Model numeryczny mieszadła w Solid Edge Flow Simulation (FloEFD)

Program Solid Edge Flow Simulation (FloEFD) sÅ‚uży do numerycznej symulacji dynamiki pÅ‚ynów w oparciu o Å›rodowisko  Solid Edge. Jest on najprostszym narzÄ™dziem do symulacji, które zapewnia najbardziej wszechstronny zestaw modeli fizycznych dla inżynierii komputerowej (CAE). Niniejszy artykuÅ‚ przedstawia model numeryczny mieszadÅ‚a w Solid Edge Flow Simulation (FloEFD).

Geometria modelu

Przygotowanie geometrii do obliczeń, w przeciwieństwie do wysoko zaawansowanych programów CFD, nie wymaga jakiś specjalnych zabiegów. FloEFD pracując w środowisku Solid Edge bezpośrednio wykorzystuje geometrię konstrukcyjną. Geometrię modelu wykorzystaną do obliczeń, składającą się ze zbiornika oraz z wirnika mieszadła, pokazano na rys.1.

Rys. 1 Geometria mieszadła

Do zadaÅ„ analityka należy jednak okreÅ›lenie, za pomocÄ… kreatora ustawieÅ„ analizy,  wielkoÅ›ci objÄ™toÅ›ci podlegajÄ…cej analizie. Dodatkowo do ukÅ‚adu obliczeniowego wprowadza siÄ™ dodatkowe objÄ™toÅ›ci: zwiÄ…zanÄ… z Å‚opatkami wirnika, dla której zadano żądanÄ… prÄ™dkość obrotowÄ… oraz poziomu cieczy w zbiorniku o wiÄ™kszej gÄ™stoÅ›ci (rys.2). SÄ… one wykorzystane jedynie do ustawienia warunków brzegowych, natomiast nie biorÄ… bezpoÅ›redniego udziaÅ‚u w przepÅ‚ywie cieczy. Jako czynniki podlegajÄ…ce procesowi mieszania ustawiono wodÄ™ i amoniak.

Rys. 2: Dodatkowe objętości w układzie obliczeniowym: a) objętości obrotowe b) objętość wody.

 

Dyskretyzacja modelu

Kolejnym krokiem do przeprowadzenia obliczeń jest dyskretyzacja modelu za pomocą siatki elementów skończonych. We FloEFD mamy do dyspozycji siatkę typu Trimmed bazującą na elementach sześciościennych. Program, na podstawie zaznaczonego wcześniej obszaru obliczeń, wyznacza objętość przepływu i dzieli ją na poszczególne objętości skończone. Analityk, na podstawie własnego doświadczenia, ma wpływ na wielkość elementów oraz na jej zagęszczenie w miejscach mających wpływ na charakter przepływu i dokładność otrzymanego wyniku. Siatkę modelu z widocznymi wyraźnymi zagęszczeniami wokół łopatek wirnika i wału pokazano na rys. 3.

Rys. 3: Widok siatki obliczeniowej typu trimmed

Wyniki obliczeń CFD

We FloEFD obliczenia możemy prowadzić w sposób ustalony lub nieustalony, uwzglÄ™dniajÄ…cy wpÅ‚yw czasu na proces przepÅ‚ywu. Obliczenia niniejszego przykÅ‚adu, z uwagi na to, że proces mieszania nastÄ™puje w funkcji czasu, zastosowano obliczenia w stanie nieustalonym. W ich wyniku możliwe jest, przy zaÅ‚ożonej prÄ™dkoÅ›ci obrotowej wirnika, wyznaczenie przebiegu momentu obrotowego, co pozwala na okreÅ›lenie zapotrzebowania mocy przez ukÅ‚ad oraz czasu potrzebnego na zmieszanie  użytych w modelu cieczy.

Oprócz uzyskania wskazanych wartości, program umożliwia wizualizację obliczonego przepływu. Możemy wyświetlić, na zadanych płaszczyznach, rozkłady ciśnień, rozkłady prędkości w postaci pól lub wektorów. Przykład możliwości wizualizacji pokazano na rys.4 zmiany gęstości mieszających się czynników dla wybranych momentów symulacji.

Rys. 4: Wyniki obliczeÅ„: RozkÅ‚ad gÄ™stoÅ›ci pÅ‚ynu po czasie mieszania :
a – 0 [s], b – 1 [s], c – 2 [s], d – 5 [s]

Przepływ, a zatem proces mieszania możemy zwizualizować za pomocą linii prądów ukazujących w sposób plastyczny trajektorie i charakter przepływu. Dodatkowo pokolorowanie ich za pomocą wielkości prędkości pozwala określić obszary większej i mniejszej intensywności procesu mieszania. Przykład takiej wizualizacji przedstawiono na rys. 5.

Rys. 5. Linie przepływu w zbiorniku dla czasu mieszania 5 [s]

Narzędzia i możliwości obliczeniowe zaimplementowane we FloEFD pozwalają na efektywne przeprowadzenie analizy CFD. Program pozwala na stosunkowo łatwe prowadzenie obliczeń nawet dość złożonych zagadnień fizycznych. Bezpośrednie zintegrowanie programu ze środowiskiem Solid Edge może być traktowane jako podręczne narzędzie inżyniera konstruktora w wielu gałęziach przemysłu maszynowego.Opracował: Wojciech Plutecki

Jeśli interesuje Cię program Solid Edge Flow Simulation, skontaktuj się z nami.

Skontaktuj siÄ™ z nami

Udostępnij: