Introduzione a ANSYS CFX-11

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1 Introduzione a ANSYS CFX-11 Enrico Nobile Francesco Pinto Dipartimento di Ingegneria Navale, del Mare e per l Ambiente DINMA, Sezione di Fisica Tecnica Facoltà di Ingegneria, Università di Trieste 1 Sommario Introduziozne Definizione del problema Rilievi sperimentali Avvio di CFX e Workbench Geometria (Design Modeler) Generazione Mesh (CFX-Mesh) CFX-Pre Dominio fluido Condizioni al contorno Parametri del Solver e definition file Solver Manager Monitoring dei risultati CFX-Post 2 1

2 Introduzione PROVA SPERIMENTALE DEFINIZIONE PROGETTO CAD ANALISI DATI SIMULAZIONE NUMERICA Simulazione Numerica in applicazioni industriali: Alternativa e/o strumento di complemento all analisi sperimentale; Comprensione dettagliata dei fenomeni Riduzione dei costi Qualità dei risultati legata a Fattori numerici Bontà del modello Necessità di verifica sperimentale 3 ANSYS Workbench Ambiente si simulazione Multi-Disciplinare Interfaccia di integrazione per tutti i prodotti ANSYS Intera filiera della Simulazione Numerica: dal CAD al Post-Processing dei risultati 4 2

3 ANSYS Workbench Possibilità di Soluzione di problemi Multiphysics (es: termo-fluido-strutturali Turbine a gas) CFX 11 è il pacchetto di analisi CFD, in competizione con altri prodotti di fluidodinamica industriale (es: Fluent, StarCD, AVL, ) 5 CFX-11: Flusso operativo Il processo di simulazione fluidodinamica in CFX-11 prevede una serie di passi: Definizione della geometria (Design Modeler) Generazione della mesh di calcolo (CFXmesh, IcemCFD) Pre-processing del dominio di calcolo (CFX-Pre) Definizione del dominio fluido e delle proprietà fisiche Definizione delle condizioni al contorno ed iniziali Definizione dei parametri del solutore Soluzione numerica (CFX-Solve) Post-processing (CFX-Post) Analisi dei risultati Visualizzazioni 6 3

4 CFX-11: Generalità Generazione della geometria e della griglia integrate CAD import CATIA, Unigraphics, Pro/Engineer, Euclid3, CADDS5, Parasolid, ACIS, IGES, Patran Meshatura automatica Volumi Finiti Element-Based Metodo di soluzione tipo multigriglia algebrico accoppiato Possibilità di effettuare la simulazione in parallelo (cluster di PCs) CFX Expression Language (CEL) User Subroutines CFX Command Language (CCL) Interfacce verso altri Software (es. visualizzatori) Generalised Grid Interface (GGI) Multiple Frames of Reference (MFR) 7 CFX-11: Capacità Flussi stazionari e non stazionari Regime laminare e turbolento Flussi mono- e multi-fase Flussi incomprimibili (isocorici) e comprimibili Scambio termico convettivo e/o scambio termico coniugato (convezione+conduzione) Galleggiamento (convezione naturale) Fluidi non-newtoniani Flussi multi-componente Combustione e radiazione Trasporto di scalari Terna di riferimento rotante Solutore parallelo 8 4

5 Design Modeler Modellatore solido (CAD 3D) parametrico adatto come editor geometrico per modelli CAD esistenti Due livelli operativi: 1. Schizzo 2D: Definizione del piano di lavoro Strumenti di disegno di profili bidimensionali (Sketch) Quotatura parametrica 2. Modellazione 3D: Definizione di forme 3D (features) a partire da Sketches (esrtrusione, rivoluzione, sweep, proprietà di smussi e raccordi, ) Funzioni e strumenti avanzati per il controllo dei corpi solidi e delle superfici. (Importante per la definizione delle proprietà del dominio solido e delle condizioni al contorno) 9 Design Modeler Menu a tendina Barre degli strumenti Selezione Schema del modello Quota parametrica Dettagli e modifica della selezione viewpoint 10 5

6 CFX-Mesh Generazione della griglia di calcolo: Categorizzazione di solidi e superfici (Parts e Regions) sulle quali definire le diverse condizioni di simulazione ed al contorno (es: Inlet, Outlet, Wall, ) Definizione degli atributi della mesh, sia globali sia per singola entità (dimensioni degli elementi, periodicità, inflated boundaries, ) Generazione della mesh di superficie Generazione della mesh di volume Tetraedro Piramide Prisma IcemCFD: generatore di mesh avanzato ( non verrà utilizzato) 11 CFX-Mesh Mesh di Superfice Mesh di Volume Solidi Superfici Parametri 12 6

7 CFX-Pre Dopo aver eseguito il disegno CAD della geometria (Design-Modeler) da studiare e aver generato la mesh (CFX-Mesh) si passa alla definizione delle caratteristiche della simulazione (CFX-Pre) 1. Creazione delle regioni (fluido, solido, mezzo poroso, ) Assegnazione delle proprietà termofisiche (viscosità, conducibilità termica, calore specifico, ) Selezione dei modelli/ipotesi (modello di turbolenza, comprimibilità, galleggiamento, flusso multifase, ) 2. Definizione delle condizioni al contorno ed iniziali Necessarie su tutte le superfici della geometria Inlet, outlet, wall, domain interface 3. Procedura numerica (parametri del solver) Tipologia di schemi convettivi Controllo dei parametri di convergenza 13 CFX-Pre Linguette dei selector per il setup della simulazione INLET 1 CFX-Pre workspace Physics Check-box INLET 2 OUTLET 14 7

8 CFX-Solve Il processo di soluzione è di tipo batch (non legato all interfaccia grafica) Possibilità di monitorare i risultati (Solver Manager) Possibilità di gestire alcuni parametri del solver in corsa o effettuare modifiche senza rientrare nell ambiente CFX-Pre Finestra di modifica dei parametri Solver Manager Monitor testuale Monitor grafico 15 CFX-Post Analisi grafica qualitativa dei risultati: Streamlines Contour Plots Vector Plots Analisi quantitativa: Calcolatrice di post processing Creazione di charts Mesh Statistics Animazioni 16 8

9 CFX-Post 17 CFX-Post 18 9