Министерство образования и науки Украины
Национальный аэрокосмический университет
им. Н.Е. Жуковского "ХАИ"
Отчет по лабораторной работе №1:
«Определение геометрических параметров профиля, заданного таблично»
Выполнили: ст. 136 гр.
Бектураев Е.В.
Финаев К.С.
Ермолин В.Д.
Проверил: Тараненко В.А.
Харьков 2012
Задание №14
Численное определение аэродинамических характеристик профиля с использованием стандартных программ в среде Flow Vision
Модели FlowVision.
Модели, включенные в FlowVision, разделены на две группы – базовые и специальные модели.
Базовые модели предназначены для моделирования широкого класса гидродинамических явлений. Они описывают движение однородной жидкости при различных скоростях с учетом эффектов сжимаемости, турбулентности и теплопереноса:
Твердые материалы - предназначена для моделирования теплопереноса и диффузионных процессов в твердом теле. Эта модель используется в задачах сопряженного теплообмена для учета теплопереноса между жидкостью и твердым телом;
Ламинарная жидкость - используется для моделирования течения вязкого газа (жидкости) при малых и умеренных числах Рейнольдса при небольших изменениях плотности;
Несжимаемая жидкость - предназначена для моделирования течения газа (жидкости) при больших (турбулентных) числах Рейнольдса и при малых изменениях плотности;
Слабосжимаемая жидкость - описывает движение газа при дозвуковых числах Маха и любых изменениях плотности;
Полностью сжимаемая жидкость - описывает движение газа при любых числах Маха (до-, транс-, сверх- и гиперзвуковых течениях).
Специальные модели предназначены для моделирования движения жидкости (газа) при учете дополнительных физико-химических эффектов, характерных для узкоспециальных приложений:
Пористая среда – описывает движение газа при дозвуковых числах Маха и любых изменениях плотности с учетом пористости среды.
Модель двухфазного течения жидкости – предназначена для исследования двухфазных течений со свободной поверхностью. Эта модель используется для определения коэффициентов сопротивления кораблей и подводных аппаратов, заполнения форм расплавом металлов и т.д.;
Модель горения – используется для моделирования процессов сжигания различных газовых смесей в горелках и котлах ТЭЦ и определения выбросов оксидов азота.
Модель двухфазного горения описывает процессы горения жидкого и твердого топлива при дозвуковых скоростях течения газа.
Описание модели ламинарная жидкость (Laminar Fluid).
Данная модель описывает течение вязкой жидкости/газа при малых числах Маха (М<0.3), малых и умеренных числах Рейнольдса. Допускаются малые изменения плотности, что позволяет естественным образом учесть подъёмную силу. В модель входят уравнения Навье-Стокса, энергии и уравнения конвективно-диффузионного переноса концентрации примеси.
Обозначения
Обозначения |
Названия |
Размерность |
|
Вектор угловой скорости вращения |
[c-1] |
|
Силы вращения (Кориолиса и центробежная) |
[м c-2] |
|
Силы изотропного и (или) анизотропного фильтра сопротивления |
[кг м-2 с-2] |
|
Время |
[c] |
|
Вектор силы тяжести |
[м с-2] |
|
Энтальпия |
[м2 с-2] |
|
Гидростатическая плотность |
[кг м-3] |
|
Вектор относительной скорости |
[м с-1] |
|
Относительное давление |
[Па] |
|
Динамическая вязкость |
[кг м-1 с-1] |
|
Коэффициент теплопроводности |
[Вт м] |
|
Плотность |
[кг м-3] |
|
Удельная теплоемкость |
[Дж кг-1 К-1] |
|
Источник тепла анизотропного фильтра сопротивления |
[Вт м-3] |
С |
Объемная концентрация |
|
В модель входят следующие уравнения:
Уравнения Навье-Стокса
,
где источник S равен
Во вращающейся системы координат силы вращения (Кориолиса и центробежная) имеют вид:
.
Уравнение энергии
Уравнение массопереноса (Перенос смешиваемых компонентов)
В большинстве задач переменная С – Это массовая концентрация примеси. Данный режим задается по умолчанию. Однако существуют задачи, в которых С определяется как объемная концентрация второго вещества и для концентрации решается уравнение чисто конвективного переноса. Это задачи с поверхностью раздела между двумя несмешиваемыми жидкостями (или жидкостью и газом).
Для концентрации решается уравнение чисто конвективного переноса:
Шаги пользователя при работе с FlowVision.
Шаг 1. Задание области расчета.
Под областью расчета понимается объем, в котором определены управления математической модели и граница объема, на которой определены граничные условия. Следует отличать область расчета от физического объема, где определена (поставлена) задача обтекания. Например, если вы исследуете экспериментально обтекание цилиндра потоком воздуха, то физический объем будет вся лаборатория с экспериментальной установкой. Расчетную область логично ограничить относительно небольшой областью вокруг цилиндра по сравнению с лабораторией, однако достаточно большой, чтобы границы не влияли на результаты расчетов.
Область расчета создается вне программного комплекса FlowVision в системах САПР. Поверхности расчетной области которые импортируются во FlowVision должны представлять собой совокупность плоских многоугольников – фасеток. Многоугольники объединены в замкнутые поверхности, которые вложены друг в друга и не пересекаются.
При импортировании геометрии в FlowVision, система автоматически создает эти объекти, которые по умолчанию называются SubRegion#1, SubRegion#2 и т.д.
Рассмотрим задание расчетной области на примере задачи обтекания цилиндра. На следующих рисунках будет показана расчетная область для задачи обтекания цилиндра, заданная в САПР SolidWorks.
Поскольку FlowVision предназначен для расчета только трехмерных течений, то для этой двухмерной задачи необходимо задать трехмерную область. На рисунке показан чертеж расчетной области и трехмерная расчетная область, полученная из двумерного чертежа вытягиванием (экструзией) перпендикулярно плоскости чертежа.
Рис. а)чертежная расчетная область, б)трехмерная модель.
После задания геометрии расчетной области в САПР, геометрия сохранятся в форматах VRML или STL. Загрузка геометрии в FlowVision осуществляется через меню File->New (Файл->Создать). На рисунке показана расчетная область для задачи обтекания цилиндра, импортированного в FlowVision.
