Блог «CFD для всех»

ANSYS для всех

Блог посвящен программному продукту ANSYS. Цель его создания-помощь начинающим работать с ANSYS. Хотя некоторые статьи так же будут интересны и продвинутым пользователям
  • Внешнее обтекание здания. Часть 1. Подготовка геометрии

    Рассмотрим пример, внешнего обтекания здания. Для начала, хочется сразу оговориться по принимаемым допущениям:
    1. Решаем стационарную задачу, поэтому скорость ветра во времени не изменяется, хотя конечно для более корректной постановки, необходимо решать нестационарную задачу, так как скорость ветра является не постоянной величиной – в реальности присутствуют пульсации воздушного потока.
    2. Так как рассмотрение носит сугубо демонстрационный характер, то принимаем скорость ветра постоянной по высоте.
    Итак, начинаем работать в ANSYS WorkBench2. Загружаем ANSYS WB. Из панели инструментов (Toolbox >Analysis System) выбираем тип анализа – Fluid Flow (CFX).

    В рабочей области появляется новый объект, схематически отображающий обязательные шаги которые необходимо пройти для создания рабочей модели – создание (импорт) геометрии, создание сетки, настройки решателя, решение, анализ результатов.
    Постепенно пройдем вместе все перечисленные шаги. Основой является геометрия – то есть исследуемый объем. ANSYS WB предоставляет Вам два различных варианта – импорт геометрии из внешнего САПР, либо создание геометрии внутренними инструментами ANSYS WB. В данном случае, так как геометрия достаточна проста, то я для создания геометрии выбрал средства ANSYS WB – ANSYS Design Modeler. Двойным щелчком правой кнопки мыши (далее ПКМ) по ячейке А2 (Geometry) открываем ANSYS Design Modeler. При запуске появляется окно предлагающее выбрать единицы измерения.

    После выбора единиц измерения появляется область построения, дерево модели и основные панели.

    Создаем в Design Modeller требуемую геометрию (либо импортируем ее из любой понравившегося Вам CAD системы).

    Геометрия предельно простая, поэтому думаю нет смысла подробно останавливаться на ее создании. Единственно на чем, хочу остановиться, так это то, что для удобсства создания граничных условий на следующих шагах, сразу же в Design Modeler я создаю «Именованные виды – Named Selection». Логика создания именованных видов следущая – нпосле создания требуемой геометрии необходимо понять какие граничные условия Вам понадобяться для расчета. После этого в соответствии с этими (задуманными) граничными условиями создаем именнованные виды. Для данной модели создаем следующие именнованные виды – In (вход потока в облясть), Out (выход потока из расчетной области), Building (стенки исследуемого здания), Top, Bottom, Side_1, Side_2 (соответсвенно, верхняя, нижняя и боковые поверхности ограничивающие исследуемую подобласть)
    Собственно говоря, на этом создание геометрии законченно и можно переходит к созданию сеточной модели. Закрываем Design Modeler, сохраняем проект (как обычно нажимаем на кнопку Save) и двойным щелчком мыши открываем ячейку A2 – Mesh. При этом открывается ANSYS Meshing. Геометрия вместе с созданными именованными видами автоматически передается в ANSYS Meshing и готова для создания сетки! Кстати после создания геометрии, в ячейке A1 напротив надписи Design Modeler появляется зеленая галочка, показывающая существование в проекте подготовленной геометрии.
    На этом мое сегодняшнее повествование закончено, о создании сетки расскажу в самое ближайшее время. Надеюсь, Вам было интересно! Готовьте геометрию, скоро будем делать сетку!



  • База предприятий использующих расчетные пакеты
    Добрый день Уважаемые коллеги!Думаю, что ни для кого не секрет, что компьютерные методы инженерного анализа не очень-то распространены в РФ. Особенно в легальном использовании. Поэтому человеку, желающему посвятить некоторую часть своей жизни на их изучение, потом не так просто найти достойную работу. Повторюсь — именно достойную; а под достойной работой я понимаю достаточную оплату труда (тут уж каждый решает сам), возможность развиваться в профессиональном плане, и что бы начальник был не полное Г….
    Например, если в англоязычном интернете вы попытаетесь найти работу расчетчика, то у Вас в поиске отразятся десятки вакансий по всему миру – выбирай в силу своих возможностей и желаний. А в России?? В лучшем случае одна-две вакансии (или может я не там смотрел??? Тогда подскажите, не только мне будет интересно (хотя на текущий момент поиск работы для меня не так актуален)).
    Так вот, с сегодняшнего дня я буду публиковать список предприятий (русскоговорящие страны) на которых по моим данным используются расчетные пакеты. Неважно какие. Попытаюсь указывать, чем считают, кто считает и что.
    Однако данный раздел не возможно будет полностью сформировать только моими силами, так как я не занимаюсь специально поиском таких предприятий. Поэтому жду ваших сообщений – как говориться спасение утопающих … ну и т.д. Да, кстати, если я где то не прав – пожалуйста, поправляйте меня. Возможно сегодня мы поможем кому-то, а завтра сами будем с надеждой просматривать этот список. Итак, приступим:
    ОАО Чепецкий механический завод
    427620. Удмуртия г. Глазов ул. Белова, 7
    Тел. (34141) 34560
    Руководитель группы САПР — Абашев Тагир Накипович
    Пользуются ANSYS Design Space
    ______________________________________________________
    ОАО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения»
    432071, г. Ульяновск, ул. Крымова, 10а.
    Тел. (8422) 98—52—80
    Ведущий инженер-конструктор (отдел РТО)- Сорокин Михаил Юрьевич
    Пользуються FlowVision HPC, мечтают об ANSYS
    _______________________________________________________
    ПК Сибэнергомаш (г. Барнаул)
    656037, Алтайский край, Барнаул, пр. Калинина, дом N 26
    Тел. (3852) 77—96—54
    Главный конструктор — Лосев Степан Борисович
    ANSYS CFX, ANSYS Mechanical
    по текущей информации (1.07.2009) горящая вакансия — инженер\ведущий инженер расчетчик (расчет вентиляторов, компрессоров)
    _______________________________________________________
    ФГУП «ММПП «САЛЮТ»
    105118, г.Москва, проспект Буденного, 16.
    Тел. (499) 785-81-19; факс: (495) 365-40-06. e-mail: info@salut.ru
    Используют ANSYS, ANSYS CFX
    (предоставлено iva-77. Спасибо!)
    ________________________________________________________
    НПО "Радуга"
    к сожалению реквизитов нет, кто может помогайте!
    Используют ANSYS ICEM CFD, ANSYS CFX
    (предоставлено iva-77. Спасибо!)
    ________________________________________________________
    ЦАГИ
    140180 Россия г. Жуковский, Московская область ул. Жуковского, д.1
    Тел. (495) 556-42-05
    Используют ANSYS ICEM CFD, ANSYS CFX
    (предоставлено iva-77. Спасибо!)
    ________________________________________________________
    ОАО "НПО "Сатурн"
    152903, Россия, Ярославская область г. Рыбинск, пр. Ленина, 163
    Телефон (4855) 296-100
    внедрило ANSYS, ANSYS CFX, ICEM CFD
    (предоставлено iva-77. Спасибо!)
    ________________________________________________________
    ФГУП "НПП "Мотор"
    450039 Башкортостан г. Уфа ул. Сельская Богородская, 2
    Телефон (347) 238-86-65
    Начальник конструкторского отдела
    Галимханов Булат Князевич
    Используют ANSYS для расчета динамики жидкости и твердых тел.
    P.S. Вы можете публиковать информацию с данного источника. Единственное условие —ставьте работающую ссылку на мой блог и надпись «CFD для всех»


  • Заминка вышла...
    Уважаемые коллеги, прошу прощения, что не отвечаю на Ваши просьбы о помощи в разделе ВСТУПЛЕНИЕ . В настоящее время наложилось несколько неотложных дел и командировок. Постараюсь ответить как можно скорее. По крайней мере, на уже заданные вопросы. По ветровым нагрузкам на здание я уже начал готовить статью. Так что ждите!

    Михаил.

  • Требуется инженер-расчетчик в ANSYS CFX
    Коллеги, на днях был в Столице родины нашей. Знакомые предложили работу, но так как мне это не интересно, с удовольствием сделаю кому-нибудь добра. Ну, так вот:
    Срочно требуется инженер расчетчик для работы с ANSYS CFX. Область - турбомашиностроение. Точнее - проектирование центробежных насосов (возможно и другие типы). Работа в Москве. Приезжим оплата жилья + хорошая зп.
    Крупная компания, стабильная зарплата, есть перспектива роста, загранкомандировки.

    Кому интересно пишите мне. Я дам более подробную информацию.

  • Назначение CFD
    Итак, для начала пару слов о том, что же такое CAE и CFD. Кому то это, скорее всего, будет интересно и, главное полезно. Начнем с дословного перевода:
    CAE – Computer aided engineering – компьютерный инженерный анализ (общепринятый перевод в России) более подробно можете найти в сети, например, для начала, в ВИКИПЕДИИ.
    CFD — Computational fluid dynamics — Вычислительная гидродинамика (общепринятый перевод в России).Сразу бы хотелось оговориться, что я испытываю ОГРОМНОЕ уважение к людям, которые самостоятельно пишут коды для проведения анализа. Однако, это совершенно другая история, я буду говорить о CFD кодах, которые получили наибольшее распространение в мире и, используя средства которых, российский инженер может довольно быстро выйти на высокий уровень проектирования и разработки изделий. На мой, сугубо личный взгляд, (правда, подтверждаемый мировой практикой – см. изображение [взято с www.ansys.com]) наиболее полными по функционалу являются коды ANSYS CFX и ANSYS FLUENT.

    Альбом: CFD для всех


    В области моих интересов, в основном, лежит именно CFD анализ, именно поэтому я буду говорить, по большей части, именно о нем. Итак, что же позволяют CFD программы? Как очевидно из названия – проводить расчет гидрогазодинамики. Вопрос в том, где и как, а если с точки зрения инженера, то – какими методами и для каких объектов. Объектом анализа при некоторой сноровке может являться практически любой объект из современной промышленности.
    В основе лежат численные методы решения дифференциальных уравнений позволяющие получить решение дифференциальных уравнений описывающих физическое состояние объекта (системы объектов). Таким образом, у Вас появляется возможность проанализировать работу объекта изнутри (и снаружи при необходимости!) не только по макро показателям – кпд, давление… Но и получить значение исследуемой переменной в каждой точке исследуемого объекта – например, получив векторное поле скорости или заливку по давлению. Кстати, нужно отметить, что многие распространенные CFD коды позволяют проводить расчет не только гидрогазодинамики, но и теплообмена, химических преобразований, учитывать влияние твердых (или жидких) включений и многое другое. Если сказать просто – то современная программа для CFD позволяет рассчитывать и анализировать все, что течет, греется и химически реагирует, но конечно в основе все-таки лежит жидкость (кстати, под жидкостью, в общем случае, понимают как капельную жидкость, так и газы).
    В двух словах работа с CFD состоит из нескольких основных этапов:

    • Создание геометрии – то есть геометрическое представление (построение) расчетной области (обычно – проточной части). На этом этапе, в основном используется CAD система.
    • Разбиение геометрии на расчетную сетку – создание разностной (конечно-элементной или конечно-объемной) модели.
    • Передача сеточной модели в препроцессор CFD программы и наложение граничных и начальных условий.
    • Непосредственный расчет в солвере (от английского solve).
    • Заключительный этап – анализ результатов.

    Конечно же, существует множество дополнительных и вспомогательных шагов. Я постараюсь о них поговорить в последующем.
    Кажется, для начала, достаточно общей информации, мне и самому от нее стало немного скучно. :-)

    Напоследок привожу один из популярных в области CFD примеров расчета — подача в смеситель 2-x жидкостей с различной температурой:


    На рисунке показана в горизонтальной плоскости заливка по температуре (соответственно красный цвет – горячо, синий – холодно) и векторное поле скорости течения жидкости в вертикально плоскости.
    В следующий раз я расскажу о практическом применении и приведу конкретные примеры.
    До встречи. Надеюсь на Ваши комментарии.

    P.S. Вы можете публиковать информацию с данного источника. Единственное условие —ставьте работающую ссылку на мой блог и надпись «CFD для всех»


  • Сшиваем сетку в Icem CFD
    По просьбе Алексея (iva-77) привожу небольшой примерчик по сшиванию двух сеток между собой. И так Алексей попросил разобрать такой примерчик:
    «… пытаюсь ( в качестве теста) сшить 2 кубика. Один разбит по количеству элементов 8х8х8, второй 6х6х6…»
    Как говорится лучше один раз увидеть … Поэтому я сделал небольшой ролик. Прошу смотреть:

    Ну вот, как видите, сложностей нет. Нужно только создать interface в месте соединения сеток.

    P.S. Вы можете публиковать информацию с данного источника. Единственное условие —ставьте работающую ссылку на мой блог и надпись «CFD для всех»

  • Россия и суперкомпьютеры

    Россия будет использовать суперкомпьютеры для защиты национальной безопасности - заявил Дмитрий Медведев!

    Да неужели??? И такое случится!!??

    Честно говоря, даже и не знаю толком плакать или смеяться? С одной стороны конечно хорошо, что руководство страны задумывается о том, что нам необходимы суперкомпьютеры (мы пока на 15 месте в мире, не очень то престижно для супердержавы??), и даже более того, оно (руководство), по крайней мере, в лице Медведева, даже задумывается о том, что на этом компьютере нужно что-то считать!! Так как проектированием без проведения качественных расчетов сложно кого-либо заинтересовать в современном мире.

    А с другой стороны, есть некоторое предчувствие, что все это закончиться созданием какой-нибудь очередной госкорпорацией или холдингом по созданию супер-пупер-компьютера. Куда благополучно будут сливать наши денежки, а толку от этого будет маловато (а то, как бы еще и не навредили!!).

    В общем скепсис у меня какой-то...

    P.S. Вы можете публиковать информацию с данного источника. Единственное условие —ставьте работающую ссылку на мой блог и надпись «CFD для всех»



  • Начинаем работать с ANSYS CFX. Part 1

    Предыдущие несколько сообщений были посвящены созданию конечно-элементной/объемной сетки.

    Рассмотрим теперь следующий этап моделирования – передача этой сетки в решатель и определение физических условий моделирования.
    В первую очередь, как Вам вероятно уже понятно, нужно определиться с расчетной областью. При этом к этому вопросу нужно подойти творчески. Например, если Вы желаете провести исследование запорно-регулирующей арматуры установленной на трубопроводе. Что в этом случае будет объектом моделирования? Тут возможны следующие варианты:

    • Моделируем только непосредственно саму задвижку.
    • Моделируем всю систему – километры труб, напорный насос и задвижку.
    • И, наконец, небольшую часть трубы до задвижки, задвижку и часть трубы после.

    Какой же вариант верный? А на самом деле все они могут быть правильными, в зависимости от Ваших желаний. Если мы, например, говорим о необходимости провести исследование арматуры в рабочем режиме, то я предпочту третий вариант задания области моделирования. А если нам нужно, допустим, оценить влияние резкого закрытия клапана (или задвижки) в регулирующей арматуре на возникновение гидравлического удара, то возможно нужно будет увеличить длину трубопровода для моделирования до, и после задвижки.
    В общем, тут без инженерной мысли не обойтись! Поэтому совет №1 задумайтесь что Вы хотите увидеть в финале.
    И еще важный совет при выборе объекта моделирования – упрощайте геометрию. Например, если у Вас на геометрии присутствуют незначительные элементы – слабо влияющие на характер течения жидкости, то лучше их и не включать в расчетную модель. Они либо все равно не учтутся – сгладившись сеткой, либо (в зависимости от метода построения расчетной сетки) измельчат Вашу сетку до безобразия!
    Отсюда совет №2 – Упрощайте, а после того как упростили, подумайте еще раз и упростите снова!
    Кстати, пробный расчет лучше всего провести на 2D модели или на её части – четверти или секторе.
    Далее, после того как Вы определились с геометрией и построили сетку. Самое время для задания ГУ – граничных условий. Задание граничных условий, очень важно, несмотря на то что решатель ANSYS CFX отличается очень высокой устойчивостью – неправильно заданные ГУ могут привести к некорректным результатам и «падению» решения.
    Совет № 3 по выбору ГУ на входе и выходе. Есть несколько возможных вариантов комбинации ГУ при условии в модели 1 входа и одного выхода:
    Максимально устойчивая
    Вход - скорость либо массовый расход
    Выход - статическое давление
    Результатом расчета на входе будет - полное давление
    Достаточно устойчивая
    Вход - полное давление
    Выход - скорость либо массовый расход
    Результатом расчета на входе будет - статическое давление и скорость на входе
    Допустимая (с осторожностью)
    Вход - полное давление
    Выход - статическое давление
    Результатом расчета на входе будет - массовый расход
    Не рекомендуемая
    Вход - статическое давление
    Выход - статическое давление
    Результатом расчета на входе будет - полное давление и массовый расход.
    Данное сочетание практически не ограничивает систему, а, следовательно, результат может быть не предсказуем, и будет по большей части зависеть от других условий моделирования (например, начальных условий, настройки решателя и т.д.).

    Продолжение следует …

    P.S. Вы можете публиковать информацию с данного источника. Единственное условие —ставьте работающую ссылку на мой блог и надпись «CFD для всех»



  • Ссылки

    Добрый день,Здесь я буду по мере появления оставлять ссылки на ресурсы связанные с CFD.

    Российские диллеры ANSYS:

    http://delcam-ural.ru/

    http://www.emt.ru/

    Российский CFD продукт:

    http://www.flowvision.ru/

    Форумы по САПР:

    http://www.sapr2k.ru/

    Сеточные генераторы, и т.д:

    http://www.grid-cfd.ru/

    Полезные сайты по CFD (и не только)

    http://www.procae.ru/

    Рассылки:

    http://feeds.feedburner.com/engitape

    Буду рад Вашим подсказкам!

    P.S. Вы можете публиковать информацию с данного источника. Единственное условие —ставьте работающую ссылку на мой блог и надпись «CFD для всех»



  • Создание сеточной модели в ANSYS ICEM CFD
    Добрый день. На одном из популярных форумов по САПР – http://www.sapr2k.ru/ был вопрос по построению конечно-элементной/объемной гексаэдрической сетки в ANSYS Icem CFD для следующей геометрии:
    Альбом: CFD для всех
    Как Вы понимаете, для данной геометрии проблемы с построением сетки возникают в выделенных зонах. Элементы сетки в данных зонах, независимо от того тетраэдрическая это или гексаэдрическая сетка, получаются остроугольными, что является недопустимым для CFD анализа.Нужно всегда помнить, что CFD моделирование это всегда некоторое приближение, точность которого зависит от различных факторов. Поэтому в данном случае необходимо избавиться от тангенциального соединения – несколько поступившись геометрией, но повысив за счет этого качество сетки. Сделать это можно двумя способами – непосредственно изменив геометрию в CAD системе, либо построить блочную структуру в Icem CFD таким образом, что бы построить требуемую сетку.Я предпочел, второй способ – как менее очевидный. Итак, рассмотрим основные шаги создания сетки (так же смотрите заметку: «Построение блочной сетки в Icem CFD для топологически треугольных объектов»):
    Для начала создаем 2D блок и разделяем его на два что бы описать клинообразный выступ:
    Альбом: CFD для всех
    Далее преобразуем верхний узкий блок в треугольный, используя инструмент Merge Vertices:
    Альбом: CFD для всех
    Используя инструменты Associate Blocks – ассоциируем блоки с геометрией:
    Альбом: CFD для всех
    После этого преобразуем исходный 2D блок в 3D в соответствии с геометрией:
    Альбом: CFD для всех
    Добавляем о-блок для цилиндрического объема, и на этом, считаем, блочную структуру, для цилиндрического объема, готовой:
    Альбом: CFD для всех
    Теперь необходимо закончить блочную структуру для клинообразной (пирамида) части объекта. Для этого разбиваем пирамидальный блок на два, а затем верхний преобразуем в Y-блок. Воспользовавшись инструментами Move Vertices и Split Edge более точно описываем исходную геометрию:
    Альбом: CFD для всех
    В завершении блочная структура выглядит следующим образом:
    Альбом: CFD для всех
    Проводим настройку размера элементов и строим сетку:
    Альбом: CFD для всех
    Подробности по построению сетки для пирамидального элемента смотрите в заметке: «Построение блочной сетки в Icem CFD для типологически треугольных объектов». Так же смотрите ролик, в котором в подробностях представлен весь процесс построения блочной структуры для данного случая:

    P.S. Вы можете публиковать информацию с данного источника. Единственное условие —ставьте работающую ссылку на мой блог и надпись «CFD для всех»


  • Вступление
    Очень жаль, что Россия, являясь важным участником на политической арене, значительно уступает не только развитым странам, но и некоторым, так называемым "аутсайдерам" по уровню применения средств математического анализа - CAE. На большинстве промышленных предприятий и многих КБ (в том числе и относящихся к наукоемким отраслям) не слышали (а что еще хуже - не желают слышать!!) о средствах компьютерного моделирования при разработке конструкций и технологий. Ура! Что хотя бы к CAD системам уже относятся без подозрений!
    В общем, я уже явно затянул с предисловием и перехожу к цели создания блога - как Вы, вероятно, догадались из названия - это приобщить как можно больше людей к CAE и в частности ANSYS. Поэтому я буду рад всем Вашим комментариям и кратким вопросам (боюсь, что на объемные вопросы я один просто не буду успевать отвечать). Я не позиционирую себя как кладезь знаний (придерживаюсь точки зрения Сократа: "Я знаю только то, что я ничего не знаю") и, скорее всего, мне будет нужна Ваша помощь при ответе на вопросы. Сразу хотелось бы оговориться, что я работаю со средствами ANSYS CFD – CFX и FLUENT. А так же некогда работал с Российской разработкой – FlowVision (отдельный поклон компании ТЕСИС).
    Надеюсь, Вам будет интересно, и мы сможем быть полезны друг другу.


  • Построение блочной сетки в ANSYS Icem CFD для топологически треугольных объектов
    Очень часто в исследуемых объектах присутствуют топологически треугольные объекты. На первый взгляд при попытке построения блочной гексаэдрической сетки для таких объектов возникают области, в которых элементы сетки имеют острые углы. А, как известно, ячейки сетки с острыми углами, являются не желательными, для CFD анализа.Рассмотрим варианты создания блочной сетки для топологически треугольного объекта на примере призмы.Самым очевидным на первый взгляд вариантом описать топологически треугольный объект четырех угольным блоком является притяжка «лишних» Vertices’ов (углов блоков) к одной из сторон треугольника (поверхности призмы):

    Однако, в этом случая, как уже и говорилось ранее, появляется зона с остроугольными элементами:

    Как видим, качество сетки в этой зоне оставляет желать лучшего, при этом, чем выше будет сеточное разрешение объекта, тем острее будут углы элементов в «проблемной» области.После неудачной попытки «растянуть» параллелепипед на призму возникает желание воспользоваться инструментом Merge Vertices:

    Чтобы в явном виде «превратить» исходный блок в призму «слив» два парных Vertices’а «схлопнув» одну из граней:

    Однако и в этом случае мы сталкиваемся с проблемой остроугольных элементов появляющихся в вершине, в которой «слиты» два Vertices’а:

    То есть данная сетка снова не пригодна для качественного CFD анализа. Есть быстрый способ превратить данную сетку в приемлемую для CFD исследования – воспользовавшись инструментом {Edit Block} >{Convert Block Type} >{Type – Y-Block}.

    Данный инструмент позволяет нам получить так называемый Y-Блок – преобразовав исходный блок в три:

    После этого мы назначаем характерный размер сеточного элемента и строим сетку:

    Как видим в этом случае полученная сетка имеет отличное качество как поверхностных элементов так и внутренних, при этом форма сеточных элементов максимально приближена к форме гексаэдра.

    В завершении приведу пример использования описанной методики для построения блочной сетки более сложного объекта:

    И немного подробнее клиновидную часть объекта:


    P.S. Вы можете публиковать информацию с данного источника. Единственное условие —ставьте работающую ссылку на мой блог и надпись «CFD для всех»



  • Принцип построения структурированной гексаэдрической сетки в ANSYS Icem CFD

    В настоящее время пользователи программного обеспечения ANSYS часто задают вопрос: «Когда требуется использование структурированной гексаэдрической сетки?». Пользователи ANSYS знают, что подготовка полностью структурированной сетки сложнее и занимает, для сложных криволинейных моделей, в несколько раз больше времени по сравнению с неструктурированной сеткой. Поэтому возникает вполне закономерный вопрос: «Насколько обосновано тратить больше времени на построение структурированной гексаэдрической сетки, если можно создать неструктурированную?»

    Пакет ANSYS имеет множество приложений практически для всех областей современной науки и техники. При этом следует учитывать, что различные физические задачи требую различные подходы при моделировании и при создании расчетной сетки. В рамках данной статьи рассмотрим некоторые особенности построения сетки для задач гидро- газодинамики в одном из лучших в мире инструменте для её создания – в ANSYS ICEM CFD. ANSYS ICEM CFD отлично подходит для создания сетки для CFD приложений ANSYS – CFX либо FLUENT, однако следует учитывать, что общую логику построения сетки можно переносить и для других приложений, в том числе и для не ANSYS’овских.

    Для начала разберемся с логикой создания сетки заложенной в ANSYS ICEM CFD. В ANSYS ICEM CFD заложены две возможности по созданию сетки – неструктурированная сетка и структурированная блочная условно гексаэдрическая сетка. В рамках данной статьи мы рассматриваем возможность создания именно структурированной блочной гексаэдрической сетки. Методика создания неструктурированной сетки и особенности ее построения мы рассмотрим в последующих статьях. Здесь же хотелось только упомянуть, 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. Комбинирую различные методы и алгоритмы построения сеток (как поверхностных, так и объемных), пользователь имеет в своих руках широчайший инструментарий по созданию неструктурированных сеток – от полностью автоматического до ручного создания отдельных элементов. В завершении 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 ввиду сетку большой размерности, построенную на сложной криволинейной геометрии.

    Следует понимать, что для получения независящего от сетки решения (расчетные значения не изменяются при дальнейшем измельчении сетки), количество элементов и, следовательно, точек интегрирования решаемых уравнений, для структурированной гексаэдрической сетки будет меньше, чем для неструктурированной. 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 отстроить 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.


    1 – структурированная гексаэдрическая сетка; 2 – неструктурированная сетка

    Рис.1 Получение независящего от сетки решения для структурированной и неструктурированной сетки, где Ф – функция характеризующая зависимость сходимости решения дифференциальных уравнений от количества элементов сетки N.

    Однако следует понимать, что на построение структурированной сетки понадобиться затратить большое количество «человеческого» времени при снижении «машинного». Таким образом, становиться очевидным вывод: структурированную сетку следует строить в случаях, когда лимитирующим фактором для получения решения является продолжительность вычислений, зависящая от возможностей CPU, размера оперативной памяти, объема свободного пространства на жестком диске и т.д. Такая ситуация возникает при моделировании работы однотипных устройств с большим количеством элементов сетки, например оптимизация работы устройства, когда проводиться ряд расчетов различный модификаций без принципиального изменения топологии геометрии. В этом случае необходимо единожды затратить время на создание сетки и затем экономить время при каждом последующем расчете.

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

    Ну что же, теперь, разобравшись когда нам необходимо воспользоваться тем или иным методом построения сетки, хотелось бы дать несколько советов по подготовке сеточной модели для последующего импорта в решатели ANSYS.

    Для начала выясним – так почему же структурированная гексаэдрическая сетка в ANSYS ICEM CFD называется блочной? Дело в том, что для создания структурированной сетки исходную геометрию необходимо описать с помощью блоков – прямоугольников для двухмерного и параллелепипедов для трехмерного случая. Проиллюстрируем это на рисунке. В качестве примера возьмем геометрию, представленную в учебных примерах для ANSYS ICEM CFD (рис. 2.а), так, вероятно, читателю будет легче воспроизвести и понять действия, описанные в статье.

    Рис. 2 Исходная геометрия (2.а) и блочная структура для нее (2.б)

    Для построения гексаэдрической сетки мысленно представляем исходную геометрию (рис. 2.а) в виде блоков (рис. 2.б). Для создания блочной структуры в ANSYS ICEM CFD существует огромный инструментарий, использование которого значительно облегчает создание блочной структуры. Так, например, в данном случае (см. рис. 2.б) вначале был создан общий блок BCF’G’ (Blocking >Create Block >2D Planar), затем исходный блок был разбит тремя линиями на 6 блоков (Blocking >Split Block). После этого блоки, отмеченные крестами, были удалены (Blocking >Delete Block).

    При удалении блоков следует быть внимательным к выбору метода удаления блока – полное удаление (Delete permanently) или только перемещение блока в семейство VORFN – семейство блоков для которых не происходит построение сетки. Дело в том, что вокруг создаваемых блоков всегда существуют дополнительные блоки необходимые для осуществления взаимосвязи между ними. Эти дополнительные блоки можно увидеть, сделав видимым семейство VORFN (Parts >VORFN). При перемещении ненужных блоков в семейство VORFN изменения структуры блоков не происходит (рис. 3.а). При полном удалении блоков (Delete permanently) происходит кардинальное изменение семейства VORFN (рис. 3.б) и, следовательно, происходит изменение взаимосвязей между блоками. Часть блоков семейства VORFN преобразуется в «О-блоки» (о создании и применении «О-блоков» мы поговорим в следующей статье).

    При создании блочной структуры не рекомендуется, особенно для сложной геометрии, полностью удалять блоки, в которых не нужна сетка. Полное удаление блоков проводиться только в случае умышленного изменения структуры и свойств блоков.

    Рис. 3 Вид блочной структуры семейства VORFN (блоки выделенные черным цветом), в зависимости от метода удаления блоков: 3.a – перемещение в семейство VORFN, 3.б – полное удаление блоков

    После того как мы получили набор блоков топологически соответствующий исходной геометрии, необходимо провести «ассоциацию» блоков и геометрии (Blocking >Blocking Associations). То есть определить, каким сторонам геометрии какие ребра блоков соответствуют. В рассматриваемом примере «ассоциация» блоков геометрии проводиться в соответствии с буквенной разметкой геометрии и блоков – ребро АВ «ассоциируется» со стороной AB, BC с BC и т.д. Таким образом, мы получаем набор блоков описывающих исходную геометрию (рис. 4). При этом точность описания будет определяться только мастерством пользователя и наличием у него свободного времени.


    Рис. 4 Набор блоков описывающих исходную геометрию (стрелками показана ассоциация граней блоков геометрии)

    Осталось только задать количество сеточных линий, или размер ячеек (Blocking >Pre-Mesh Params >Edge Params), и разбить полученные блоки на сетку. Результатом является предварительная (Pre-Mesh) сетка (рис. 5), которая затем может быть преобразована в сетку с учетом требуемого решателя.

    Рис. 5 Полученная условно гексаэдрическая (прямоугольная для 2D случая) сетка.

    Таким образом, проведя ряд несложных манипуляций, мы получили сетку из практически правильных прямоугольников. Далее можно проводить сгущения в нужных подобластях, создавать пограничный слой и т.д., в зависимости от специфики задачи и наших потребностей.

    Надеюсь, что данная статья была Вам интересна, и Вы будете ждать последующие, совершенствуя свои навыки по созданию сетки.

    С уважением

    P.S. Вы можете публиковать информацию с данного источника. Единственное условие —ставьте работающую ссылку на мой блог и надпись «CFD для всех»



  • News

    В конце апреля дилеры ANSYS получили доступ к официальной версии ANSYS 12, а через несколько дней, уже все пользователи на технической поддержке имели возможность скачать ее самостоятельно или через дилеров (в России это Делкам-Урал и ЕМТ-R).

    Стоит отметить, что в сети уже достаточно давно появилась «ломаная» версия ANSYS 12 (к слову сказать, я не поддерживаю использование «ломаных» продуктов, в особенности в промышленных масштабах, но этого права Вас может лишить только уголовный кодекс). Обращаю Ваше внимание, что это были не окончательные релизы, а так называемые Preview, всего было 7 Preview.

    И вот, наконец, мы получили доступ к ANSYS 12. Что же нового мы получили? В подробностях Вы можете почитать на www.ansys.com , а здесь расскажу лишь вкратце.

    Значительно увеличились скорости решателей ANSYS (в среднем на 10—20% по сравнению с 11-й версией).

    Наконец произошла интеграция в WorkBench (далее WB) ANSYS FLUENT. Конечно, о полной интеграции можно будет говорить только после реализации двусторонней ассоциативной связи FLUENT с CAD системой и возможность двухстороннего FSI. На данный момент появилась возможность создавать проект FLUENT в среде WB используя средства Design Modeler и WB Meshing (включающий в себя средства CFX Mesh, и ICEM CFD). Так же теперь для CFX и FLUENT единый постпроцессор CFD-Post созданный на основе CFX Post. У прежних пользователей FLUENT остается возможность работать с FLUENT в режиме Standalone.

    Значительно улучшилась ситуация с академическими пользователями – теперь все академические продукты включающие в себя CFD содержат и CFX и FLUENT, кроме того увеличилось число доступных по умолчанию процессоров для распараллеливания до 4. Да и лицензии на распараллеливание в академических продуктах теперь и для продуктов для контактных задач и для CFD общие. Таким образом, академические пользователи, находящиеся на поддержке и имеющие, например, ANSYS Academic Research + 32 ANSYS Academic CFD HPC для CFX могут дополнительно теперь пользоваться FLUENT, при этом 32 HPC могут быть использованы и для CFX и для FLUENT и для Mechanical.

    Кроме того, конечно произошли изменения практически во всех математитческих моделях всех приложений. Но об этом лучше подробно читать в документации.

    И, конечно же, стоит упомянуть о серьезнейших изменениях структуры WB. Строго говоря, это уже другая оболочка (WB2). Одной из основных особенностей является схематичное изображение проектов. Как и прежде в одном проекте может быть несколько моделей, которые могут переплетаться между собой. Теперь эти связи более наглядны, так же очень наглядно стала выглядеть параметризация модели и её оптимизация.


    Вообще появилось много чего интересного, лично меня (как поклонника CFD) больше всего порадовала начало интеграции FLUENT и более глубокая интеграция ICEM CFD. Теперь имеется возможность в одном проекте провести анализ задачи на двух кодах и провести сравнение в едином постпроцессоре (хотя, конечно, строго говоря, отличия между FLUENT и CFX, после их приобретения корпорацией ANSYS, становятся все менее заметны).

    Ну, вот, на сегодня, и все. Советую Вам посетить сайт ANSYS и почитать больше о новом релизе. Мне он, несомненно, уже нравиться!

    P.S. Вы можете публиковать информацию с данного источника. Единственное условие —ставьте работающую ссылку на мой блог и надпись «CFD для всех»