Векторное поле меридиональной скорости также согласуется с классическими результатами: вдоль диска течение направлена от центра к периферии, на корпусе наоборот от периферии к центру.
Качественно результаты, полученные в ходе компьютерного эксперимента, хорошо согласуются с классическими решениями. Количественно верифицировать результаты расчета можно с помощью эмпирической интерполяционной формулы Пантелла (11) для учета влияния ширины зазора s на момент сопротивления одной стороны диска радиуса R. Формула справедлива до s/R=0,44.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
0,151 |
|
|
|
|
1,02 + R |
|
|
|
|
|
||||||||
M = |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
ρω |
2 |
R |
5 |
||||||||
|
|
s 2 |
|
1,2 |
|
|
|
s |
0,182 |
|
|
(10) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
Re |
|
|
12 |
6 + |
|
Re |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
||||
где M – момент сил трения одной стороны диска. Полученный в ANSYS CFX момент сил трения легко
сравнить со значением, получаемым из формулы (10). Момент трения одной стороны диска вычисленный в CFX равен 2,213 Н·м; по формуле (10) 2,127 Н·м. То есть погрешность составляет менее 4%. Для уточнения решения компьютерного эксперимента в препроцессоре следует изменить модель турбулентности на модель сдвиговых напряжений Shear Stress Transport (SST) и уменьшить размер элемента в призматическом слое сетки.
3.Задание для самостоятельной работы
1.Провести компьютерный эксперимент согласно описанной методике в диапазоне угловых скоростей вращения диска и в диапазоне осевых зазоров между корпусом и диском.
36
2.Построить графики зависимости момента сил трения, полученной в ANSYS CFX, от числа Рейнольдса. Сравнить полученные графики с формулой Пантелла (10).
3.Провести компьютерный эксперимент с моделью турбулентности SST. На основании проведенной серии компьютерных экспериментов сделать вывод о корректности или некорректности построенных математических моделях и предпочтительности выбора той или иной модели турбулентности.
37
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Афанасьев А.А., Бондарева М.В. Коржов Е.Н. Пакеты программ инженерного и научного анализа. ANSYS: учеб. пособие [Текст] / А.А. Афанасьев, М.В. Бондарева, Е.Н. Коржов.
–Воронеж: Изд-во ВГУ, 2014. – 51 с.
2.Басов К.А. ANSYS справочник пользователя: справ. пособие [Текст] / К.А. Басов – М.: ДМК Пресс, 2005. – 640 с.
3.Волков К.Н., Емельянов В.Н. Течения и теплообмен в каналах и вращающихся полостях: учеб. пособие [Текст] /.К.Н. Волков, В.Н. Емельянов – М.: Физматлит, 2010. – 480 с.
4.Дорфман Л.А. Гидродинамическое сопротивление и теплопередача вращающихся тел: учеб. пособие [Текст] / Л.А. Дорфман – М.: Физматгиз, 1960. – 260 с.
5.Дрёмин В.Ф. Основы теории ANSYS CFX: учеб. пособие [Текст] /.В.Ф. Дрёмин - Екатеринбург: ЗАО «КАДФЭМ-
Си-Ай-Эс», 2009. – 233 с.
6.Дрёмин В.Ф. Возможности препроцессора ANSYS CFX-Pre: учеб. пособие [Текст] / В.Ф. Дрёмин. – Екатеринбург: ЗАО «КАДФЭМ-Си-Ай-Эс», 2009. – 110 с.
7.Дрёмин В.Ф. Создание сеток ANSYS CFX-Mesh: учеб. пособие [Текст] / В.Ф. Дрёмин. – Екатеринбург: ЗАО «КАДФЭМ-Си-Ай-Эс», 2009. – 136 с.
8.Дрёмин В.Ф. Моделирование в ANSYS CFX: учеб. пособие [Текст] / В.Ф. Дрёмин. – Екатеринбург: ЗАО «КАДФЭМ-Си-Ай-Эс», 2009. – 114 с.
9.Дрёмин В.Ф. Оптимизация ANSYS: учеб. пособие [Текст] / В.Ф. Дрёмин. – Екатеринбург: ЗАО «КАДФЭМ-Си-
Ай-Эс», 2011. – 180 с.
10.Иванов А.В., Белоусов А.И., Дмитренко А.И. Турбонасосные агрегаты кислородно-водородных ЖРД: метод. указания [Текст] / А.В. Иванов, А.И. Белоусов, А.И. Дмитренко. – Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2011. – 283 с.
38
11.Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьев М.А. ANSYS в руках инженера: практическое руководство [Текст] /. А.Б. Каплун, Е.М. Морозов, М.А. Олферьев – М.: Эдиториал УРСС,
2004. – 272 с.
12.Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: учеб. пособие [Текст] / Л.Г. Лойцянский. – М.: Дрофа, 2003. – 840 с.
13.Морозов И.И., Ляскин А.С. Введение в численные методы вычислительной гидродинамики: учеб. пособие [Текст] / И.И. Морозов, А.С. Ляскин. – Самара: Изд-во СГАУ, 2010. – 60 с.
14.Чигарев А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: справочное пособие [Текст] / А.В. Чигарев, А.С. Кравчук, А.Ф. Смалюк. – М.: Машиностроение, 2003. –
512 с.
15.Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя: учеб. пособие [Текст] / Г. Шлихтинг. – М.: Наука, 1974. – 840 с.
16.Childs P.R.N. Rotating Flow. - Amsterdam e.a.: Elsevier, 2011. – 415 р.
17.Mohammadi B., Pironneau O. Analysis of the k-epsilon turbulence model. Research in Applied Mathematics. – New York: John Wiley & Sons, 1994. – 196 р.
18.Poncet S., Schiestel R., Chauve M.-P. Centrifugal flow in a rotor-stator cavity. Trans. ASME: J. Fluid Engineering, 2005. –
v.127, p. 787-794.
19. www.ansys.com
39
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение……………………………………………………… 3
1.Общие сведения о пакете программ ANSYS……………. 4
2.Вращение диска в замкнутой цилиндрической области, заполненной вязкой жидкостью……………………………... 6
2.1. Подготовка вычислительного эксперимента………… 8
2.2. Построение области решения задачи………………… 12
2.3. Генерация сетки………………………………………... 15 2.4. Задание граничных условий………………………….. 21 2.5. Определение физических свойств рабочего тела…… 25 2.6. Задание параметров алгоритма вычислений………… 27 2.7. Решение задачи и контроль за его ходом……………. 30
2.8. Визуализация результатов компьютерного
эксперимента………………………………………………… 31
2.9. Анализ результатов и выводы………………………… 35
3. Задание для самостоятельной работы……………………. 36 Библиографический список…………………………………. 38
40