Nahajate se tukaj

Domov › Uporaba › Elmer

Toplotni tok v ukrivljeni cevi

Naloga prikazuje stacionaren vezan primer toplotnega toka v ukrivljeni cevi. Znotraj cevi se morajo reševati enačbe pretoka tekočine in pretoka toplote medtem, ko moramo za trdno cev reševati le enačbe pretoka toplote.

Imamo za 135 satopinj ukrivljeno železno cev notranjega premera 1 cm in zunanjega 1.2 cm. Zakrivljena je za kot 135 stopinj z radijem 2 cm.  V izračunu upoštevamo 3 cm odsek cevi od zavoja. V cevi se pretaka voda z začetno temperaturo 350 st K (76.85 st C). Pretekajočo vodo hladi zunanja temperatura železne cevi, ki je 300 st K (26.85 st C). Voda se vbrizgava z maksimalno hitrostjo 1 cm/s paraboličnega profia.  Le za potrebe enostavnejšega izračuna predpostavimo  laminarni tok in stacionaren primer.  

  1. Odpremo terminalsko okno in zaženemo: 
    $ single
    
Job XXXX is submitted to default queue - interactive.
    
Waiting for dispatch ...
    
Starting on cnXX
    
$ module load elmergui
    
  Loading qwt/6.0.2
    
  Loading vtk/5.10.1
    
  Loading ftgl/2.1.3-rc5
    
  Loading qt/4.8.4
    
  Loading paraview/3.98
    
  Loading opencascade/6.5.5
    
  Loading openmpi/1.8.1
    
  Loading elmer/7.0
    
  Loading elmergui/7.0
    
$ ElmerGUI
  2. V meniju programa ElmerGUI izberemo: 
    File -> Open
    
curved_pipe.grd
    • Po odprtju datoteke se nam v novem oknu prikaže geometrija objekta in prične generiranje mreže končnih elementov. Kontrolni izpisi generiranja se prikazujejo v terminalskem oknu. Ko je generiranje končano se nam v ElmerGUI oknu prikaže geometrija objekta z generirano mrežo končnih elementov.

    • Povečamo ElmerGUI okno preko celega ekrana

    • Premikanje objekta:

      • Z vrtenjem koleščka (naprej/nazaj) miške zumiramo objekt (prinližujemo/oddaljujemo)

      • Z pritiskom leve miškine tipke in istočasnim premikom miške (gor/dol) rotiramo objekt okoli horizontalne osi.

      • Z pritiskom leve miškine tipke in istočasnim premikom miške (levo/desno) rotiramo objekt okoli vertkalne osi

  3. Ko imamo mrežo, začnemo z definicijo modela. Pri tem po vrsti (od vrha proti dnu) sledimo navedbam v padajočem meniju ‘Model’. V nadaljevanju podajamo korake našega priemra:
  4. Definiramo splošne nastavitve: 
    Model -> Setup
    
Coordinate sytem = Cartesian
    
Simulation Type = Steady state
    
Steady state max. Iter =1
    
Apply
  5. Definicija enačb:
    Izveremo relevantne enačbe in parametre. V našem primeru uporabimo dva solverja (v Elmerju imenovana Equations). Za tekočino uporabimo solver za pretk tekočine in solver za pretok toplote, za železno cev pa le solver za pretok toplote.
    Ker poznamo mrežo in vemo, da tekočino predstavlja Body 1, cev pa Body 2 bomo tej geomertiji dodelili solverje (Equation) in materialu že ob njihovi definiciji. 
    Model -> Equation 
    
Add
    
   Name = Heat and Flow (Korigiramo ime ‘Equation 1’ na ‘Heat and Flow’) 
    
   Apply to Bodies = 1 
    
   Izberemo jeziček 'Heat Equation' in definiramo: 
    
      Active = on (tj postavimo kljukico) 
    
      Convection = Computed 
    
   Izberemo jeziček ‘Navier-Stokes’ in definiramo:   
    
      Active = on   
    
      Priority = 1   
    
      Edit Solver Setings (kliknemo na gumb) ​ 
    
          Izberemo jeziček ‘Linear System’   
    
          Preconditiong = ILU1 
    
Add 
    
OK (V redu)
    Železni cevi  dodelimo le solver za pretok toplote: 
    Model -> Equation 
    
Add
    
   Name = Heat (Korigiramo ime ‘Equation 2’ na ‘Heat’) 
    
   Apply to Bodies = 2 
    
   Izberemo jeziček 'Heat Equation' in definiramo: 
    
      Active = on (tj postavimo kljukico) 
    
      Convection = None 
    
Add 
    
OK (V redu)
  6. Definiramo materiala. Za definicijo materilanih lastnosti uporabimo vgrajeno knjižnico.  Za tekočino izberemo vodo sobne temperature (Watter – room temperature) za cev pa železo (Iron generic). Kot vemo tekočino predstavlja Body1, cev pa Body2. 
    Model -> Material 
    
Add 
    
   Material library 
    
      Watter – room temperature (izberemo iz menija) 
    
      Apply to bodies = Body 1 (postavimo kljukico)
    
   Add
    
New
    
   Material library 
    
      Iron generic  (izberemo iz menija) 
    
      Apply to bodies = Body 2 (postavimo kljukico)
    
   Add
    
OK
    
OK
  7. Definiramo robne pogoje:
    Imamo štiri različne robne pogoje: vhodni tok toplote (HotInFlow), izhodni tik (OutFlow), notranjo brezzdrsno površino (NoSlip) in konstantno zunanjo sobno temperaturo cevi (Troom). 
  8. Model -> Boundary condition
    
Add
    
   Name = HotInFlow
    
   Heat Equation
    
     Temperature = 350.0
    
   Navier-Stokes
    
     Velocity 1 = 0.0
    
     Velocity 2 = 0.0
    
     Velocity 3 = Variable Coordinate; Real MATC "100.0*(1.0e-4-tx(0)^2-tx(1)^2)"
    
   Add
    
New
    
   Name = Outflow
    
     NaviewStokes
    
        Use normal-tangential coordinate system = on
    
        Velocity 2 = 0.0
    
        Velocity 3 = 0.0
    
     Add
    
New
    
     Name = NoSlip
    
        Navier-Stokes
    
          NoSlip Wall BC = on
    
      Add
    
New
    
     Name = Troom
    
     Heat Equation
    
         Temperatute = 300.0
    
     Add
    
OK
    
OK
    
OK
    
OK (V redu)
  9. Za pomoč pri določivi vhodne ploskve aktiviramo kompas: 
    View -> Compas = on (odkljukamo opcijo v meniju View)

    Vhodna ploskev naj bo tista, katere normala kaže vzporedno z osi.:

  10. Za določitev robnih pogjev s pomočjo grafičnega vmesnika izberemo: 
    Model -> Set boundary properties (izberemo oz odkljukamo opcijo)

  11. Dvokiknemo na površino vhodne ploskve (vhodna ploskev naj bo tista, katere normala kaže vzporedno z osi),  odpre se nam okno za izbiro robnih pogojev. Pod ‘Boundary condition’ izberemo ‘HotInflow’.
    Dvokiknemo na površino izhodne ploskve,  odpre se nam okno za izbiro robnih pogojev. Pod ‘Boundary condition’ izberemo ‘Outflow’.
    Dvokliknemo na zunanjo površino cevi, odpre se nam okno za izbiro robnih pogoje. Pod ‘Boundary condition’ izberemo ‘Troom’.

  12. Za določitev četrtega robnega pogoja moramo ‘videti v notranjos’. Zato moramo cev narediti nevidno. Izberemo zunanji obod cevi in v meniju izberemo

    View  ->  Hide/show (izberemo oz odkljukamo opcijo)
  13. Ponovno v meniju določimo : 
    Model -> Set boundary properties (izberemo oz odkljukamo opcijo)

  14. S pomočjo grafičnega vmesnika z dvoklikom izberemo notranji del cevi in v prikazanem meniju nastavimo robne pogoje ‘NoSlip’.

  15. Generiramo vhodno datoteko za program ‘ElmerSolver’: 
    Sif -> Generate
    Nastalo datoteko si lahko ogledamo z izbiro iz menija: 
    Sif -> Edit

    Datoteko lahko nato uredimo, ali zapustimo z ukazom ‘File->Quit’.

  16. Shranimo projekt (Podatke projekta lahko shranimo v poljubni vazi vnosa): 
    File -> Save Project
    
Za shranjevanje projekta izberemo poljuben direktorij (npr. poddirektorij 'ProjectFiles').

    Podatke projekta prikličemo z: File -> LoadProject in izberemo dorektorij, kamor smo podatke shranili.

  17. Izračunamo primer: 
    Run -> Start solver

    .

  18. Za ogled rezultatov poženemo postprocesor: 
    Run -> postprocesor
  19. V podprocesoju si ogledamo rezultate izračunanih temperatur, hitrosti in pritiska (prereze cevi prikazujemo pri y=0):


    .

    .
    .
    .
    .

 

 

PriponkaVelikost
Plain text icon curved_pipe.grd datoteka919 bytov