестигранные нерегулярные сетки для быстрого моделирования на сложной геометрии);

• большой набор моделей турбулентности;

• возможность моделирования движения многофазных дисперсных сред.

Код Fluent хорошо зарекомендовал себя на многопроцессорных компьютерах различных платформ, параллельные вычисления позволяют решать сложные задачи заметно быстрее [3].

Оба программных продукта основаны на численном решении уравнений Навье-Стокса, теплопереноса, конвективной диффузии, энергии с использованием методов сеток и конечных элементов.

Предоставляемые бесплатно демонстрационные версии этих пакетов могут быть эффективно использованы в учебном процессе при изучении информатики, математического моделирования технологических процессов, а также многих общеинженерных и специальных дисциплин.

Так, в текущем учебном году программный пакет “FlowVision” использовался при изучении дисциплины “Аэродинамика вентиляции” для моделирования полей скоростей воздуха и концентрации частиц пыли в циклонах, при изучении рассеивания промышленных выбросов с учетом промышленной и городской застройки, для моделирования тепловоздушного режима производственных и жилых помещений и в других задачах.

Применение демонстрационных версий прикладных программ требует той же общеобразовательной и специальной подготовки, что и применение их полных версий, поэтому представляется целесообразным использование всех возможностей и ресурсов Интернет для изучения и практического овладения современным программным обеспечением, которое безусловно потребуется будущим специалистам в их практической деятельности.

Базовая презентация FLUENT.

Базовая презентация FLUENT покажет основные возможности программы, а также перспективные направления в развитии.