Файл: Учебное пособие для студентов высших учеб ных заведений, обучающихся по направлениям подготовки дипломированных специалистов Нефтегазовое дело.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.01.2024
Просмотров: 381
Скачиваний: 11
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
– Results).
1.3 Ввод имени созданного проекта:
(a) Нажимаем два раза на надпись Fluid Flow (FLUENT) внизу созданного проекта (если она еще не подсвечена).
(b) Введим имя, например, «Pipe», в качестве имени проекта.
1.4 Сохранение проекта:
(a) Выбираем Save...(сохранить) в меню File в панели меню ANSYS Workbench.
File → Save...
После этого появится Save As диалоговое окно, где требуется выбрать свою рабочую папку и имя для ANSYS Workbench проекта.
(b) В рабочей папке вводим pipe-workbench в качестве имени (задается произвольно) и нажимаем кнопку Save.
1.5 Просмотр файлов, созданных ANSYS Workbench.
ANSYS Workbench позволяет легко просматривать файлы, входящие в проект. Для этого выбираем Files опцию в меню View в панели меню ANSYS Workbench:
View → Files
В появившемся окошке Files viewer (окно просмотра созданных файлов), отображается имя и тип файла, ID ячейки (сокращенно от identifier – идентификатор) с которым ассоциируется данный файл, размер файла, местоположение, а также другая информация.
Шаг 2. Создание геометрии модели трубы в ANSYS DesignModeler
Для задания расчетной области виртуальной модели трубопровода можно создать геометрию в ANSYS DesignModeler или импортировать файл из CAD системы. В этом примере демонстрируется процесс создания геометрии в ANSYS DesignModeler.
2.1 Запуск ANSYS DesignModeler:
В окне Project Schematic нажимаем два раза на ячейку Geometry в созданном проекте. После этого загрузится приложение ANSYS DesignModeler. Также можно щелкнуть на ячейку Geometry правой кнопки мыши для появления контекстного меню, где необходимо выбрать опцию NewGeometry...
2.2 В появившемся диалогом окне (рисунок 4.3) выбираем Meter в качестве единицы измерения длины для ANSYS DesignModeler и нажимаем OK.
Рисунок 4.3 – Выбор единиц измерения длины
2.3 Создаем цилиндр длиной 20 м и диаметром 0,325 м.
(a) В меню Create панели меню ANSYS DesignModeler выбираем Primitives и в открывшемся подменю нажимаем на Cylinder (рисунок 4.4).
Create → Primitives → Cylinder
(b) В окне Details View двойным щелчком мыши выделяем ячейку Cylinder и напротив нее вводим имя Pipe (рисунок 4.5).
(с) В окне Details View двойным щелчком мыши выделяем ячейку Radius чтобы задать внешний радиус трубы, равный 0,1625 м (рисунок 4.6).
(d) В окне Details View двойным щелчком мыши выделяем ячейку
Axis Z Component (т.к. ось цилиндра направлена вдоль координатной оси Z) и задаем длину цилиндра 20 м (рисунок 4.7).
Рисунок 4.4 – Создание цилиндра
Рисунок 4.5 – Изменение имени цилиндра
Рисунок 4.6 – Радиус цилиндра
Рисунок 4.7 – Длина цилиндра
(e) Для создания тонкостенного цилиндра в окне Details View двойным щелчком отвечаем утвердительно на вопрос As Thin/Surface? – Yes и напротив пункта Inner Thickness (внутреннее утолщение стенки) вводим толщину стенки, руководствуясь сортаментом труб – 5 мм (рисунок 4.8).
Рисунок 4.8 – Внутреннее утолщение стенки
(f) Нажимаем кнопку
на панели инструментов, чтобы сгенерировать созданную трубу. Также можно щелкнуть на компоненту Pipe в дереве построений (Tree Outline) правой кнопки мыши для появления контекстного меню, где необходимо выбрать опцию Generate (рисунок 4.9).
Рисунок 4.9 – Генерация тела трубы
В графическом окне (Graphics) появится созданный полый цилиндр с тонкой стенкой (рисунок 4.10).
Обратите внимание на расположение координатных осей. Их направление, а также масштаб изображения модели может быть изменено при помощи панели навигации графического окна
.
Рисунок 4.10 – Тело трубы
(g) Для создания эффекта «заполнения» в ANSYS используются две функции – функция Fill (заполнение), а также функция Enclosure (ограждение) расположенными во вкладке Tools. В данном примере рассмотрим использование функции Enclosure. Для моделирования внешней среды (трубопровод подземный) создадим полый цилиндр, охватывающий наружную поверхность трубы. Радиус цилиндра примем равным
0,2 м (радиус трубы плюс минимально необходимая толщина модели грунта, равная 0,03-0,05 м).
(h) Для создания цилиндра, моделирующего грунт, воспользуемся функцией Cylinder в Primitives вкладке Create.
Create → Primitives → Cylinder
В появившемся окне устанавливаем следующие параметры: Axis Z Component = 20 м, Radius = 0,2 м (рисунок 4.11). В Operation добавляем функцию заморозки создаваемого цилиндра (для того, чтобы он не слился с ранее созданным полым цилиндром) через выбор в раскрывающемся списке Add Frozen. Генерируем модель, нажав на
.
Результат генерации модели показан на рисунке 4.12.
Рисунок 4.11 – Свойства тела грунта (цилиндр)
Рисунок 4.12 – Тело трубы и грунта
(j) Для того, чтобы получить трубу, заполненную нефтью, воспользуемся функцией Enclosure, чтобы вычесть из полученного цилиндра тело трубы и разделить оставшиеся области на два тела: нефть и грунт. Для этого вызовем функцию Enclosure во вкладке Tools. В окне Details View в строке Shape выбираем из раскрывающегося списка User Defined для вычитания из только что полученного тела. Нажав на строку User Defined Body (подсвечивается желтым цветом) выбираем только что построенный цилиндр и нажимаем в этой же строке на кнопку Apply, и, сгенерировав (Generate), получаем в итоге три тела – одно из них труба, второе – содержимое трубы, третье – её окружение. Для того, чтобы не путаться в них, необходимо их подписать. Сделаем это следующим образом – откроем список всех имеющихся тел (в данном случае в дереве построений Tree Outline вкладка 3
Parts, 3 Bodies) (рисунок 4.13), и переименуем каждое из тел, согласно их местоположению. Тело трубы – Pipe, внутренняя полость трубы – Oil, окружающее пространство трубы – Ground.
Рисунок 4.13 – Список созданных объемных тел модели
Замечание: По умолчанию тело Ground было задано как жидкость (Fluid). Для проведения дальнейших расчетов необходимо изменить фазовое состояние грунта на твердое тело (Solid). Для этого нужно выделить тело грунта как показано на рисунке 4.13 и в окне Details View в строке под названием Fluid/Solid выбрать из раскрывающегося списка Solid (рисунок 4.14).
Рисунок 4.14 – Выбор фазового состояния тела грунта
На этом можно окончить работу с геометрией и выйти в Workbench.
2.4 Завершение работы с ANSYS DesignModeler.
Когда Вы закроете ANSYS Design Modeller приложение ANSYS Workbench автоматически запишет геометрию и обновит Project Schematic (иконка рядом с ячейкой Geometry заменится на , что говорит о том, что созданная геометрия ассоциируется с данным проектом).
2.5 Просмотр файлов, созданных ANSYS Workbench.
Список созданных в процессе работы с приложением файлов находится в окне Files приложения ANSYS Workbench (рисунок 4.15).
Рисунок 4.15 – Список созданных файлов
Обратите внимание, что к списку файлов добавился файл геометрии (FFF.agdb, где FFF означает Fluid Flow FLUENT).
Шаг 3. Создание расчетной сетки виртуальной модели в ANSYS Meshing.
После того, как была создана геометрия трубы, необходимо создать расчетную сетку в объеме расчетной области. В этом примере будет использовано приложение ANSYS Meshing для генерации сетки для CFD-анализа(Computational Fluid Dynamics – вычислительная динамика жидкости).
3.1 Запуск ANSYS Meshing.
В ANSYS Workbench Project Schematic нужно кликнуть два раза на ячейку Mesh созданного проекта. После этого загрузится приложение ANSYS Meshing. Вы также можете щелкнуть на ячейку Mesh правой кнопки мыши для появления контекстного меню, где можно выбрать опцию
Edit...
Замечание: Когда Вы в первый раз в рамках проекта откроете ANSYS Meshing, справа от графического окна появится панель Meshing Options (рисунок 4.16). Для этого примера остаются настройки, заданные по умолчанию. Чтобы закрыть окно Meshing Options необходимо нажать кнопку OK.
Рисунок 4.16 – Окно ANSYS Meshing
3.2 Создание имени для каждой из границ.
Для того, чтобы облегчить в дальнейшем работу в ANSYS/FLUENT, требуется создать имя для каждой граничного условия в геометрии: это делается при помощи команды Named Selections для входа и выхода потока жидкости из трубы (рисунок 4.17).
Замечание: Чтобы выбрать курсором точку, грань, поверхность или объем нужно активировать соответствующую кнопку на панели инструментов: .
Рисунок 4.17 – Выбор команды «Create Named Selection»
Выбираем плоскость входа трубы (сечение потока, находится в плоскости координат XY, со значением координаты Z=0). Правой кнопкой мыши вызываем меню, где необходимо выбрать Create Named Selection. Появится Selection Name диалоговое окно (рисунок 4.18).
Рисунок 4.18 – Диалоговое окно «Selection Name»
В диалоговом окне Selection Name вводим velocity-inlet в качестве имени и нажимаем ОК.
Нужно проделать аналогичную операцию для противоположной грани сечения потока: вводим имя pressure-outlet (выход) и нажимаем ОК.
Замечание: имя для входа и выхода необходимо задавать в соответствии с расположением осей. Т.к. в данном примере нефть движется вдоль оси Z в положительной её части, следовательно, входная граница будет находиться в плоскости (X,Y,0) а выходная – в плоскости (X,Y,20).
С целью создания мест сопряжения различных тел (сопряжение нефти с внутренней поверхностью трубы и внешней поверхности трубы с грунтом) необходимо соответственным образом назвать каждую поверхность соприкосновения. Для этого необходимо выделить боковые поверхности сопряжения каждого тела и назвать их следующим образом: Interface_oil-pipe (внешняя цилиндрическая поверхность тела нефти), Interface_pipe-oil (внутренняя цилиндрическая поверхность тела трубы), Interface_pipe-ground (внешняя цилиндрическая поверхность тела трубы),
1.3 Ввод имени созданного проекта:
(a) Нажимаем два раза на надпись Fluid Flow (FLUENT) внизу созданного проекта (если она еще не подсвечена).
(b) Введим имя, например, «Pipe», в качестве имени проекта.
1.4 Сохранение проекта:
(a) Выбираем Save...(сохранить) в меню File в панели меню ANSYS Workbench.
File → Save...
После этого появится Save As диалоговое окно, где требуется выбрать свою рабочую папку и имя для ANSYS Workbench проекта.
(b) В рабочей папке вводим pipe-workbench в качестве имени (задается произвольно) и нажимаем кнопку Save.
1.5 Просмотр файлов, созданных ANSYS Workbench.
ANSYS Workbench позволяет легко просматривать файлы, входящие в проект. Для этого выбираем Files опцию в меню View в панели меню ANSYS Workbench:
View → Files
В появившемся окошке Files viewer (окно просмотра созданных файлов), отображается имя и тип файла, ID ячейки (сокращенно от identifier – идентификатор) с которым ассоциируется данный файл, размер файла, местоположение, а также другая информация.
Шаг 2. Создание геометрии модели трубы в ANSYS DesignModeler
Для задания расчетной области виртуальной модели трубопровода можно создать геометрию в ANSYS DesignModeler или импортировать файл из CAD системы. В этом примере демонстрируется процесс создания геометрии в ANSYS DesignModeler.
2.1 Запуск ANSYS DesignModeler:
В окне Project Schematic нажимаем два раза на ячейку Geometry в созданном проекте. После этого загрузится приложение ANSYS DesignModeler. Также можно щелкнуть на ячейку Geometry правой кнопки мыши для появления контекстного меню, где необходимо выбрать опцию NewGeometry...
2.2 В появившемся диалогом окне (рисунок 4.3) выбираем Meter в качестве единицы измерения длины для ANSYS DesignModeler и нажимаем OK.
Рисунок 4.3 – Выбор единиц измерения длины
2.3 Создаем цилиндр длиной 20 м и диаметром 0,325 м.
(a) В меню Create панели меню ANSYS DesignModeler выбираем Primitives и в открывшемся подменю нажимаем на Cylinder (рисунок 4.4).
Create → Primitives → Cylinder
(b) В окне Details View двойным щелчком мыши выделяем ячейку Cylinder и напротив нее вводим имя Pipe (рисунок 4.5).
(с) В окне Details View двойным щелчком мыши выделяем ячейку Radius чтобы задать внешний радиус трубы, равный 0,1625 м (рисунок 4.6).
(d) В окне Details View двойным щелчком мыши выделяем ячейку
Axis Z Component (т.к. ось цилиндра направлена вдоль координатной оси Z) и задаем длину цилиндра 20 м (рисунок 4.7).
Рисунок 4.4 – Создание цилиндра
Рисунок 4.5 – Изменение имени цилиндра
Рисунок 4.6 – Радиус цилиндра
Рисунок 4.7 – Длина цилиндра
(e) Для создания тонкостенного цилиндра в окне Details View двойным щелчком отвечаем утвердительно на вопрос As Thin/Surface? – Yes и напротив пункта Inner Thickness (внутреннее утолщение стенки) вводим толщину стенки, руководствуясь сортаментом труб – 5 мм (рисунок 4.8).
Рисунок 4.8 – Внутреннее утолщение стенки
(f) Нажимаем кнопку
на панели инструментов, чтобы сгенерировать созданную трубу. Также можно щелкнуть на компоненту Pipe в дереве построений (Tree Outline) правой кнопки мыши для появления контекстного меню, где необходимо выбрать опцию Generate (рисунок 4.9). Рисунок 4.9 – Генерация тела трубы
В графическом окне (Graphics) появится созданный полый цилиндр с тонкой стенкой (рисунок 4.10).
Обратите внимание на расположение координатных осей. Их направление, а также масштаб изображения модели может быть изменено при помощи панели навигации графического окна
. Рисунок 4.10 – Тело трубы
(g) Для создания эффекта «заполнения» в ANSYS используются две функции – функция Fill (заполнение), а также функция Enclosure (ограждение) расположенными во вкладке Tools. В данном примере рассмотрим использование функции Enclosure. Для моделирования внешней среды (трубопровод подземный) создадим полый цилиндр, охватывающий наружную поверхность трубы. Радиус цилиндра примем равным
0,2 м (радиус трубы плюс минимально необходимая толщина модели грунта, равная 0,03-0,05 м).
(h) Для создания цилиндра, моделирующего грунт, воспользуемся функцией Cylinder в Primitives вкладке Create.
Create → Primitives → Cylinder
В появившемся окне устанавливаем следующие параметры: Axis Z Component = 20 м, Radius = 0,2 м (рисунок 4.11). В Operation добавляем функцию заморозки создаваемого цилиндра (для того, чтобы он не слился с ранее созданным полым цилиндром) через выбор в раскрывающемся списке Add Frozen. Генерируем модель, нажав на
.Результат генерации модели показан на рисунке 4.12.
Рисунок 4.11 – Свойства тела грунта (цилиндр)
Рисунок 4.12 – Тело трубы и грунта
(j) Для того, чтобы получить трубу, заполненную нефтью, воспользуемся функцией Enclosure, чтобы вычесть из полученного цилиндра тело трубы и разделить оставшиеся области на два тела: нефть и грунт. Для этого вызовем функцию Enclosure во вкладке Tools. В окне Details View в строке Shape выбираем из раскрывающегося списка User Defined для вычитания из только что полученного тела. Нажав на строку User Defined Body (подсвечивается желтым цветом) выбираем только что построенный цилиндр и нажимаем в этой же строке на кнопку Apply, и, сгенерировав (Generate), получаем в итоге три тела – одно из них труба, второе – содержимое трубы, третье – её окружение. Для того, чтобы не путаться в них, необходимо их подписать. Сделаем это следующим образом – откроем список всех имеющихся тел (в данном случае в дереве построений Tree Outline вкладка 3
Parts, 3 Bodies) (рисунок 4.13), и переименуем каждое из тел, согласно их местоположению. Тело трубы – Pipe, внутренняя полость трубы – Oil, окружающее пространство трубы – Ground.
Рисунок 4.13 – Список созданных объемных тел модели
Замечание: По умолчанию тело Ground было задано как жидкость (Fluid). Для проведения дальнейших расчетов необходимо изменить фазовое состояние грунта на твердое тело (Solid). Для этого нужно выделить тело грунта как показано на рисунке 4.13 и в окне Details View в строке под названием Fluid/Solid выбрать из раскрывающегося списка Solid (рисунок 4.14).
Рисунок 4.14 – Выбор фазового состояния тела грунта
На этом можно окончить работу с геометрией и выйти в Workbench.
2.4 Завершение работы с ANSYS DesignModeler.
Когда Вы закроете ANSYS Design Modeller приложение ANSYS Workbench автоматически запишет геометрию и обновит Project Schematic (иконка рядом с ячейкой Geometry заменится на , что говорит о том, что созданная геометрия ассоциируется с данным проектом).
2.5 Просмотр файлов, созданных ANSYS Workbench.
Список созданных в процессе работы с приложением файлов находится в окне Files приложения ANSYS Workbench (рисунок 4.15).
Рисунок 4.15 – Список созданных файлов
Обратите внимание, что к списку файлов добавился файл геометрии (FFF.agdb, где FFF означает Fluid Flow FLUENT).
Шаг 3. Создание расчетной сетки виртуальной модели в ANSYS Meshing.
После того, как была создана геометрия трубы, необходимо создать расчетную сетку в объеме расчетной области. В этом примере будет использовано приложение ANSYS Meshing для генерации сетки для CFD-анализа(Computational Fluid Dynamics – вычислительная динамика жидкости).
3.1 Запуск ANSYS Meshing.
В ANSYS Workbench Project Schematic нужно кликнуть два раза на ячейку Mesh созданного проекта. После этого загрузится приложение ANSYS Meshing. Вы также можете щелкнуть на ячейку Mesh правой кнопки мыши для появления контекстного меню, где можно выбрать опцию
Edit...
Замечание: Когда Вы в первый раз в рамках проекта откроете ANSYS Meshing, справа от графического окна появится панель Meshing Options (рисунок 4.16). Для этого примера остаются настройки, заданные по умолчанию. Чтобы закрыть окно Meshing Options необходимо нажать кнопку OK.
Рисунок 4.16 – Окно ANSYS Meshing
3.2 Создание имени для каждой из границ.
Для того, чтобы облегчить в дальнейшем работу в ANSYS/FLUENT, требуется создать имя для каждой граничного условия в геометрии: это делается при помощи команды Named Selections для входа и выхода потока жидкости из трубы (рисунок 4.17).
Замечание: Чтобы выбрать курсором точку, грань, поверхность или объем нужно активировать соответствующую кнопку на панели инструментов: .
Рисунок 4.17 – Выбор команды «Create Named Selection»
Выбираем плоскость входа трубы (сечение потока, находится в плоскости координат XY, со значением координаты Z=0). Правой кнопкой мыши вызываем меню, где необходимо выбрать Create Named Selection. Появится Selection Name диалоговое окно (рисунок 4.18).
Рисунок 4.18 – Диалоговое окно «Selection Name»
В диалоговом окне Selection Name вводим velocity-inlet в качестве имени и нажимаем ОК.
Нужно проделать аналогичную операцию для противоположной грани сечения потока: вводим имя pressure-outlet (выход) и нажимаем ОК.
Замечание: имя для входа и выхода необходимо задавать в соответствии с расположением осей. Т.к. в данном примере нефть движется вдоль оси Z в положительной её части, следовательно, входная граница будет находиться в плоскости (X,Y,0) а выходная – в плоскости (X,Y,20).
С целью создания мест сопряжения различных тел (сопряжение нефти с внутренней поверхностью трубы и внешней поверхности трубы с грунтом) необходимо соответственным образом назвать каждую поверхность соприкосновения. Для этого необходимо выделить боковые поверхности сопряжения каждого тела и назвать их следующим образом: Interface_oil-pipe (внешняя цилиндрическая поверхность тела нефти), Interface_pipe-oil (внутренняя цилиндрическая поверхность тела трубы), Interface_pipe-ground (внешняя цилиндрическая поверхность тела трубы),