Выход газа через полупроницаемую стенку (Eulerian: Degassing

СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
Выход газа через полупроницаемую стенку
(Eulerian: Degassing Boundary)
Данный тьюториал демонстрирует, как моделировать Эйлеровый многофазный
турбулентный поток в STAR-CCM+. В данной задаче используется простой резервуар с
воздухом, где воздух входит в резервуар через два инжектора газа снизу и выходит через
верхнюю стенку.
Геометрия задачи показана на рисунке ниже.
Выход газа через верхнюю стенку моделируется с помощью полупроницаемой гладкой
стенки, которая может быть использована вместе с граничными условиями разделения
потока на выходе или заданного давления на выходе.
Массовый расход через полупроницаемую границу (величина дегазации) вычисляется
автоматически в STAR-CCM+ и может быть отображен с помощью переменной массового
расхода.
Данный тьюториал также показывает, как можно выбрать модели эйлеровой
многофазности и турбулентности для многофазных потоков, задать свойства каждой из
фаз и определить фазовое взаимодействие.
1
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
Методические указания (Prerequisites)
Руководство тьюториала «Выход газа через полупроницаемую стенку» (Eulerian:
Degassing Boundary) предполагает, что Вы уже знакомы с некоторыми методами работы в
STAR-CCM+.
Для выполнения тьюториала Вам следует ознакомиться со следующими методиками:
Методики
(Techniques)
Рабочий процесс в STAR-CCM+
(The STAR-CCM+ workflow)
Использование инструментов визуализации, сцен и
графиков (Using visualization tools, scenes, and plots)
Тьюториал
(Tutorial)
Введение в STAR-CCM+
(Introduction to STAR-CCM+)
Введение в STAR-CCM+
(Introduction to STAR-CCM+)
Импортирование сетки и присваивание имени задаче
(Importing the Mesh and Naming the Simulation)
Запустим STAR-CCM+, импортируем поддерживаемую геометрию и сохраним задачу.
Для данного анализа была подготовлена трехмерная сетка на основе усеченных ячеек.
Чтобы импортировать сетку и присвоить имя расчету:
1.
2.
3.
Запустите STAR-CCM+.
Начните новую задачу.
Выберите «Файл > Импорт > Импорт объемной сетки» (File > Import > Import Volume
Mesh).
4. В диалоговом окне «Открыть» (Open) выберите
doc/startutorialsdata/multiphaseFlow/data/aerationTank.ccm, затем нажмите «Открыть»
(Open).
STAR-CCM+ начнет процесс импортирования сетки, который займет несколько секунд и
будет отображаться в окне вывода (Output).
5. Сохраните задачу под именем aerationTank.sim
Теперь создадим сцену отображения сетки и визуализируем геометрию.
6. Для этого нажмите на кнопку «Создать/Открыть сцену» (Create/Open Scenes) и
выберете «Сетка» (Mesh).
7. Используйте функции мыши для настройки вида изображения геометрии.
2
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
Выбор физических моделей (Selecting the Physics Models)
Физические модели определяют первичные переменные в расчете, включая давление,
температуру, скорость, а также математическое формулирование, используемое для
создания решения.
Чтобы выбрать физические модели:
1. Для физического континуума «Континуумы > Физический континуум 1» (Continua >
Physics 1) выберите следующие модели по порядку:
Группа моделей (Group Box)
Доступные модели (Enabled Models)
Модель (Model)
Трехмерная модель (Three Dimensional)
(уже выбрана)
Время (Time)
Стационарный (Steady)
Материал (Material)
Эйлерова
многофазность
(Eulerian
Multiphase)
Многофазное взаимодействие (Multiphase
Interaction) (Выбрана автоматически)
Модель многофазности Эйлера (Eulerian Многофазное разделенное течение
Multiphase Model)
(Multiphase Segregated Flow)
Многофазное уравнение состояния
(Multiphase Equation of State) (Выбрана
автоматически)
Градиенты (Gradients) (Выбрана
автоматически)
Вязкостный режим (Viscous Regime)
Турбулентный (Turbulent)
Дополнительные модели (Optional Models)
Сила тяжести (Gravity)
Исправление качества ячеек (Cell Quality
Remediation)
2. Нажмите «Закрыть» (Close).
3. Чтобы просмотреть выбранные модели, выберите «Физический континуум 1 > Модели»
(Physics 1 > Models).
3
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
4. Сохраните задачу.
Создание фаз и выбор фазовых моделей
(Creating Phases and Selecting Phase Models)
Создадим фазы и выберем подходящие фазовые модели.
В данном случае используются две фазы: воздух и вода. Разбавленная смесь воздуха
(пузырьки) впрыскивается в поток воды. Фазы задаются с помощью создания новых фаз в
модели Эйлеровой многофазности (Eulerian Multiphase model).
Чтобы создать фазы и выбрать фазовые модели:
Создадим фазу жидкости.
1. В континууме «Физический континуум 1» (Physics 1) нажмите правой кнопкой мыши на
папку «Модели > Эйлерова многофазность > Эйлеровы фазы» (Models > Eulerian
Multiphase > Eulerian Phases) и создайте новую фазу.
2. Переименуйте папку «Фаза 1» (Phase 1) на «Вода» (Water).
3. Для фазы «Вода» (Water) выберите следующие модели:
Группа моделей (Group Box)
Доступные модели (Enabled Models)
Материал (Material)
Модель (Model)
Поток (Flow) (уже выбрана)
Турбулентность (Turbulent) (уже выбрана)
Жидкость (Liquid)
4
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
Осредненное по Рейнольдсу Уравнение
Навье-Стокса (Reynolds-Averaged NavierStokes) (Выбрана автоматически)
4. Выключите опцию «Автоматический выбор рекомендованных моделей» (Auto-select
recommended models).
5. Выберите следующие модели по порядку:
Группа моделей (Group Box)
Осредненная по Рейнольдсу
турбулентность (Reynolds Averaged
Turbulence)
Модель турбулентности K-Epsilon (KEpsilon Turbulence Models)
Модель (Model)
Модель турбулентности K-Epsilon (KEpsilon Turbulence)
Стандартная модель K-Epsilon (Standard
K-Epsilon)
6. Включите опцию «Автоматический выбор рекомендованных моделей» (Auto-select
recommended models).
7. Выберите следующие модели по порядку:
Группа моделей (Group Box)
Доступные модели (Enabled Models)
Уравнение состояния (Equation of State)
Модель (Model)
Большой y+ (High y+ Wall Treatment)
(Выбрана автоматически)
Постоянная плотность (Constant Density)
8. Нажмите «Закрыть» (Close)
Теперь создадим фазу газа.
9. Создайте папку для второй фазы и переименуйте ее в «Воздух» (Air).
10. Для фазы «Воздух» (Air) выберите следующие модели:
Группа моделей (Group Box)
Доступные модели (Enabled Models)
Материал (Material)
Модель (Model)
Поток (Flow) (уже выбрана)
Турбулентность (Turbulent) (уже выбрана)
Газ (Gas)
Осредненное по Рейнольдсу Уравнение
Навье-Стокса (Reynolds-Averaged NavierStokes) (Выбрана автоматически)
11. Отмените опцию «Автоматический выбор рекомендованных моделей» (Auto-select
recommended models).
12. Выберите следующие модели по порядку:
Группа моделей (Group Box)
Осредненная по Рейнольдсу
турбулентность (Reynolds Averaged
Turbulence)
Модель турбулентности K-Epsilon (K-
Модель (Model)
Модель турбулентности K-Epsilon (KEpsilon Turbulence)
Стандартная модель K-Epsilon (Standard
5
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Epsilon Turbulence Models)
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
K-Epsilon)
13. Отметьте галочкой опцию «Автоматический выбор рекомендованных моделей» (Autoselect recommended models).
14. Выберите следующие модели по порядку:
Группа моделей (Group Box)
Доступные модели (Enabled Models)
Уравнение состояния (Equation of State)
Модель (Model)
Большой y+ (High y+ Wall Treatment)
(Выбрана автоматически)
Постоянная плотность (Constant Density)
15. Нажмите «Закрыть» (Close).
Папка «Эйлеровы фазы» (Eulerian Phases) будет выглядеть так, как показано на рисунке
ниже.
16. Сохраните задачу.
6
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
Определение взаимодействия фаз (Defining the Phase Interaction)
Определим взаимодействие между фазами.
Используя модель многофазового взаимодействия (Multiphase Interaction) можно
определить взаимодействие фаз воды и воздуха. Для моделирования слабой концентрации
пузырьков воздуха в воде подходит метод подгонки кривой по Вонгу (Wang Curve Fit).
Моделируемые пузырьки имеют диаметр 1 мм.
Чтобы определить фазовое взаимодействие:
1. В континууме «Физический континуум 1» (Physics 1) нажмите правой клавишей мыши
на папку «Модели > Многофазное взаимодействие > Фазовые взаимодействия » (Models >
Multiphase Interaction > Phase Interactions) и создайте новое взаимодействие.
2. Измените имя папки «Фазовое взаимодействие 1» (Phase Interaction 1) на «ВодаВоздух» (Water-Air).
3. Для фазового взаимодействия «Вода-Воздух» (Water-Air) выберите следующие модели
по порядку:
Группа моделей (Group Box)
Топология фазового взаимодействия (Phase
Interaction Topology)
Доступные модели (Enabled Models)
Модель (Model)
Взаимодействие непрерывнойдисперсной фаз (Continuous-Dispersed
Phase Interaction)
Сила сопротивления (Drag Force)
(выбрана автоматически)
Многофазный материал (Multiphase
Material) (выбрана автоматически)
Масштаб длины взаимодействия
(Interaction Length Scale) (выбрана
автоматически)
Плотность поверхности взаимодействия
(Interaction Area Density) (выбрана
автоматически)
4. Нажмите «Закрыть» (Close).
Папка «Вода-Воздух > Модели» (Water-Air > Models) показана на рисунке ниже.
7
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
5. Откройте папку «Вода-Воздух > Модели» (Water-Air > Models) и задайте следующие
свойства:
Папка (Node)
Масштаб длины
взаимодействия Масштаб
длины взаимодействия >
Константа (Interaction
Length Scale > Interaction
Length Scale > Constant)
Взаимодействие
непрерывной-дисперсной
фаз (Continuous-Dispersed
Phase Interaction)
Сила сопротивления >
Коэффициент
сопротивления (Drag Force
> Drag Coefficient)
Свойство (Property)
Значение (Value)
Значение (Setting)
0.001 м
Непрерывная фаза
(Continuous Phase)
Дисперсная фаза
(Dispersed Phase)
Метод (Method)
Вода (Water)
Воздух (Air)
Аппроксимация
кривой
Ванга (Wang Curve Fit)
По окончании диалоговое окно «Модели» (Models) должно выглядеть следующим
образом:
8
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
6. Сохраните задачу.
Отключение вторичного градиента (Deactivating Secondary Gradients)
Отключим вторичный градиент для «Многофазного разделенного потока» (Multiphase
Segregated Flow) и «Многофазной стандартной модели K-Epsilon» (Multiphase Standard KEpsilon) для получения сошедшегося решения.
Ниже представлены шаги по отключению вторичного градиента для «Многофазного
разделенного потока» (Multiphase Segregated Flow) и «Многофазной стандартной модели
K-Epsilon» (Multiphase Standard K-Epsilon) для получения сошедшегося решения.
Для отключения вторичного градиента:
9
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
Сначала отредактируем модель многофазного разделенного потока (Multiphase Segregated
Flow).
1. Выберите папку «Физический континуум 1 > Модели > Многофазный разделенный
поток» (Physics 1 > Models > Multiphase Segregated Flow) и задайте «Выкл» (Off) для
свойства «Вторичный градиент» (Secondary Gradients).
Окно свойств (Properties) будет выглядеть следующим образом:
Теперь отредактируйте «Многофазную модель турбулентности Стандартная K-Epsilon»
(Multiphase Standard K-Epsilon) для каждой фазы:
2. Выберите папку «Физический континуум 1 > Модели > Эйлерова многофазность >
Эйлеровы фазы > Вода > Модели > Стандартная модель k-Epsilon» (Physics 1 > Models >
Eulerian Multiphase > Eulerian Phases > Water > Models > Standard K-Epsilon) и задайте
«Выкл» (Off) для свойства «Вторичный градиент» (Secondary Gradients).
3. Проделайте то же самое для вторичного градиента папки «Физический континуум 1 >
Модели > Эйлерова многофазность > Эйлеровы фазы > Воздух > Модели > Стандартная
модель k-Epsilon» (Physics 1 > Models > Eulerian Multiphase > Eulerian Phases > Air >
Models > Standard K-Epsilon).
Задание начальных условий и относительных величин
(Setting Initial Conditions and Reference Values)
Зададим начальные условия и исходные значения для физического континуума Physics 1.
Чтобы задать начальные условия и исходные значения:
1. Выберите папку «Физический континуум 1 > Модели > Эйлерова многофазность >
Эйлеровы фазы» (Physics 1 > Models > Eulerian Multiphase > Eulerian Phases) и задайте
следующие свойства:
Папка (Node)
Свойство (Property)
Вода > Начальные условия
(Water > Initial Conditions)
Значение (Setting)
10
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
> Скорость (Velocity)
> Константа (Constant)
> Объемная доля (Volume
Fraction)
> Константа (Constant)
Воздух > Начальные
условия (Air > Initial
Conditions)
> Скорость (Velocity)
> Константа (Constant)
> Объемная доля (Volume
Fraction)
> Константа (Constant)
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
Метод (Method)
Значение (Value)
Метод (Method)
Константа (Constant)
[0.0, 0.0, 0.5] м/с (m/s)
Константа (Constant)
Значение (Value)
1.0
Метод (Method)
Значение (Value)
Метод (Method)
Константа (Constant)
[0.0, 0.0, 0.5] м/с (m/s)
Константа (Constant)
Значение (Value)
0.0
Зададим направление гравитации –у. Рекомендуется использовать плотность непрерывной
фазы как относительную плотность.
2. Выберите папку «Относительные величины» (Reference Values) и задайте следующие
свойства:
Папка (Node)
Сила тяжести (Gravity)
Относительная плотность
(Reference Density)
Свойство (Property)
Значение (Value)
Значение (Value)
Значение (Setting)
[0.0, -9.81, 0.0] м/с^2 (m/s^2)
997.561 кг/м^3 (kg/m^3)
3. Сохраните задачу.
11
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
Задание граничных условий (Setting Boundary Conditions)
Зададим граничные условия и подходящие значения свойств.
Типы границ уже были заданы перед построением сетки.
Теперь настроим полупроницаемую границу выхода газа (Degassing Outlet). Она будет
настроена таким образом, что только воздух может проходить через нее. В этом случае
пузырьки воздуха будут покидать расчетную область, как только они достигнут верхней
стенки. STAR-CCM+ будет следить за тем, чтобы количество вошедшего в область газа
равнялось количеству вышедшего из нее газа, и рассчитывать объемную долю газа внутри
бака.
Чтобы задать граничные условия:
Позволим газу выходить только через границу «Выход газа» (Degassing Outlet). Для этого:
1. Выберите папку «Области > Aeration_Tank > Границы > Выход газа» (Regions >
Aeration Tank > Boundaries > Degassing Outlet) и задайте следующие свойства:
Папка (Node)
Фазовые условия > Воздух
(Phase Conditions > Air)
Свойство (Property)
Тип (Type)
Значение (Setting)
Проницаемый для фазы
(Phase Permeable)
12
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
Верхняя граница теперь является границей выхода для фазы воздуха. Для того чтобы
убедиться, что данная граница не влияет на воду, которая не должна проходить через нее,
мы зададим напряжение при сдвиге на этой границе как гладкое.
2. Выберите папку «Выход газа» (Degassing Outlet) и задайте следующие свойства:
Папка (Node)
Фазовые условия > Вода >
Физические условия >
Задание напряжения
сдвига (Phase Conditions >
Water > Physics Conditions
> Shear Stress Specification)
Свойство (Property)
Метод (Method)
Значение (Setting)
Гладкий (Slip)
Теперь будет задана граница входа газа (Gas Inlet). Скорость каждой фазы на границе
входа газа задается в элементе «Величина скорости» (Velocity Magnitude). Предельная
скорость пузырьков воздуха диаметром 1 мм в воде примерно 0.25 м/с. Поскольку
пузырьки в большинстве потоков достигают своей предельной скорости за небольшое
расстояние от входа, мы можем использовать это значение на границах входа.
Зададим объемную долю газовых инжекторов. Этот вход, по сути, перфорированная
пластина, где 10% площади составляют отверстия подачи воздуха.
3. Выберите папку «Вход газа > Фазовые условия» (Gas Inlet > Phase Conditions) и задайте
следующие свойства:
Папка (Node)
Вода > Физические
значения (Water > Physics
Values)
> Величина скорости
(Velocity Magnitude)
> Константа (Constant)
> Объемная доля (Volume
Fraction)
> Константа (Constant)
Воздух > Физические
значения (Air > Physics
Values)
> Величина скорости
(Velocity Magnitude)
> Константа (Constant)
> Объемная доля (Volume
Fraction)
> Константа (Constant)
Свойство (Property)
Значение (Setting)
Метод (Method)
Константа (Constant)
Значение (Value)
Метод (Method)
0.0 м/с (m/s)
Константа (Constant)
Значение (Value)
0.9
Метод (Method)
Константа (Constant)
Значение (Value)
Метод (Method)
0.25 м/с (m/s)
Константа (Constant)
Значение (Value)
0.1
Теперь будет задана граница «Вход воды» (Water Inlet). Через эту границу в бак постоянно
поступает вода.
13
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
Зададим скорость для фазы воздуха такую же, что и для фазы воды, и объемную долю
воздуха как 0.0.
4. Выберите папку «Вход воды > Фазовые условия» (Water Inlet > Phase Conditions) и
задайте следующие свойства:
Папка (Node)
Вода > Физические
значения (Water > Physics
Values)
> Величина скорости
(Velocity Magnitude)
> Константа (Constant)
> Объемная доля (Volume
Fraction)
> Константа (Constant)
Воздух > Физические
значения (Air > Physics
Values)
> Величина скорости
(Velocity Magnitude)
> Константа (Constant)
> Объемная доля (Volume
Fraction)
> Константа (Constant)
Свойство (Property)
Значение (Setting)
Метод (Method)
Константа (Constant)
Значение (Value)
Метод (Method)
0.5 м/с (m/s)
Константа (Constant)
Значение (Value)
1.0
Метод (Method)
Константа (Constant)
Значение (Value)
Метод (Method)
0.5 м/с (m/s)
Константа (Constant)
Значение (Value)
0.0
5. Сохраните задачу.
Задание параметров решателя и критериев остановки
(Setting Solver Parameters and Stopping Criteria)
Зададим подходящие параметры решателя и критерии остановки для данной задачи.
Чтобы задать параметры решателя и критерии установки:
1. Выберите папку «Решатели» (Solvers) и задайте следующие свойства:
Папка (Node)
Многофазное разделенное
течение > Связанная
фазовая скорость
(Multiphase Segregated
Flow > Phase Coupled
Velocity)
Многофазное разделенное
течение > Давление
Свойство (Property)
Коэффициент нижней
релаксации (неявная
схема) (Implicit UnderRelaxation Factor)
Значение (Setting)
0.3
Коэффициент нижней
релаксации (Under-
0.3
14
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
(Multiphase Segregated
Flow > Pressure)
Объемная доля (Volume
Fraction)
Модель турбулентности kEpsilon (K-Epsilon
Turbulence)
k-Epsilon турбулентная
вязкость (K-Epsilon
Turbulent Viscosity)
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
Relaxation Factor)
Коэффициент нижней
релаксации (неявная
схема) (Implicit UnderRelaxation Factor)
Коэффициент нижней
релаксации (UnderRelaxation Factor)
Коэффициент нижней
релаксации (UnderRelaxation Factor)
0.2
0.5
0.5
2. Откройте папку «Критерии остановки» (Stopping Criteria) и задайте следующие
свойства:
Папка (Node)
Максимальное число
шагов (Maximum Steps)
Свойство (Property)
Включено (Enabled)
Значение (Setting)
Активно (Activated)
Максимальное число
шагов (Maximum Steps)
700
3. Сохраните задачу.
Визуализация решения (Visualizing the Solution)
Создадим две скалярные сцены для отображения результатов расчета.
Для отображения решения будут созданы две сцены отображения скаляров. Одна из них
покажет объемную долю воздуха, проходящего через плоскость сечения, а другая покажет
массовый расход воздуха на полупроницаемой границе. Для начала мы создадим
плоскость сечения, которая проходит через центр геометрии, включая два входа для
воздуха. На этой плоскости будет отображена объемная доля воздуха.
Для визуализации решения:
1. Нажмите на кнопку
«Создать/Открыть сцены» (Create/Open Scenes) и выберите
«Скаляр» (Scalar).
2. Нажмите правой кнопкой мыши на папку «Производные части» (Derived Parts) и
выберите «Новая часть > Сечение > Плоскость» (New Parts > Section > Plane).
3. В появившемся диалоговом окне «Создать сечение» (Create Section) в группе
«Отображение» (Display) выберите «Существующее окно отображения > Скаляр 1»
(Existing Displayer >Scalar 1).
15
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
4. Оставьте остальные настройки без изменения и нажмите «Создать» (Create) и затем
«Закрыть» (Close).
5. Нажмите на кнопку «сцена/рисунок» (scene/plot) для отображения дерева объектов
скалярной сцены.
6. Выберите «Окна отображения > Скаляр 1 > Скалярная переменная» (Displayers >
Scalar 1 > Scalar Field) и задайте свойство «Переменная» (Function) как «Объемная
доля > Объемная доля воздуха» (Volume Fraction > Volume Fraction of Air).
16
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
7. Выберите папку «Окна отображения > Скаляр 1» (Displayers > Scalar 1) и задайте
«Тип контура» (Contour Style) как «Плавно залитый» (Smooth Filled).
8. Нажмите на кнопку
«Сохранить-Восстановить-Выбрать вид» (Save-RestoreSelect views) и выберите «Направление обзора вдоль > +X > Вверх +Y» (Look Down
> +X > Up +Y). Отобразится выбранная сторона бака.
9. Выберите папку «Скалярная сцена 1» (Scalar Scene 1) в дереве объектов и
переименуйте ее в «Объемная доля воздуха» (Volume Fraction of Air).
Сцена должна выглядеть так, как показано на рисунке ниже.
17
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
Теперь будет создана вторая скалярная сцена, на которой будет отображен массовый
расход через полупроницаемую границу.
10. Нажмите на кнопку
«Создать/Открыть сцену» (Create/Open Scenes) и выберите
«Скаляр» (Scalar).
11. Нажмите правой кнопкой мыши на папку «Окна отображения > Скаляр 1 > Части»
(Displayers > Scalar 1 > Parts) и выберите «Редактировать» (Edit).
12. В диалоговом окне «Редактировать» (Edit) выберите папку «Области >
Aeration_Tank > Выход газа» (Regions > Aeration_Tank > Degassing Outlet), как
показано на рисунке ниже.
18
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
13. Нажмите на кнопку ОК.
14. Выберите папку «Скаляр 1 > Скалярная переменная» (Scalar 1 > Scalar Field) и
задайте «Переменную» (Function) как «Массовый расход > Воздух» (Mass Flow
Rate > Air).
Будет отображен массовый расход воздуха на полупроницаемой границе. Это
количество массы, которое проходит через каждую грань на границе за единицу
времени, а не поток массы, проходящий через единицу площади за секунду.
15. Выберите папку «Окна отображения > Скаляр 1» (Displayers > Scalar 1) и задайте
«Тип контура» (Contour Style) как «Плавно залитый» (Smooth Filled).
16. Нажмите на кнопку
«Сохранить-Восстановить-Выбрать вид» (Save-RestoreSelect views) и выберите «Направление обзора вдоль > +Y> Вверх –X» (Look Down
> +Y > Up –X).
Отобразится соответствующая сторона бака.
17. Выберите папку «Скалярная сцена 1» (Scalar scene 1) вверху дерева объектов и
переименуйте ее в «Массовый расход воздуха» (Mass Flow Rate of Air).
18. Сохраните задачу
19
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
Запуск задачи на расчет (Running the Simulation)
Подготовка задачи к расчету завершена. Теперь мы можем запустить расчет.
Для запуска расчета:
1. Нажмите в панели инструментов «Решение» (Solution) на кнопку
(Run).
«Выполнить»
Ход выполнения итераций будет отображаться в окне вывода (Output), и мы можем
отследить сходимость решения, просматривая график «Невязок» (Residuals) в
графическом окне (Graphics), созданный автоматически.
Выбирая вкладки в верхней части графического окна (Graphics) во время расчета, можно
делать активной для просмотра ту или иную сцену или график.
Во время расчета можно остановить процесс, нажав на соответствующую кнопку
«Остановить итерации» (Stop) в панели инструментов. Если Вы делаете остановку
расчета, он может быть продолжен при нажатии кнопки
«Выполнить» (Run).
Если расчет не останавливать, он будет выполняться до 700-й итерации. Когда последняя
итерация будет завершена, в окне вывода (Output) появится соответствующее сообщение:
«Критерий остановки Максимальное количество шагов Удовлетворен» (Stopping Criterion
Maximum Steps satisfied).
2. По окончанию расчета сохраните задачу.
Визуализация результатов (Visualizing the Results)
Отобразим результаты моделирования, используя созданные ранее скалярные сцены.
Решение можно отобразить в любой из сцен, которые были созданы ранее.
Для визуализации результатов:
1. Выберите вкладку «Объемная доля воздуха» (Volume Fraction of Air) в верхней части
графического окна (Graphics).
20
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
На рисунке, показанном выше, видно, что пузырьки воздуха увлекаются потоком при
движении в сторону полупроницаемой границы, через которую они покидают объем.
Данная граница не оказывает влияния на воду (из-за условия гладкой поверхности,
которое мы задали), и она остается в баке.
2. Таким же образом отобразите сцену «Массового расхода воздуха» (Mass Flow Rate of
Air), выбрав соответствующую вкладку.
21
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
Данная сцена показывает массовый расход пузырьков воздуха, выходящих через
полупроницаемую границу. Видно, что более быстрые пузырьки сконцентрированы около
центра потока пузырьков.
Для проверки того, что вода не выходит из области через эту границу, мы можем сделать
следующее:
3. Нажмите правой кнопкой мыши на цветовую полоску в скалярной сцене и измените
скалярную переменную на «Массовый расход воды» (Mass Flow Rate of Water).
Видно, что вода не проходит через данную границу.
Заключение (Summary)
Данный тьюториал продемонстрировал моделирование Эйлерового многофазного
турбулентного потока в STAR-CCM+.
22
СИНЦ
Перевод документации STAR-CCM+
Тьюториалы по многофазным течениям. Выход газа через
полупроницаемую стенку
Версия 10.04
Дата: 18.08.2015
Были рассмотрены следующие возможности STAR-CCM+:







Задание моделей Эйлеровой многофазности.
Создание фаз и выбор фазовых моделей.
Задание фазового взаимодействия.
Задание относительных величин и начальных условий.
Задание граничных условий, включая полупроницаемую границу для одной из фаз.
Запуск задачи на расчет.
Визуализация результатов.
23