Наложение конечно-элементной сетки
Библиотека элементов ANSYS содержит более 150 различных типов элементов [10,12]. Каждый тип элемента имеет уникальный номер и имя, которое идентифицирует категорию элемента: BEAM4, PLANE77, SOLID96, и так далее. Как правило, в различных вариантах программы доступны не все виды элементов. Это зависит от того, какие виды расчета могут использоваться в данном варианте программы.
Задача, решаемая в дипломном проекте, относится к разделу физических задач термодинамики газов. Следовательно, элементы, используемые при создании конечно-элементной модели, должны соответствовать положениям этого раздела физики и учитывать требования к получаемым результатам.
Для двумерного газодинамического анализа во FLOTRAN используем элементы типа FLUID141.
Элемент FLUID141 можно использовать для моделирования стационарных или нестационарных тепловых систем, которые включают в себя как жидкие, так и твердые области. В жидкой области решаются уравнения сохранения для потока вязкой жидкости и энергии, тогда как в твердой области решается только уравнение энергии. Также элемент FLUID141 можно использовать в анализе взаимодействия жидкость - твердое тело.
Для элементов FLOTRAN CFD скорости определяются в соответствии с законом сохранения импульса, давление определяется в соответствии с законом сохранения массы, температура определяется в соответствии с законом сохранения энергии.
Используется решатель, реализующий раздельный последовательный алгоритм, суть которого заключается в раздельном решении для каждой степени свободы (температуры, давления, скорости и т.д.) системы матриц полученных конечно элементной дискретизацией основного уравнения. Задача течения жидкости нелинейная и основные уравнения связаны друг с другом.
|
|
|
Очевидно, что чем меньше размер элемента, тем больше количество элементов в модели, при этом время вычислений возрастает по экспоненте, а ошибка вычислений уменьшается, но не до нуля, т.к. с увеличением числа элементов накапливаются ошибки округления ЭВМ. Линейные элементы требуют более частой сетки, чем элементы с одним или двумя промежуточными узлами. Упорядоченная сетка более предпочтительна.
Прямоугольная сетка более предпочтительна, чем сетка с треугольными элементами. Сетка из треугольных элементов с одним промежуточным узлом имеет, по крайней мере, ту же точность что и сетка с прямоугольных элементов. Прямоугольная сетка с одним промежуточным узлом предпочтительнее аналогичной треугольной, несмотря на больший размер прямоугольных элементов, аппроксимация смещений кубическим полиномом не требует более мелкой сетки. Более частая сетка требуется там, где предполагается концентратор напряжения, редкая сетка может применяться в областях с более постоянными деформациями и напряжениями, а так же в областях, не представляющих особого интереса.
|
|
|
Нас интересует, прежде всего, уравнения потока и уравнения энергии, соответственно для анализа акустических свойств камеры сгорания и распределения температуры.
Так как геометрия камеры является нерегулярной (сложной), то форма элементов должна иметь треугольную форму, для более равномерного и точного нанесения сетки. Кроме того, в местах сужений и возможных турбулентных потоков, частота нанесения сетки должна быть больше, для более точного решения.
В соответствии с данными требованиями, рабочую плоскость камеры сгорания можно условно разделить на три области: область входа компонентов; область горения; область ускорения потока.
Каждая из областей должна быть разбита на соответствующее сложности и требуемой точности количество элементов.
Для того, чтобы плоскость была разбита на элементы, сначала нужно разбить линии, являющиеся внешними границами областей. У первой области линии разбиваются с расстоянием между узлами 0.03 (м), у второй - 0.04 (м) и у третьей - 0.03 (м). Выбор расстояния между узлами должен быть основан на необходимой точности решения, а также времени выполнения расчетов. Далее осуществляется выбор формы элементов и вида разбиения. В данном случае применим треугольную форму, по причинам, обозначенным выше, и выберем свободное расположение элементов.
|
|
|
Указав нужную нам (рабочую) плоскость, в соответствии с рисунком 3.3, получаем область с наложенной конечно-элементной сеткой.
Рисунок 3.3 - Нанесенная на рабочую площадь конечно-элементная сетка
Следующим этапом создания конечно-элементной модели является задание начальных условий и нагрузок.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 219; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!