В данной статье мы расскажем о том, как выполнить связанный расчёт в программных продуктах Flownex и Ansys Mechanical при помощи компонента Mechanical Generic Interface, доступного во Flownex.

Для тех, кто не знает, Flownex – это инструмент для моделирования сложных гидравлических и теплообменных систем, позволяющий рассчитывать массо- и теплоперенос, давление, температуру и другие параметры потоков. В компании PADT мы часто используем его в связке с Ansys Mechanical, где при необходимости проводим более детальные расчёты на уровне отдельных компонентов систем, предварительно рассчитанных во Flownex.

Возможности, которые открывает интеграция Ansys Mechanical и Flownex, довольно широки:

• автоматизация рабочего процесса за счёт передачи результатов расчётов, полученных во Flownex (коэффициент теплоотдачи и среднеобъёмная температура), в Ansys для приложения в качестве граничных условий при выполнении теплового расчёта;
• возможность использования модели сопряженного теплообмена, реализованной во Flownex;
• возможность легко и быстро исследовать характеристики потоков жидкостей и газов (в том числе параметры теплообмена) при широком диапазоне условий эксплуатации.

Для примера мы рассмотрим связанный стационарный тепловой расчёт в Ansys Mechanical и Flownex.

Предположим, что у нас есть труба с некими геометрическими характеристиками и свойствами материалов. Граничные условия конвекции заданы и для внутренней, и для внешней стенок трубы. Внутренняя среднеобъёмная температура будет передана из Flownex.

• Внешние граничные условия:
  • коэффициент теплоотдачи 100 Вт/м2•K;
  • температура среды 22 °C.
• Внутренние граничные условия:
  • коэффициент теплоотдачи 1500 Вт/м2•K;
  • среднеобъёмная температура среды будет передана из Flownex.

В модель Ansys Mechanical включена команда, которая рассчитает общий тепловой поток на внутренней стенке и запишет значение в текстовый файл с именем d_result.

Для реализации двустороннего сопряжения Flownex будет запускать решатель Mechanical APDL в пакетном режиме. Для этого в Ansys Mechanical необходимо создать файл ds.dat следующим образом:

При этом используется следующий алгоритм расчёта:

1. Flownex вносит изменения в файл ds.dat.
2. Flownex запускает изменённый файл ds.dat.
3. Изменённый файл ds.dat генерирует файл d_result.txt.
4. Flownex считывает файл d_result.txt.
5. Flownex выполняет итерацию, используя значение из d_result.txt.
6. Цикл повторяется до достижения сходимости результатов.

После создания файла ds.dat необходимо создать модель Flownex.
Модель Flownex состоит из компонента трубы с произвольной геометрией, заполненного воздухом с температурой и давлением на входе, равными 500 ?C и 120 кПа соответственно, и массовым расходом около 1 кг/с.

Для выполнения связанного расчёта мы соединили компонент трубы с компонентом Mechanical Generic Interface при помощи ссылок передачи данных (data transfer links). Значение среднеобъёмной температуры передаётся от трубы в компонент Mechanical Generic Interface, а трубе возвращается величина теплового потока, рассчитанная при помощи Ansys.

Затем нужно поместить файл ds.dat в папку AnsysMechanical_Files, которая находится в папке проекта Flownex, и создать в этой же папке его копию с именем ModifiedData.dat.

Рассмотрим параметры, которые необходимо ввести в окне Mechanical Generic Interface во Flownex:

1) Расположение исполняемого файла (Executable location)

C:\Program Files\ANSYS Inc\v180\ansys\bin\winx64\Ansys180.exe

В этом поле необходимо указать путь к исполняемому файлу программы Ansys. Обратите особое внимание на номер версии (например, 180, 172), поскольку он будет отличаться в зависимости от установленной версии Ansys.

2) Параметры командной строки (Command line parameters)

-b -i ModifiedData.dat -o results

Flownex запустит Ansys Mechanical APDL и отправит на расчёт файл ModifiedData.dat, используя вышеуказанную команду. Детальное описание параметров командной строки вы можете найти в этой статье (на английском языке).

3) Расположение папки проекта (Project files folder), имя файла модели (Data file name) и имя изменённого файла модели (Modified data file name)

В этих полях необходимо указать расположение файлов Mechanical APDL.

4) Входные параметры (Inputs)

В этом разделе необходимо указать, где именно в файл ModifiedData.dat будет вставлена величина из Flownex, в данном случае температура среды. Для этого нужно определить переменную и идентификатор граничного условия, а также найти префикс перед значением граничного условия в файле ds.dat. Обычно для температуры используется переменная _loadvari, а для коэффициента теплоотдачи – _convari.

Идентификатор граничного условия также можно узнать прямо в интерфейсе Mechanical, если активировать настройку Beta Options в окне проекта Workbench.

5) Выходные параметры (Outputs)

В этом разделе необходимо указать расположение файла d_result.txt, который генерируется программным продуктом Ansys. После успешного выполнения расчёта он должен появиться в той же папке, что и файлы модели Mechanical APDL.

При проведении нестационарного расчёта во Flownex двусторонний обмен данными между Flownex и Ansys будет происходить на каждом временном шаге расчёта.

По мере выполнения расчёта будет обеспечена сходимость результатов расчётов во Flownex и Ansys. Если мы выведем графики временных зависимостей теплопереноса или температуры, то сможем наглядно визуализировать процесс сходимости, в чём-то напоминающий сходимость невязок, получаемую при решении задачи в пакетах вычислительной гидрогазодинамики (CFD – computational fluid dynamics). После стабилизации значений расчёт требуется остановить вручную.

В рассмотренной ниже задаче мы увеличили температуру среды на входе с 500 ˚C до 1000 ˚C после 10 итераций и наблюдали за увеличением значения теплового потока с ~1,4 кВт до ~2,8 кВт.

Источник: ansys.soften.com.ua