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:
- Flownex вносит изменения в файл ds.dat.
- Flownex запускает изменённый файл ds.dat.
- Изменённый файл ds.dat генерирует файл d_result.txt.
- Flownex считывает файл d_result.txt.
- Flownex выполняет итерацию, используя значение из d_result.txt.
- 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
Компания Софт Инжиниринг Групп, дистрибьютор американской компании Ansys Inc. в Украине, осуществляет поставку лицензионного программного обеспечения всей линейки программных продуктов Ansys и проводит сертифицированные курсы обучения программных продуктов Ansys. Оставляйте свои вопросы, комментарии и предложения под статьей или напишите на электронную почту Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript., Facebook https://www.facebook.com/softenukraine Также информируем, что у вас есть возможность посмотреть вебинары в записи. Для этого необходимо зайти по ссылке на наш YouTube канал и выбрать плейлист (Ansys Вебинары/Обзоры).