Нажимаем Change/Create.

В появившемся диалоговом окне нажимаем No, для того, чтобы создать новый материал oil (рисунок 4.40).



Рисунок 4.40 – Диалоговое окно замены материала

Для задания материала трубы необходимо воспользоваться базой материалов FLUENTа.

Нажимаем Change/Create. В появившемся окне нажимаем на FLUENT Database… для входа в библиотеку материалов приложения. Выбираем тип материала в Material Type как твердый (solid). В списке материалов выбираем сталь (steel) и нажимаем Copy для переноса свойств материала (рисунок 4.41); закрываем окно FLUENT Database Materials щелчком на кнопку Close. Нажимаем Change/Create и в появившемся окне выбираем No.



Рисунок 4.41 – Выбор стали из базы данных

Задание материала грунта происходит аналогичным способом (важно не забыть выбрать в раскрывающемся списке Material Type фазовое состояние материала как Solid). В строке Name вводим имя материала как Ground. Среднюю плотность грунта принимаем равной 2000 кг/м³, остальные параметры можно взять из нижеприведенной таблицы (рисунок 4.42), при этом, обратите внимание на соответствие размерностей и при необходимости переведите их.



Рисунок 4.42 – Параметры грунта

На рисунке 4.43 показано окно материала «грунт» с заданными свойствами.

4.2.5 Расчетная область (cell zone conditions).

Выбираем Cell Zone Conditions в панели навигации для задания условий в расчетной области.

Выбираем oil в списке Zone в панели Cell Zone Conditions, затем нажимаем на кнопку Edit... для открытия диалогового окна (рисунок 4.44).

Замечание: Это диалоговое окно также можно открыть двойным щелчком мыши по соответствующему элементу в списке.

В диалоговом окне выбираем oil в раскрывающемся списке Material name. Нажимаем ОК для закрытия диалогового окна.



Рисунок 4.43 – Материал «грунт»



Рисунок 4.44 – Параметры расчетной области с нефтью

---

Аналогичные операции необходимо проделать для каждой зоны, выбрав соответствующие зонам материалы: ground-ground, pipe-steel.

Замечание: Для зоны грунта и тела трубы в Cell Zone Conditions необходимо установить тип (Type) как твердые тела (solid) (в случае если задан тип тела как fluid). Далее в появившемся диалоговом окне нажать Yes.

Для зоны Ground необходимо задать фиксированную температуру грунта. Для этого ставим галочку напротив Fixed Values и устанавливаем значение 290 К в соответствующей вкладке (Fixed Values) (предварительно установив тип вводимого значения температуры как constant) (рисунок 4.45).



Рисунок 4.45 – Температура грунта

Замечание: Данный пример расчета подземного трубопровода является упрощенным, поэтому не учитывает температурного влияние трубопровода на грунт: температура грунта задана константой.

4.2.6 Выбираем Boundary Conditions в панели навигации для постановки граничных условий.

(a) Задаем граничные условия на входе потока в трубопровод (velocity-inlet).

Для этого выделяем velocity-inlet щелчком левой кнопки мыши и нажимаем Edit... (рисунок 4.46).



Рисунок 4.46 – Выбор граничных условий

Замечание: Если Вы не помните точно название зоны, на которой хотите поставить граничное условие, то можно вывести название конкретной зоны, выбрав ее в графическом окне и кликнув на нее правой кнопкой мыши или выбрав кнопку в панели инструментов.

Далее выполняем следующие действия:

- В разделе Velocity Specification Method выбираем из раскрывающегося списка пункт Components (рисунок 4.47).

- Вводим 0,5 м/с для Z-Velocity (скорость потока на входе трубы).

- Оставляем значение 0 м/с для X-Velocity и Y-Velocity.

- Выбираем Intensity and Hydraulic Diameter в Specification Method в разделе Turbulence.

- Вводим 5% в Turbulent Intensity.

- Вводим 0,315 в Hydraulic Diameter.



Рисунок 4.47 – Настройки граничных условий на входе в трубу

Замечание: Гидравлический диаметр D_h определяется как отношение площади нормального сечения канала к смоченному периметру. При полном заполнении трубы нефть

---

контактирует со всей поверхностью трубы, поэтому гидравлический диаметр равен внутреннему диаметру трубопровода.

- Во вкладке Thermal устанавливаем значение температуры потока нефти на входе трубы 343 К.

- Нажимаем OK для закрытия диалогового окна Velocity_inlet.

(b) Задаем граничные условия на выходе потока из трубопровода (pressure-outlet).

Выделяем в панели навигации pressure-outlet и нажимаем на кнопку Edit...:

- Вводим значение давления в паскалях – в данном примере – 5 МПа (рисунок 4.48).



Рисунок 4.48 – Настройки граничных условий на входе в трубу

- Выбираем Intensity and Hydraulic Diameter в Specification Method в разделе Turbulence.

- Вводим 5% в Turbulent Intensity.

- Вводим 0,315 в Hydraulic Diameter.

- Во вкладке Thermal устанавливаем температуру, равную температуре нефти – 343 К.

- Нажимаем OK для закрытия диалогового окна Pressure Outlet.

Замечание: ANSYS FLUENT использует ”backflow” только если появляются обратные течения в расчетную область через выходную границу. Для исключения влияния выходных граничных условий на поток в случае возникновения вихрей и, как следствие, обратных токов через выходную границу, можно увеличить расчетную область и «отодвинуть» выходную границу.

4.2.7 Для создания связи «нефть-труба-грунт» между плоскостями соприкосновения созданных тел воспользуемся функцией Mesh Interfaces.

Зайдя в Mesh Interfaces нажимаем на Change/Create и, в диалоговом окне, задав имя нового сопряжения (строка Mesh Interface), выбираем соответствующие границы (interface_oil-pipe для Interface Zone 1 и interface_pipe-oil для Interface Zone 2). Далее ставим галочку напротив Coupled Wall. Нажав Create, получаем необходимое сопряжение (рисунок 4.49). Всего их будет два – нефть-труба и труба-грунт, поэтому необходимо повторить те же действия для interface_ground-pipe в Interface Zone 1 и interface_pipe-ground в Interface Zone 2 задав другое имя для нового сопряжения.



Рисунок 4.49 – Создание сопряжений между поверхностями тел

4.2.8 Установки солвера (решателя)

---

Задаем метод дискретизации уравнений в Solution Methods панели навигации.

Выбираем Second Order Upwind для Momentum, Turbulence Kinetic Energy, Turbulence Dissipation Rate и Enegry в разделе Spatial Discretization раздела Solution Methods (рисунок 4.50).

Замечание: В ANSYS/FLUENT по умолчанию используются схемы первого порядка точности дискретизации по пространству. Вычисления с первым порядком применяются на начальных этапах, а потом переходят на более высокий порядок точности. В этом примере установим второй порядок с первых итераций.



Рисунок 4.50 – Параметры солвера

Для инициализации заданных значений нажимаем Initialize в Solution Initialization панели навигации, предварительно выбрав All zones в раскрывающемся списке под названием Compute From (рисунок 4.51).

4.2.9 Расчет.

Выбираем Run calculation в панели навигации.

(а) Вводим 100 в Number of Iteration (количество итераций) (рисунок 4.52).

(b) Нажимаем Calculate. В появившемся диалоговом окне выбираем OK; после этого начнется процесс расчета.



Рисунок 4.51 – Инициализация решения



Рисунок 4.52 – Запуск программы на расчет

(c) После окончания расчета нажимаем OK в информационном окне с надписью Calculation Complete и закрываем приложение ANSYS/FLUENT.

4.3 Визуализация полученных результатов, их анализ

В ANSYS Workbench Project Schematic, нажимаем двойным щелчком левой клавишей мыши на ячейку Results созданного проекта. После этого загрузится приложение ANSYS CFD-Post. Также можно щелкнуть на ячейку Results правой кнопки мыши для появления контекстного меню, где можно выбрать опцию Edit...
4.3.1 Построение температурного контурного поля для поперечного сечения потока

Для этого выполним следующие действия:

(a) Создадим плоскость построения

Insert → Location → Plane

В появившемся окне введем название создаваемой плоскости (по умолчанию Plane 1) и нажмем OK (рисунок 4.53).

---

Рисунок 4.53 – Название создаваемой плоскости

В нижней левой части экрана отобразится окно Details of Plane 1, в котором задаются параметры создаваемой плоскости (рисунок 4.54). В раскрывающемся списке под названием Domain (область) выберем Oil для того, чтобы плоскость находилась в границах расположения тела нефти. В пункте под названием Z введем 15 м (плоскость будет находиться в 15 метрах по оси Z от начала координат).



Рисунок 4.54 – Свойства плоскости

Нажмем Apply. После этого плоскость будет создана, ее можно будет увидеть в графическом окне.

(b) Выведем температурное контурное поле на созданную ранее плоскость

Insert → Contour

В появившемся окне введем название создаваемого контурного поля (по умолчанию Contour 1) и нажмем OK.

В нижней левой части экрана отобразится окно Details of Contour 1, в котором задаются параметры создаваемого контурного поля (рисунок 4.55). В раскрывающемся списке под названием Domain (область) выберем Oil. В раскрывающемся списке Location выберем пункт с названием созданной ранее плоскости (по умолчанию Plane 1). В раскрывающемся списке Variable (выводимая на контурное поле переменная) выберем Temperature. В раскрывающемся списке Range (определяет область выводимых значений переменной) выберем Local. В пункте # of Contours увеличим количество отображаемых контуров до 25.



Рисунок 4.55 – Свойства контурного поля

Нажимаем кнопку Apply. После этого в графическом окне выведется контурное поле температур поперечного сечения потока. Для того, чтобы развернуть полученный результат на весь экран, нажмем на ось Z на изображении координатных осей, которое расположено в нижнем правом углу графического окна (рисунок 4.56).



Рисунок 4.56 – Направление координатных осей

Результат должен выглядеть, как показано на рисунке 4.57.



Рисунок 4.57 – Контурное поле температур

4.3.2 Построение эпюры скоростей для потока нефти

Для этого выполним следующие действия:

(a) Построим в центре трубы вертикальный отрезок, вдоль которого будут сниматься значения по скорости потока

---

Смотрите также файлы

• Темы занятий.docx

• Химический факультет отчет по учебной практике.docx

• Разговор о важном 23 января 2023 г.docx

• Тема вкр Моделирование специальной физической подготовки в тренировочном процессе биатлонистов оглавление.docx

• Бортовые магнитофоны.pptx