Manuál pro výuku Numerických metod

Transkript

2010
Manuál pro výuku
numerických metod
Ing. Kateřina Horáková,
Ing. Vít Honzejk,
Ing. František Lemfeld
Technická univerzita v Liberci
Fakulta strojní
Katedra energetických zařízení
Tato publikace vznikla za podpory projektu FRVŠ 1108.
Manuál pro výuku numerických metod
Obsah
1)
Úvod ............................................................................................................................................ - 8 -
2)
Vysvětlení základních pojmů ....................................................................................................... - 9 Co je to CFD? ................................................................................................................................... - 9 Co je to Fluent? ............................................................................................................................... - 9 Co je to Gambit?.............................................................................................................................. - 9 Základní typy simulací v CFD ......................................................................................................... - 10 -
3)
o
Rozdělení z hlediska časové závislosti ............................................................................... - 10 -
o
Rozdělení z hlediska prostoru – 2D a 3D ........................................................................... - 11 -
o
Rozdělení z hlediska bilancování veličin ............................................................................ - 11 -
o
Rozdělení z hlediska stlačitelnosti proudící tekutiny ........................................................ - 12 -
o
Způsob výpočtu nestacionárních úloh .............................................................................. - 12 -
o
Turbulentní modely ........................................................................................................... - 13 -
Úloha obtékání válce ................................................................................................................. - 16 Základní definice úlohy obtékání válce ......................................................................................... - 16 Strategie řešení ............................................................................................................................. - 16 o
Preprocessing .................................................................................................................... - 16 -
o
Processing.......................................................................................................................... - 17 -
o
Postprocessing .................................................................................................................. - 17 -
Práce v programu Gambit ............................................................................................................. - 17 o
Spuštění programu Gambit ............................................................................................... - 17 -
o
Prostředí Gambitu ............................................................................................................. - 18 -
o
Založení nového souboru .................................................................................................. - 19 -
o
Definování geometrie........................................................................................................ - 20 -
-2-
o
Definice bodů .................................................................................................................... - 21 -
o
Tvorba diskretizační sítě .................................................................................................... - 31 -
o
Definice oblasti a okrajových podmínek ........................................................................... - 33 -
o
Uložení souboru pro otevření v Gambitu.......................................................................... - 36 -
o
Vygenerování sítě pro Fluent ............................................................................................ - 38 -
o
Ukončení programu Gambit .............................................................................................. - 39 -
o
Otevření již existujícího souboru ....................................................................................... - 39 -
Práce v Programu Fluent ............................................................................................................... - 39 o
Spuštění programu Fluent ................................................................................................. - 39 -
o
Prostředí programu Fluent ................................................................................................ - 40 -
o
Načtení diskretizační sítě .................................................................................................. - 41 -
o
Nastavení simulačního modelu ......................................................................................... - 42 -
o
Nastavení vlastnosti tekutiny ............................................................................................ - 44 -
o
Nastavení okrajových podmínek ....................................................................................... - 46 -
o
Nastavení okrajových podmínek ....................................................................................... - 47 -
o
Nastavení počátečních podmínek ..................................................................................... - 49 -
o
Nastavení reziduí ............................................................................................................... - 50 -
o
Uložení relace .................................................................................................................... - 51 -
o
Nastavení ukládání dat v průběhu výpočtu....................................................................... - 52 -
o
Spuštění výpočtu ............................................................................................................... - 52 -
o
První kontrola výpočtů a časová statistika ........................................................................ - 53 -
o
Vyhodnocování výsledků ................................................................................................... - 55 -
o
Obraz rychlostního pole v barevném měřítku .................................................................. - 55 -
o
Graf rychlosti na linii za válcem ......................................................................................... - 57 -
-3-
4)
o
Datový soubor v ASCII formátu s hodnotami rychlosti na linii za válcem ........................ - 59 -
o
Integrální ukazatel – síla působící na stěnu, průtok .......................................................... - 60 -
o
Proudnice .......................................................................................................................... - 61 -
o
Shrnutí úlohy “Obtékání válce“ ......................................................................................... - 62 -
Zkušební úloha ve 2D – bublinka vzduchu ve vodě................................................................... - 64 Gambit – tvorba modelu ............................................................................................................... - 64 o
Tvorba geometrie .............................................................................................................. - 64 -
o
Tvorba sítě: ........................................................................................................................ - 68 -
o
Definice okrajových podmínek .......................................................................................... - 69 -
o
Export sítě ......................................................................................................................... - 71 -
Fluent ............................................................................................................................................ - 72 o
Nastavení nestacionárního proudění ................................................................................ - 72 -
o
Definování vícefázového proudění.................................................................................... - 74 -
o
Definování modelu turbulence ......................................................................................... - 75 -
o
Definice fází ....................................................................................................................... - 76 -
o
Nastavení řešení ................................................................................................................ - 78 -
o
Nastavení inicializace ........................................................................................................ - 79 -
o
Kontrola přiřazení fází: ...................................................................................................... - 80 -
o
Nastavení automatického ukládání ................................................................................... - 82 -
o
Tvorba animace ................................................................................................................. - 82 -
Zpracování výsledků ...................................................................................................................... - 85 o
Přehrání animací ............................................................................................................... - 85 -
o
Zobrazení výsledků ............................................................................................................ - 86 -
o
Export obrázků .................................................................................................................. - 89 -
-4-
5)
Volná konvekce v uzavřené nádobě .......................................................................................... - 90 Základní definice úlohy volné konvekce v uzavřené nádobě ........................................................ - 90 Tvorba geometrie a sítě úlohy v programu Gambit ...................................................................... - 91 o
Založení nové relace a nového souboru............................................................................ - 91 -
o
Tvorba geometrie .............................................................................................................. - 93 -
o
Model mezní vrstvy – zjemnění sítě v oblasti při stěnách ................................................ - 94 -
o
Příprava na podmínku periodicity ..................................................................................... - 95 -
o
Tvorba sítě ......................................................................................................................... - 97 -
o
Nastavení typu vnitřních oblastí ....................................................................................... - 99 -
o
Nastavení typu a označení okrajových podmínek ........................................................... - 100 -
o
Vygenerování souboru sítě pro program Fluent ............................................................. - 102 -
Práce v programu Fluent ............................................................................................................. - 103 o
Načtení sítě programem Fluent ...................................................................................... - 103 -
o
Konstrukce hlavní roviny pro grafické zobrazení výsledků ............................................. - 104 -
o
Nastavení základních parametrů výpočtu ....................................................................... - 105 -
o
Volba modelu turbulence................................................................................................ - 107 -
o
Výběr materiálu proudícího média. ................................................................................ - 107 -
o
Nastavení operačních podmínek..................................................................................... - 111 -
o
Nastavení okrajových podmínek a podmínek vnitřní oblasti .......................................... - 112 -
o
Inicializace počátečních podmínek.................................................................................. - 114 -
o
Nastavení limitů reziduí................................................................................................... - 114 -
o
Vlastní funkce .................................................................................................................. - 115 -
o
Nastavení animace pro výrobu videa .............................................................................. - 116 -
o
Nastavení sledování časové závislosti ............................................................................. - 118 -
-5-
6)
o
Nastavení vlastního příkazu, prováděného během výpočtu - makro ............................. - 120 -
o
Ukládání dat během výpočtu .......................................................................................... - 124 -
o
Spuštění výpočtu ............................................................................................................. - 124 -
o
Výroba videa.................................................................................................................... - 125 -
o
Export grafu závislosti kinetické energie na čase ............................................................ - 126 -
o
Export obrázku teplotního pole ...................................................................................... - 127 -
Testovací úloha: proudění vlivem konvekce a radiace............................................................ - 129 Gambit: ........................................................................................................................................ - 129 o
Načtení modelu do Gambitu ........................................................................................... - 129 -
o
Okrajové podmínky ......................................................................................................... - 131 -
o
Nastavení okrajových podmínek ..................................................................................... - 132 -
o
Vytvoření výpočtové sítě ................................................................................................. - 134 -
FLUENT: ....................................................................................................................................... - 136 o
Načtení sítě do FLUENTU ................................................................................................ - 136 -
o
Měřítko ............................................................................................................................ - 137 -
o
Řešič ................................................................................................................................ - 138 -
o
Energetická rovnice ......................................................................................................... - 138 -
o
Viskózní model ................................................................................................................ - 138 -
o
Modely radiace................................................................................................................ - 140 -
o
Materiály ......................................................................................................................... - 143 -
o
Počáteční podmínky a zobrazení modelu (gridu) ............................................................ - 146 -
o
Okrajové podmínky ......................................................................................................... - 148 -
o
Diskretizace ..................................................................................................................... - 152 -
o
Zobrazování residuí ......................................................................................................... - 153 -
-6-
7)
o
Inicializace ....................................................................................................................... - 154 -
o
Spuštění výpočtu ............................................................................................................. - 154 -
o
Vložení roviny .................................................................................................................. - 155 -
o
Zobrazení kontur ............................................................................................................. - 157 -
o
Vektorové pole ................................................................................................................ - 163 -
o
Ukládání obrázků............................................................................................................. - 164 -
o
Zobrazení proudnic a vložení bodů ................................................................................. - 165 -
o
Ukládání výsledků ve FLUENTu ....................................................................................... - 168 -
o
Autosave.......................................................................................................................... - 168 -
Zkušební úloha – Protržení přehrady ...................................................................................... - 170 Tvorba 3D geometrie – Gambit ................................................................................................... - 170 o
Postupná tvorba geometrie (bod – hrana – plocha – objem) ......................................... - 170 -
o
Přímá tvorba objemů ...................................................................................................... - 178 -
o
Kompletace objemů ........................................................................................................ - 181 -
o
Vytvoření prostoru pro fáze ............................................................................................ - 183 -
o
Definování objemů .......................................................................................................... - 189 -
o
Definice okrajových podmínek ........................................................................................ - 192 -
o
Tvorba sítě ....................................................................................................................... - 193 -
o
Export sítě ....................................................................................................................... - 198 -
Fluent .......................................................................................................................................... - 199 o
Nastavení řešení .............................................................................................................. - 199 -
o
Nastavení inicializace ...................................................................................................... - 204 -
o
Postprocessing ................................................................................................................ - 209 -
Rejstřík............................................................................................................................................. - 170 -
-7-
1. Úvod
Tento text je určen pro výuku předmětu Numerické metody v mechanice tekutin a ve sdílení
tepla. Testovací úlohy však dále umoţní nejen oborovým studentům (tzn. studentům oboru
Mechanika tekutin a termodynamika a oboru Tepelná technika), ale i ostatním zájemcům o
numerické metody, seznámit se se softwary pro numerické simulace a jejich moţnostmi
vyuţití. Tyto úlohy jednoduchou názornou formou popisují celý postup řešení a jsou
tematicky rozděleny tak, aby postihly většinu oblastí pouţití softwarů pro numerické
simulace. Manuál je dostupný online na stránkách katedry pod záloţkami jednotlivých
řešitelů, elektronická verze je na PC v učebně CFD na Katedře energetických zařízení a také
je k dispozici v učebně v jedné tištěné verzi.
-8-
2. Vysvětlení základních pojmů
Co je to CFD?
CFD je zkratka z anglického Computational Fluid Dynamics, coţ by se dalo přeloţit jako
„výpočty v dynamice tekutin“. Je to tedy metoda počítačové simulace procesů v mechanice
tekutin a ve sdílení tepla, která vyuţívá základních transportních a stavových rovnic
mechaniky tekutin.
Co je to Fluent?
Fluent je processingový a postprocessingový program pro širokou škálu úloh v CFD, které
jsou řešeny metodou konečných objemů. Je to program, který je schopný řešit a
vyhodnocovat 2D i 3D simulace proudění tekutin, přenosu tepla a spalovacích procesů. Je
schopen simulovat laminární i turbulentní proudění, vícefázové proudění, chemické procesy a
vzájemné kombinace uvedeného výčtu a dalšího, co ve výčtu bylo opomenuto. Program
Fluent je tedy dobrým pomocníkem při provádění simulací pro vývoj v průmyslu, ale také pro
výzkum.
Co je to Gambit?
Gambit je objemový modelář a preprocessingový program, od téţe společnosti, která
produkuje program Fluent Ansys, Inc. (v minulosti Fluent, Inc.). Program Gambit umoţňuje
definování geometrického modelu a následnou tvorbu diskretizačních sítí. Dále umoţňuje
import geometrie v řadě vhodných formátů z jiných geometrických modelářů a export
diskretizační sítě v různých formátech, které jsou importovatelné do řady processingových
programů.
-9-
Základní typy simulací v CFD
Metodami CFD lze řešit velmi širokou škálu úloh termomechaniky. Jiţ pomocí základního
balíku programu Fluent lze řešit řada technických i vědeckých úloh, na některé speciální
úlohy je pak moţné přikoupit od společnosti Ansys, Inc. (v minulosti Fluent, Inc.) specifické
moduly, s jejichţ pouţitím lze dosáhnout výsledku přesněji. Týká se to např.
magnetohydrodynamiky (pro řešení úloh s modelem Maxwellových rovnic) nebo spalovacích
procesů. Program Fluent ovšem umoţňuje i připsání vlastní uţivatelské funkce - UDF (UserDefined Function), pomocí které lze model simulovaného jevu lépe popsat.
V následujícím textu bude provedeno základní rozdělení úloh (modelů) CFD, které lze
modelovat přímo pomocí standardního balíku programu Fluent. Tento výčet si klade za cíl
pouze přiblíţit uţivateli moţnosti samotného přístupu k řešení různých úloh v CFD.
o Rozdělení z hlediska časové závislosti
A) Stacionární model:
Je uţíván tehdy, zkoumáme-li jev, který pokládáme za jev v čase neměnný a potřebujeme
určit jeho parametry. V takovém případě známe pouze okrajové podmínky (OP) a
inicializační podmínky, model vůbec neuvaţuje s časovým hlediskem. Výsledek je dopočítán
během potřebného počtu iterací. Za stacionární model lze pokládat i modelování
turbulentního proudění pomocí takzvaných statistických modelů turbulence.
B) Nestacionární model:
Je uţíván tehdy, kdyţ chceme znát parametry jevu a jeho vývoj v čase. V takovém případě
známe OP a inicializační hodnoty parametrů jsou zároveň brány jako počáteční podmínka.
Zde se musí kaţdý časový krok počítat zvlášť. Je jisté, ţe nestacionární modely jsou na
výpočetní techniku i čas náročnější neţ modely stacionární.
- 10 -
o Rozdělení z hlediska prostoru – 2D a 3D
A) 2D model:
Je uţíván tehdy, kdyţ se uţivatel rozhodne zanedbat vliv třetího směru. Skutečné jevy jsou
vţdy třídimenzionální. Někdy lze však vliv třetího směru zanedbat i s ohledem na přesnost
výsledku, např. jedná-li se o osově symetrické úlohy bez projevu turbulence. Někdy je ale 2D
simulace upřednostňována i přes niţší přesnost výsledků, neboť oproti 3D simulaci se nejedná
o tak náročnou úlohu z hlediska poţadavků na výpočetní techniku a výpočetní čas.
B) 3D model:
Pouţívá se všude tam, kde je třeba dosáhnout dostatečně přesných výsledků parametrů
simulovaného jevu, nebo se jev nedá zjednodušit do 2D problému.
o Rozdělení z hlediska bilancování veličin
A) Izotermický model:
Pouţívá se tam, kde změna teploty nemá vliv na sledované parametry simulovaného procesu.
Model neuvaţuje energetickou rovnici (bilanci entalpie).
B) Anizotermický model:
Pouţívá se tam, kde potřebujeme znát přímo parametry související s teplotou, nebo změna
teploty při simulaci ovlivňuje parametry proudového pole (změna viskozity tekutiny,
hustoty…).
C) Model s uvažováním silového pole
Do modelu v programu Fluent je moţné zahrnout vliv silového pole – v případě
jednoduchého nastavení pouze konstantně pro celou prostorovou doménu. Silové pole
(gravitace) se v modelu uvaţuje pouze tehdy, pokud proudění skutečně ovlivňuje.
D) Jednofázový model:
Uţívá se tehdy, jedná-li se o proudění pouze jednoho druhu tekutiny. Fáze v tomto případě
neznačí pouze skupenství, ale také druh látky.
- 11 -
E) Vícefázový model:
Uţívá se tehdy, jedná-li se o proudění více druhů tekutiny, kde dochází k jejich míšení. V
tomto případě se nemusí jednat pouze o různé látky, ale např. v případě pára - kapalina můţe
jít pouze o dvě různá skupenství.
F) Funkční závislost materiálových parametrů
Simulace se často provádějí pro konstantní materiálové charakteristiky proudící tekutiny.
Někdy jsou právě materiálové charakteristiky v přímé interakci s chováním proudového pole.
Program Fluent umoţňuje většinu důleţitých materiálových charakteristik definovat jako
funkci charakteristik proudu.
o Rozdělení z hlediska stlačitelnosti proudící tekutiny
Program Fluent rozeznává model proudění (rovnice kontinuity a Navier-Stokesových rovnic)
s a bez členu stlačitelnosti. Uţití těchto modelů je automatické podle pouţití definice
materiálových charakteristik (hustoty proudící tekutiny). V případě simulace proudění např.
ideálního plynu při rychlostech do Machova čísla 0,2 – 0,3 (podle poţadované přesnosti),
většinou nedochází k relevantní změně hustoty, proto se i takovéto proudění stlačitelných
tekutin modeluje jako proudění tekutiny s konstantní hustotou.
o Způsob výpočtu nestacionárních úloh
Nestacionární úlohy mohou být počítané pomocí časově explicitního nebo implicitního
diskretizačního schématu. V některých případech má uţivatel moţnost zvolit, jaké schéma
bude pro výpočet uţitý.
A) Explicitní schéma
Hodnoty bilancovaných veličin v následujícím časovém kroku se počítají přímo z
předchozího časového kroku. Tato metoda výpočtu je velmi rychlá, ale je nutné při výpočtu
nastavit dostatečně jemný časový krok, aby nedocházelo k divergenci výsledků. (Výpočet
pomocí explicitního schématu je tedy podmínečně stabilní – závisí na velikosti časového
kroku)
- 12 -
B) Implicitní schéma
Pouţití tohoto schématu vede k nutnosti řešení rozsáhlé soustavy lineárních rovnic. Je moţné
zvolit také metodu řešení těchto rovnic (Jacobiho, Gauss-Seidelova metoda, atd.) a zvolit
počet iterací řešení této soustavy. Počet iterací se také řídí pomocí minimálního rezidua,
kterého je dosaţeno během iterací. Výpočet pomocí tohoto schématu dovoluje pouţít větší
časový krok, neţ v případě explicitního schématu, aniţ by v průběhu časového vývoje došlo k
divergenci. Tato metoda je ovšem náročnější na výpočetní techniku i čas.
o Turbulentní modely
Převáţná většina problémů týkajících se proudění se týká právě turbulentního proudění,
laminární reţim je spíše výjimkou. O problematice turbulentního proudění, a speciálně pro
případy numerických simulací, bylo napsáno mnohé. Tento krátký odstavec pouze uvádí
některé moţnosti řešení simulací turbulentního proudění pomocí programu Fluent.
Vzhledem k tomu, ţe při turbulentním proudění vznikají vírové struktury, které mají široké
spektrum měřítek (z hlediska velikosti, rychlosti a doby výskytu), nelze většinou vlivem
nedostatečné diskretizace (hustoty sítě a délky časového kroku), simulovat turbulentní
proudění přímo. Tento problém v CFD pomáhají řešit modely turbulence. Existuje mnoho
modelů turbulence, dokonce i více přístupů jak turbulenci modelovat. Neexistuje však ţádný
univerzální model, který by šlo pouţít pro libovolnou úlohu, ani nelze nějaký model přímo
doporučit. Jaké moţnosti nabízí program Fluent 6.3, bude uvedeno v následujících
odstavcích. Většina modelů vliv turbulence zohledňuje pomocí zvláštní procesové veličiny,
takzvané turbulentní viskozity.
A) Neviskózní model (inviscid)
Tento model v základním matematickém modelu proudění vůbec neuvaţuje s viskózním
členem, čímţ výrazně zjednodušuje samotný model a urychluje výpočet. Uţívá se v převáţné
míře pro stacionární simulace. V současné době se tento model takřka nevyuţívá.
B) Laminární proudění
V tomto případě je proudění simulováno přímo. To znamená, ţe základní rovnice popisující
proudění obsahují viskózní člen, ale neobsahují člen tzv. turbulentní viskozity. Tento přístup
se pouţívá v případě, ţe simulované proudění předpokládáme laminární. Lze vyuţít jak
stacionární, tak nestacionární reţim výpočtu. V případě nestacionární simulace se tomuto
- 13 -
modelu také říká DNS (Direct Numerical Simulation). Při uţití tohoto modelu je důleţité, aby
diskretizační síť byla dostatečné hustá na to, aby zachytila všechny malé víry, které ovlivňují
proudění.
C) Spalart-Allmaras (SA)
Při uţití turbulentního modelu SA základní rovnice popisující proudění obsahují člen
materiálové i turbulentní viskozity. Turbulentní viskozita je zde určena pomocí jedné bilanční
rovnice a konstitutivních vztahů. Ve srovnání s ostatními modely turbulence jsou simulace
vyuţívající SA model poměrně rychlé. Tento model lze vyuţít pro stacionární i nestacionární
simulace. V případě stacionárních simulací výsledky rychlostního (případně teplotního) pole
představují modelované veličiny časově průměrované hodnoty.
Hodnota turbulentní
viskozity zohledňuje také velikost fluktuací.
Bilanční rovnice pro určení vlivu turbulence bilancuje takzvanou modifikovanou turbulentní
viskozitu. Uţivatel právě tuto veličinu nastavuje v okrajových podmínkách a při inicializaci.
Míra turbulentnosti se nejlépe určuje velikostí poměru turbulentní a molekulární viskozity. Při
volbě velikosti v okrajových podmínkách a při inicializaci, je doporučeno nastavit hodnotu
modifikované turbulentní viskozity zkusmo a následně zkontrolovat poměr. Bude-li poměr
nevyhovující, pak je nutné znovu provést inicializaci a nastavení okrajových podmínek.
D) k–ε model
Podobně jako SA model i zde je v modelu vyuţíván člen turbulentní vazkosti, která je
vypočítána pomocí dvou bilancovaných veličin k a ε, kde k značí turbulentní kinetickou
energii a ε značí takzvanou turbulentní disipaci. Parametry k i ε jsou určeny dvěma bilančními
rovnicemi. Z toho vyplývá, ţe uţivatel nastavuje jejich hodnotu pro okrajové podmínky a pro
inicializaci. V případě programu Fluent lze ale místo k a ε nastavit okrajové podmínky i jiným
způsobem. Tento model je vhodný zejména pro velmi turbulentní proudění.
E) k–ω model
Tento model je velice podobný modelu k-ε. Bilancuje však místo veličiny ε veličinu ω.
Nastavení okrajových a počátečních podmínek je velmi podobné jako v případě k-ε. Obvykle
se pomocí něho (typ SST) dosahuje lepších výsledků ve srovnání s modelem k-ε i v případě
středně turbulentního proudění, toto tvrzení však není obecné.
- 14 -
F) Reynolds Stress Model (RSM)
Hlavní pouţití má pro stacionární modelování. Bilancuje přímo členy Reynoldsova tenzoru
napětí, uvaţuje neizotropní turbulenci. Výpočet je často přesnější neţ v případech uţití jiných
modelů, ale zároveň je výpočet značně pomalejší. V případě programu Fluent lze okrajové a
počáteční podmínky nastavit pomocí dvou veličin např. pomocí k a ε.
G) Large Eddy Simulation (LES)
Tento model bývá vyuţíván hlavně pro vědecké účely. Jeho filozofie spočívá v tom, ţe malá
turbulentní měřítka modeluje, velká přímo simuluje. Je ho tedy moţné pouţít jen v případě
nestacionárního nastavení. Tento model je vhodný pouze na přechodové proudění. S rostoucí
turbulentností vyţaduje jemnější diskretizační síť. Nastavení okrajových podmínek tento
model nevyţaduje.
H) Detached Eddy Simulation (DES)
Tento model pouţívá LES filozofii v oblasti volného proudění a blízko stěn vyuţívá modelů
jako k-ε, k- ω nebo SA. Jeho uţití je podobné jako v případě LES, ale zvládne výpočty
proudění s větší turbulentností.
- 15 -
3. Úloha obtékání válce
Základní definice úlohy obtékání válce
V kapitole se bude simulovat proudění nestlačitelné tekutiny (vody) pro nízký reţim
Reynoldsova čísla. Problém bude řešen jako 2D. Výpočtová oblast s okrajovými podmínkami
je patrná z obr. 3.1. Pro co nejmenší ovlivnění proudění tekutiny vlivem stěn kanálu zvolíme
na stěnách kanálu okrajovou podmínku pohyblivé stěny, jejíţ rychlost bude shodná s rychlostí
tekutiny na vtoku. Z empirických poznatků víme, ţe při obtékání válce při určitém reţimu
Reynoldsova čísla vzniká nestacionární proudění v oblasti za válcem. Proto bude řešení
prováděno jako nestacionární, se statistickým vyhodnocováním. V řešení vyuţijeme i jeden
z modelů turbulence.
Obr. 3.1 Výpočtová oblast úlohy
Strategie řešení
o Preprocessing
Preprocessingem se rozumí:
1. definování geometrie
2. tvorbu diskretizační sítě
3. definování okrajových podmínek
- 16 -
4. definování počátečních podmínek
Bod 1, 2 a z části bod 3 bude demonstrován v programu Gambit. Bod 4 a z části také bod 3
bude demonstrován v programu Fluent spolu s processingem a postprocessingem.
o Processing
Processingem
matematického
se
rozumí
modelu
výběr
a
materiálových
samotný
výpočet
charakteristik,
simulace.
nastavení
Processing
vhodného
bude
spolu
s postprocessingem demonstrován v programu Fluent.
Před spuštěním výpočtu je nutné dávat pozor na nastavení. Zatímco nastavení netrvá nijak
dlouho, samotný výpočet můţe trvat u sloţitějších úloh i několik měsíců. (Délka výpočtu je
závislá na hardwaru a zatíţení počítače, v našem případě bude trvat výpočet přibliţně dva
dny.)
o Postprocessing
Postprocessing je vyhodnocování samotných výsledků simulace. V našem případě si
demonstrujeme zobrazení vektorového rychlostního pole, zobrazení grafu rychlosti na linii za
válcem a export hodnot rychlosti v linii do datového souboru. Mimo to bude demonstrována i
tvorba takzvaného makra, které automaticky provádí definovaný postprocessing pro kaţdý
definovaný časový krok nebo iteraci.
Práce v programu Gambit
o Spuštění programu Gambit
Na základní ploše PC vyhledejte ikonu Gambitu a program spusťte. Pokud proběhne spuštění
Gambitu v pořádku, na liště se vám zobrazí tři nové panely s procesy nutnými k dobrému
chodu Gambitu. Jeden panel representuje samotný modelář Gambitu, který nadále budeme
pouţívat, ostatní dva procesy ponecháme běţet. Pakliţe se po delší době Gambit nespustil,
vypnul se i automaticky zpuštěný příkazový řádek, je nutné vyhledat a odstranit všechny
soubory, které mají koncovku “lok“. Poté by jíţ mělo být moţné Gambit spustit.
(Vyhledání a smazání těchto souborů je moţné například pomocí Commanderu. V menu
Příkazy kliknout na Vyhledat, do řádku Hledat soubory zadat “*.lok“.
- 17 -
V řádku Kde hledat označit moţný adresář ve kterém můţe soubor s příponou “lok“ být,
nebo ponechat pro prohledání celý disk. Potvrdit příkaz myší ikonou Start. Po vyhledání
souborů kliknout na Zobrazit výsledek do okna a všechny soubory “*.lok“ vymazat.)
o Prostředí Gambitu
Prostředí Gambitu je poměrně logicky řešeno, základní uspořádání je na obr. 3.2. Vrchní lišta
obsahuje základní roletové menu. Střední levá část je samotný náhled na geometrii. Spodní
levá část Transcript je panel se seznamem provedených příkazů a panel Description obsahuje
popis příkazu z pravého příkazového menu, na který aktuálně ukazuje šipka myši. Pravé horní
panely jsou panely příkazů. Základní panel je panel Operation, kterým přepínáme detailní
panely pod hlavním panelem. Sektor ve spodní pravé části slouţí k úpravě zobrazení náhledu
v grafickém okně.
Obr. 3.2 Prostředí Gambitu
Základní úpravy pohledu na geometrický model provádíme myší. Při stisku levého tlačítka a
pohybem myši modelem otáčíme. Prostředním tlačítkem (při stisku rolovacího kolečka) a
pohybem myši model přesouváme. Při stisku pravého tlačítka a pohybem myši nahoru nebo
dolu model zvětšujeme nebo zmenšujeme. Při stisku pravého tlačítka a pohybem myší doleva
nebo doprava otáčíme modelem kolem aktuálního bodu.
- 18 -
Pomocí myši dále můţeme změnit některé příkazové ikony. Po najetí kurzorem na danou
ikonu klikneme pravým tlačítkem myši. Zobrazí se sloupec s výběrem podobných příkazů,
z tohoto sloupce vybereme potřebný příkaz levým tlačítkem myši. Měnitelné ikony jsou
vyznačeny malým červeným trojúhelníčkem v levém dolním rohu. Příklad změny ikony je
patrný z obr. 3.3 (změna kroku zpět na krok vpřed).
Myší také vybíráme prvky (body, přímky a křivky, plochy nebo objemy) z grafického okna.
Pro výběr prvků je nutné změnit reţim ukazatele myši v grafickém okně. Tuto změnu
provádíme, kdyţ je kurzor v grafickém okně, kliknutím nejprve pravým a vzápětí levým
tlačítkem myši. Kurzor myši by se měl v grafickém okně změnit ze šipky na očko (obr. 3.4).
Obr. 3.3 Změna příkazové ikony
Obr. 3.4 Změna reţimu myši v grafickém okně
o Založení nového souboru
Po spuštění se v modeláři Gambit obvykle otevře soubor, se kterým bylo jiţ pracováno dříve.
V případě, ţe nechceme pracovat s jiţ uloţeným souborem, je nutné zaloţit novou relaci.

V horní liště Gambitu zadáme – File- New → Zobrazí se tabulka (obr. 3.5)
- 19 -
Obr. 3.5 Zaloţení nové relace

Do kolonky ID a Title zapište název nové geometrie, např. “model_valce“

Zkontrolujte, zda je označeno Save current session – Accept → Gambit je připraven pro
zadání nové geometrie
o Definování geometrie
Vytvoříme plošný (2D) model geometrie, základní parametry jsou zobrazeny na obr. 3.6.
Obr. 3.6 Rozměry geometrie
Strategie vytváření geometrie v modeláři Gambit vychází z chronologického definování:
1) bodů
2) přímek a křivek
3) ploch
4) objemů
- 20 -
Vytvoření Geometrie jako je na obr. 3.6 můţeme docílit více způsoby, zde si demonstrujeme
jeden moţný způsob. Za střed globálního souřadnicového systému budeme povaţovat střed
válce.
o Definice bodů

Vytvoříme síť konstrukčních bodů (nikoliv bodů geometrie) v rovině xy (obr. 3.11).
Tools command buton – Coordinate systém – Display grid → Tabulka (obr. 3.8)
V tabulce vyplníme Minimum -0.4, Maximum 2, Increment 0.1 a potvrdíme Update list
Obr. 3.7 Příkazové ikony tvorby konstrukční sítě
Obr. 3.8 Tabulka pro tvorbu konstrukční sítě
V tabulce v nabídce Axis – přepneme na y
Do kolonky Minimum zadáme -0.3, Maximum 0.3, Increment 0.1, potvrdíme Update list.
- 21 -
Přepneme na Points a dáme Apply

Pro zobrazení všech bodů dáme v panelu zobrazení geometrie Fit to window (obr. 3.9)
Obr. 3.9 Příkazová ikona Fit to window

Pro správný pohled na rovinu xy zvolíme v panelu zobrazení (obr. 3.10):
Orient model – najedeme kurzorem myši na ikonu, klikneme pravým tlačítkem zobrazí se
sloupec s moţnými volbami, zvolíme xy +Z
Obr. 3.10 Volba orientace náhledu v grafickém okně

Definujeme body geometrie, které zároveň tvoří konstrukční síť.
- 22 -
To provedeme označením bodu kurzorem myši, podrţením klávesy Ctrl a kliknutím pravého
tlačítka myši. Označíme pět bodů podle obr. 3.11.
Obr. 3.11 Změna bodu konstrukční sítě na body geometrie

Definujeme body, které netvoří body konstrukční sítě. Jsou to dva body leţící na kruţnici.
(Tyto dva body budeme potřebovat pro konstrukci kruţnice.) V hlavní nabídce zvolíme
(obr. 3.12) Geometry – Vertex Command Buton – Create Vertex → tabulka (obr. 3.13)
Obr. 3.12 Příkazové ikony definice bodů geometrie
Obr. 3.13 Tabulka tvorby bodů geometrie
Vyplníme tabulku podle obr. 3.13. Ponecháme kartézský systém a za globální souřadnice
dosadíme hodnotu [0.05, 0, 0] potvrdíme Apply. (Do řádku Label můţeme zadat jméno bodu,
- 23 -
který právě vytváříme. V případě, nezadání jména se bod pojmenuje implicitně
jako“vertex.xx“, kde xx je číslo vytvořeného bodu)
Do téţe tabulky opět za globální souřadnice doplníme hodnotu [0, 0.05, 0] a potvrdíme Apply.
Stejně jako poslední dva body jsme mohly zadat i předchozích pět bodů, které jsme zadaly
pomocí konstrukční sítě. Nebo naopak, jsme mohli zjemnit konstrukční síť, a body zadat
jenom pomocí konstrukční sítě. Pro demonstraci jsou však uvedeny obě varianty
Definice úseček a křivek

(Obr. 3.14) Vybereme Geometry Command Button – Edge Command Button – Create
Edge
(Při zachování původního nastavení stačí samozřejmě jen Edge command button – Create
edge) → Tabulka (obr. 3.15)
Obr. 3.14 Příkazové ikony definice úseček geometrie

V aktuální tabulce Create Straight Edge – klikneme v kolonce Vertices na šipku, objeví se
tabulka se seznamem jiţ vytvořených bodů geometrie Vertex List (obr. 3.16).
Tato tabulka slouţí pouze pro přehled, není nutné ji mít vţdy zobrazenou, je však vhodná pro
přehled a úpravy.
Obr. 3.15 Tabulka tvorby úseček geometrie
- 24 -
Obr. 3.16 Seznam jiţ vytvořených bodů geometrie

Nyní vybereme body, které se mají spojit úsečkou.
Nejlépe se vybírají body pomocí kurzoru myši z grafického okna. Najedeme kurzorem myši
do grafického okna a klikneme pravým poté levým tlačítkem. Kurzor myši se změní z šipky
na “očko“. (Stejným dvojklikem se lze přepnout z očka na šipku.)
Poté označíme dva body, které se mají spojit úsečkou. Body se v grafickém okně zobrazí
červeně (obr. 3.17). Zároveň se jména označených bodů přesunou v Tabulce Vertex List ze
sloupce Available do kolonky Picked (obr. 3.16).
Nejprve označíme horní dva body, jejich jména se zároveň přesunou i v tabulce Vertex List
(obr. 3.18). (Jména bodů v tabulce se dají pomocí příkazových ikon mezi sloupci přesouvat
z jednoho sloupce do druhého, tím se samozřejmě také označují a naopak odznačují i body
v grafickém okně.)
V tabulce Create Straight Edge ponecháme označené Real. Do kolonky Label lze zapsat
jméno vytvořené úsečky. Není li jméno zapsáno, úsečka dostane implicitní jméno “edge.xx“
kde xx značí číslo úsečky. Potvrdíme Apply.
V grafickém okně se zobrazí úsečka (obr. 3.19)
- 25 -
Obr. 3.17 Výběr bodů pro tvorbu úseček
Obr. 3.18 Seznam vybraných bodů pro spojení úsečkou
Obr. 3.19 Vytvořená úsečka

Podle předchozího návodu sestrojíme ostatní tři úsečky jako na obr. 3.20
Obr. 3.20 Všechny potřebné úsečky geometrie
- 26 -

Sestrojíme kruţnici.
Vybereme Geometry Command Button – Edge Command Button – Create Real Full Circle
(Při zachování původního nastavení stačí samozřejmě jen Create Real Full Circle – Create
Edge) → Tabulka (obr. 3.21)
Příkaz Create Real Full Circle najdeme tak, ţe najedeme kurzorem myši na příkaz Create
Edge, klineme pravým tlačítkem myši a levým tlačítkem vybereme daný příkaz ze
zobrazených moţností (obr. 3.22)
Po zobrazení tabulky (obr. 3.21), necháme vybranou metodu podle obrázku. Najedeme
kurzorem myši do kolonky Center a označíme bod podle obr. 3.23. (Opět jako u tvoření
úseček lze rozvinout seznam bodů kliknutím na ikonu šipky vedle pole.)
Klikneme do kolonky End-Points a označíme zbylé dva body (obr. 3.24)
Potvrdíme tabulku. Příkazem Apply. V grafickém poli by se měla vytvořit kruţnice (obr.
3.25).
Obr. 3.21 Tabulka tvorby kruţnice
- 27 -
Obr. 3.22 Změna příkazové ikony tvorby úsečky na ikonu tvorby kruţnice
Obr. 3.23 Označení středu kruţnice
Obr. 3.24 Označení bodů na obvodu kruţnice
- 28 -
Obr. 3.25 Vytvořená kruţnice
Definice ploch:

(Obr. 3.26) Vybereme Geometry Command Button – Face Command Button – Form Face
→ Tabulka (obr. 2.27)
Obr. 3.26 Příkazové ikony definice ploch geometrie
Obr. 3.27 Tabulky tvorby plochy geometrie

Podobně, jako tomu bylo u tvorby úseček, kde jsme vybírali body, vybereme úsečky,
které budou tvořit hranici vzniklé plochy.
V aktuální tabulce klikneme do kolonky Edges (Můţeme opět otevřít seznam úseček a křivek
ikonou šipky vedle kolonky.) Pomocí kurzoru v grafickém okně, nebo seznamu úseček a
křivek vybereme úsečky tvořící obdélník podle obr. 3.28. (V kolonce Label lze plochu
pojmenovat.)
- 29 -
Potvrdíme Apply, čímţ by se měla vytvořit plocha obdélníka. Barva úseček obdélníka se
změní. (V tomto případě z bílé na ţlutou, ale barva závisí na implicitním, nebo vlastním
nastavení.)
Obr. 3.28 Tvorba plochy obdélníka

Podobně jako v předchozím bodě vytvoříme plochu kruhu. V kolonce Edges vybíráme
pouze kruţnici (obr. 3.29)
Obr. 3.29 Tvorba plochy kruhu

Nyní odečteme plochu kruhu od plochy obdélníka
Vybereme Geometry Command Button – Face Command Button – Boolean Operations
(Substract Real Faces) (obr. 3.30)
Příkaz Substract Real Faces získáme změnou příkazu Unite (obr. 3.31) → Tabulka (obr. 3.32)
Obr. 3.30 Příkazové ikony odečítání ploch
- 30 -
Obr. 3.31 Změna ikony příkazu sloučení ploch na příkaz odečtení ploch
Obr. 3.32 Tabulka odečítání ploch

V poli Face označíme plochu obdélníka a v poli Subtract Faces označíme plochu kruhu.
Potvrdíme Apply, čímţ se vytvoří pouze jediná plocha – plocha obdélníka, od níţ je
odečtena plocha kruhu.
o Tvorba diskretizační sítě
Při tvorbě sítě zohledníme zjemnění v oblasti blízko válce. Vytvoříme síť trojúhelníkových
elementů.

Nastavení funkce zjemnění před tvorbou sítě (obr. 3.33).
Tools Command Button – Sizing Function Command Buton – Create Sizing Function →
Tabulka (obr. 3.34)
V aktuální tabulce provedeme úpravy podle obr. 3.34. Za zdroj zjemnění (Source)
vybereme kruţnici, oblast pro zjemnění (Attachment) vybereme celou plochu kolem válce.
Potvrdíme Apply, čímţ se vytvoří funkce, která zohlední zjemnění elementů v blízkosti válce
při tvorbě sítě.
- 31 -
Obr. 3.33 Příkazové ikony tvorby funkce lokálního zjemnění sítě
Obr. 3.34 Tabulka tvorby funkce lokálního zjemnění

Tvorba sítě (obr. 3.35)
Mesh Command Button – Face Command Button – Mesh Faces → Tabulka (obr. 3.36)
V aktuální tabulce provedeme úpravy podle obr. 3.36. V poli Faces vybereme výpočtovou
oblast (jedinou plochu z výběru). Potvrdíme Apply, čímţ se spustí proces tvorby sítě. V tomto
případě je síť (obr. 3.37) vygenerována za krátkou dobu.
Obr. 3.35 Příkazové ikony tvorby sítě
- 32 -
Obr. 3.36 Tabulka tvorby diskretizační sítě
Obr. 3.37 detail vygenerované diskretizační sítě v blízkosti válce
o Definice oblasti a okrajových podmínek

Definice oblasti (obr. 3.38)
Zone Command Button – Specify Kontinuum Types → Tabulka (obr. 3.39)
- 33 -
V tabulce (obr. 3.39) ponecháme Fluid, změníme Entity z Volumes na Faces, a vybereme
plochu oblasti kolem válce. Do řádku Name napíšeme např. “Tekutina“. Potvrdíme Apply.
Obr. 3.38 Příkazové ikony pro definici oblasti
Obr. 3.39 Tabulka pro definování oblasti

Definice okrajových podmínek (obr. 3.40)
Nejprve v roletovém menu zvolíme z nabídky Solver a Nastavíme Fluent 5/6
Zone Command Button – Specify Boundary Types → Tabulka (obr. 3.42)
- 34 -
Okrajové podmínky budeme nastavovat podle obr. 3.41 a tabulky tab. 3.1. V řádku Entity
nesmíme zapomenout přiřadit správný okraj výpočtové oblasti a vţdy potvrdit kaţdou
okrajovou podmínku zvlášť Apply. Výsledná tabulka by měla být podobná jako na obr. 3.42.
Tab. 3.1 Okrajové podmínky
název
podmínka
stena1
WALL
stena2
WALL
stena3
WALL
vtok
vytok
VELOCITY
INLET
OUTFLOW
Obr. 3.40 Příkazové ikony pro přiřazení okrajových podmínek
Obr. 3.40 Schéma okrajových podmínek
- 35 -
Obr. 3.42 Tabulka definování okrajových podmínek
o Uložení souboru pro otevření v Gambitu
Neţ soubor uloţíme, vytvoříme příslušný adresář (V laboratoři CFD na KEZ TUL je pro
ukládání souborů vytvořena sloţka “CFD_*“, kde je vhodné si zaloţit vlastní sloţku se
jménem vlastního příjmení.) V horním roletovém menu zadáme File –Save (nebo Save as) →
Tabulka (obr. 3.43)
Zvolíme Browse → Tabulka (obr. 3.44)
Aktuální tabulku vyplníme podle obr. 3.44. (Soubor pro otevření v Gambitu musí mít
koncovku “.dbs“), Potvrdíme Accept.
- 36 -
V tabulce Select File jsme tímto do kolonky Filter zapsali cestu k souboru. (Při stisknutí Enter
se v střední části tabulky zobrazí adresáře a soubory které cesta udává. Pomocí myši lze ve
střední části tabulky vybrat adresář, po zmáčknutí Enter lze do adresáře přejít.)
Do kolonky Selection zapíšeme cestu a název souboru.
Tabulku Save Session potvrdíme opět Accept. Tím by měl být soubor uloţen.
Obr. 3.43 Tabulky pro cestu s názvem ukládaného souboru
Obr. 3.44 Tabulka pro zápis cesty a názvu souboru
- 37 -
o Vygenerování sítě pro Fluent
V horním roletovém menu zadáme File – Export - Mesh → Tabulka (obr. 3.45)
Zvolíme Browse → Tabulka (obr. 3.46)
Aktuální tabulku vyplníme podle obr. 3.46. (Soubor s vygenerovanou sítí musí mít koncovku
“.msh“), potvrdíme Accept. V tabulce Export Mesh File označíme Export 2D a potvrdíme
opět Accept. Tím by měl být soubor se sítí pro Fluent uloţen.
Obr. 3.45 tabulka pro vygenerování souboru s diskretizační sítí
Obr. 3.46 Tabulka pro zápis cesty a názvu souboru
- 38 -
o Ukončení programu Gambit
V horním roletovém menu zvolíte File – Exit
V zobrazené tabulce potvrdíte Yes
o Otevření již existujícího souboru
V horním roletovém menu zadáme File – Open → Tabulka (obr. 3.47)
Zvolíme Browse → Tabulka stejná jako v případě ukládání (obr. 3.46)
Manipulace s aktuální tabulkou je stejná jako v případě ukládání souboru.
Potvrdíme Accept v tabulce Select File i Open Existing Session. Potvrdíme Yes pro uloţení
současné relace.
Obr. 3.47 Tabulka pro načtení jiţ existujícího souboru
Práce v Programu Fluent
o Spuštění programu Fluent
Na základní ploše PC (nebo v nabídce Start - Programy) spusťte program Fluent (Zde
budeme pracovat s verzí Fluent 6.3.26.)
Zobrazí se tabulka (obr. 3.48). Protoţe bude provádět 2D simulaci, z nabídky vybereme 2d,
v nabídce Mode ponecháme Full Simulation a tabulku potvrdíme Run.
Zobrazí se základní okno (obr. 3.49) programu Fluent, s kterým budeme dále pracovat.
- 39 -
Obr. 3.48 Základní spouštěcí okno Fluentu
Obr. 3.49 Základní okno Fluentu
o Prostředí programu Fluent
Základní okno programu Fluent tvoří pouze horní roletové menu a textové okno. Do
textového okna se automaticky zapisují příkazy, jejich akceptace, případně zamítnutí
prováděné z roletového menu. Dále se zapisuje stav výpočetního procesu v případě
spuštěného výpočtu.
Veškeré příkazy se tedy zadávají pomocí horního roletového menu, nebo je lze
zapisovat přímo jako příkazy do textového okna. Pro začátečníky, ale i pro některé velmi
pokročilé je jistě pohodlnější zadávání příkazů a nastavení pomocí horního roletového menu a
tabulek pro nastavení, neţ přímé příkazy v textovém poli. Někdy se ale přímým příkazům
v textovém řádku nelze vyhnout. Je to zejména v případech provádění výpočtů na větších
- 40 -
(zpravidla Linuxových) výpočetních serverech, u kterých se řízení a kontrola výpočetního
procesu provádí přes terminálové příkazové okno. V tomto textu však bude uvaţováno pouze
se zadáváním příkazů a nastavení pomocí roletového menu a grafických tabulek.
o Načtení diskretizační sítě
Načteme soubor se sítí, který jsme vygenerovali v programu Gambit (obr. 3.50).
Zvolíme File – Read – Case → Tabulka (obr. 3.51)
Pomocí tabulky vyhledáme a označíme soubor diskretizační sítě, potvrdíme OK.
Tím se síť načte, v textovém okně se vytiskne protokol o načtení sítě.
Obr. 3.50 Načtení sítě
- 41 -
Obr. 3.51 Tabulka pro načtení souboru
o Nastavení simulačního modelu
Při nastavování parametrů simulace zohledňujeme, ţe námi simulovaný děj je nestacionární,
izotermický a mírně turbulentní

Nastavíme matematický model simulace (obr. 3.52)
Zvolíme Define – Models – Solver → Tabulka (obr. 3.53)
Parametry nastavíme podle obr. 3.53
Potvrdíme OK.
Všimněte si, ţe jsme zvolili nastavení nestacionárního děje (Unsteady) a diskretizace druhého
řádu v prostoru a čase (2nd-Order Implicit).
- 42 -
Obr. 3.52 Nastavení matematického modelu
Obr. 3.53 Tabulka nastavení matematického modelu
- 43 -

Nastavení modelu turbulentní viskozity
Zvolíme Define – Models –Viscous→ Tabulka (obr. 3.54)
Parametry tabulky nastavíme podle obrázku obr. 3.54
Potvrdíme OK
Při následném nastavení reţimu proudění v oblasti lze usuzovat, ţe vzniklá turbulence bude
mít na proudění vliv, proto při simulaci budeme uvaţovat s modelem turbulentní viskozity.
Zvolíme model Spalart-Almaras.
Obr. 3.54 Tabulka volby modelu turbulence
o Nastavení vlastnosti tekutiny
Zvolíme Define – Materials → Tabulka (obr. 3.55)
V tabulce Materials klikneme na Fluent Database → Tabulka (obr. 3.56)
V tabulce Fluent Database Materials označíme water-liquid – potvrdíme copy a tabulku
zavřeme. (V této tabulce lze i upravovat charakteristiku materiálu.)
V tabulce Materials změníme v Kolonce Fluent Fluid Materials změníme Air na water-liquid
- 44 -
Potvrdíme Change/create a tabulku zavřeme.
Obr. 3.55 Nastavení materiálových vlastností
Obr. 3.56 Tabulka výběru materiálu z databáze
- 45 -
o Nastavení okrajových podmínek
Zvolíme Define – Boundary Conditions → Tabulka (obr. 3.57)
Ve sloupci Zone jsou vypsány výpočtové oblasti a jejich okraje.
Ve sloupci Type jsou vypsány moţnosti nastavení označených okrajů a oblastí. (Okrajové
podmínky a typ materiálu)
Obr. 3.57 Tabulka nastavení okrajových podmínek a výpočtových oblastí

Nastavení materiálových charakteristik
Klikneme na poloţku tekutina a nastavíme fluid, při kliknutí na výběr fluid se otevře tabulka
(obr. 3.58)
V tabulce změníme v moţnosti Material Name z air na water-liquid a potvrdíme OK
Pro poloţku default-interior ponecháme interior.
- 46 -
Obr. 3.58 Tabulka nastavení materiálu výpočtové oblasti

Nastavení podmínek stěna
V tabulce Boundary Conditions (obr. 3.57) klikneme na poloţku stena1 a na výběr wall →
Tabulka (obr. 3.59)
Tabulku nastavíme dle obr. 3.59 a potvrdíme OK. (Okraje stena1 a stena2 volíme jako
pohyblivou stěnu s rychlostí stejnou jakou nastavíme u poloţky vtok.)
U poloţky stena1 provedeme stejné nastavení jako u poloţky stena2
U poloţky stena3 ponecháme v tabulce Wall nastavení Stationary Wall

Nastavení podmínky vtok a výtok
V tabulce Boundary Conditions (obr. 3.57) klikneme na poloţku vtok a na výběr velocity-inlet
→ Tabulka (obr. 3.60)
Tabulku nastavíme dle obr. 3.60 a potvrdíme OK. V poloţce Modified Turbulent Viskosity
nastavíme nenulovou hodnotu. V našem případě hodnotu 1e-6.
U poloţky vytok ponecháme výběr outflow a tabulku Boundary Conditions zavřeme Close.
- 47 -
Obr. 3.59 Tabulka nastavení okrajové podmínky wall
Obr. 3.60 Tabulka nastavení okrajové podmínky inlet
- 48 -
o Nastavení počátečních podmínek
(Obr. 3.61) Zvolíme Solve – Initialize → Tabulka (obr. 3.62)
Tabulku vyplníme podle obr. 3.62
Potvrdíme Init – Apply - Close
Obr. 3.61 Nastavení počátečních podmínek
Obr. 3.62 Tabulka nastavení počátečních podmínek
- 49 -
o Nastavení reziduí
(Obr. 3.63) Zvolíme Plot – Residual → Tabulka (obr. 3.64)
Tabulku Residual Monitors vyplníme podle obr. 3.64
(Takto malou hodnotu reziduí volíme proto, aby v průběhu výpočtů byl prováděn nastavený
počet iterací na jeden časový krok)
Obr. 3.63 Nastavení reziduí
Obr. 3.64 Tabulka nastavení reziduí
- 50 -
o Uložení relace
(Obr. 3.65) Zvolíme File – Write – Case & Data → Tabulka (obr. 3.66)
V tabulce Select File napíšeme jméno souboru pod kterým bude uloţen a vyhledáme cestu,
kam se mají soubory *.cas a *.dat uloţit. Do námi nastaveného adresáře se uloţí dva soubory,
*.cas který je souborem s daty o síti a nastavením relace, a soubor *.dat, který je souborem
s daty aktuálních hodnot výpočtového pole.
Obr. 3.65 Uloţení relace
Obr. 3.66 Tabulka uloţení relace
- 51 -
o Nastavení ukládání dat v průběhu výpočtu
Protoţe je moţné, ţe v průběhu výpočtu dojde k přerušení, je vhodné nechat aktuální data
v průběhu výpočtu automaticky ukládat.
Zvolíme File – Write - Autosave → Tabulka (obr. 3.67)
Tabulku vyplníme podle obr. 3.67. (Vyplňujeme cestu, a po jakém časovém kroku se mají
soubory ukládat)
Potvrdíme OK
Do nastaveného adresáře se v průběhu výpočtů budou ukládat soubory s daty aktuálního
časového kroku s názvem valec_model1-xxx.cas a *.dat, kde “xxx“ značí časový krok.
Soubory lze znovu otevřít a znovu spustit výpočet.
Obr. 3.67 Tabulka automatického ukládání
o Spuštění výpočtu
Zvolíme Solve – Iterate → Tabulka (obr. 3.68)
Tabulku vyplníme podle obr. 3.68 a potvrdíme Iterate.
Tím se otevře okno s moţností zastavení výpočtu (obr. 3.69).
Výpočet bude nějaký čas trvat (cca den).
- 52 -
Obr. 3.68 Tabulka spouštění výpočtů
Obr. 3.69 Moţnost zastavení výpočtů
V textovém okně Fluentu je moţné sledovat stav probíhajícího výpočtu – časový krok, iterace
a rezidua.
o První kontrola výpočtů a časová statistika
Po dopočítání prvních 20000 časových kroků zkontrolujeme, zda se za válcem začaly tvořit
víry.
Zadáme Display – Contours → Tabulka (obr. 3.70)
Tabulku vyplníme podle obr. 3.70 a potvrdíme Display
- 53 -
Poté by se mělo zobrazit okno se zobrazením Rychlostního pole v barevném měřítku (obr.
3.71)
Jestliţe zobrazení pole ukazuje na tvorbu vírů za válcem, můţeme od tohoto časového kroku
znovu spustit výpočet. Tentokrát v tabulce Iterate navíc potvrdíme Data Sampling for Time
Statistic, nastavíme vzorkovací frekvenci na hodnotu 10 a potvrdíme opět Iterate (obr. 3.72).
Předtím nezapomeneme provést nastavení automatického ukládání souborů. Nyní se při
výpočtech bude provádět i časové statistické vyhodnocování.
Obr. 3.70 Nastavení zobrazení rychlostního pole
Obr. 3.71 Zobrazení rychlostního pole x-sloţky rychlosti
- 54 -
Obr. 3.71 Opětovné spuštění výpočtů se statistickým vyhodnocováním
o Vyhodnocování výsledků
Po
dopočítání
úlohy s časovým
statistickým
vyhodnocováním
můţeme
přistoupit
k vyhodnocování. Zde si demonstrujeme, jak získat obrázek rychlostního pole, graf hodnot
leţících na linii, a vygenerování datového souboru s hodnotami bodů leţících na linii.
o Obraz rychlostního pole v barevném měřítku
Zvolíme Display – Vectors → Tabulka (obr. 3.73)
Tabulku nastavíme podle obr. 3.72 a potvrdíme Display → okno se zobrazením vektorového
pole (obr. 3.74).
V tabulce Vectors lze měnit velikost (Scale) zobrazených vektorů, hustota vektorů (Skip),
změnit barevné měřítko (volbou Autoscale), přikreslit síť (volbou Draw Grid), měnit barevné
měřítko podle různých veličin (volba Vectors of, Color by)…
V Grafickém okně lze se zobrazením hýbat podrţením levého tlačítka a posuvem myši. Dále
lze měnit měřítko zobrazení, podrţením středního tlačítka a pohybem myši vyznačíme oblast
pro přiblíţení.
- 55 -
Obr. 3.73 Nastavení zobrazení vektorového pole
Obr. 3.74 Výřez ze zobrazeného vektorového pole
Pro uloţení souboru s obrázkem aktuálního grafického okna je vhodné pouţít následujícího
způsobu:
Volbou File – Hardcopy → zobrazí se Tabulka (obr. 3.75).
Tabulku vyplníme podle obr. 3.75 a potvrdíme Save → Okno kde nastavíme cestu a název pro
uloţení souboru.
V tabulce Graphics Hardcopy lze volit různé formáty obrázků, způsobů ukládání a vlastní
rozlišení obrázku.
- 56 -
Obr. 3.75 Tabulka pro uloţení souboru s obrázkem
Podobně, jako jsme zobrazili vektorové pole, lze zobrazit i hodnoty skalárních veličin
v barevném měřítku.
Zadáme Display – Contours → Tabulka (obr. 3.70)
S tabulkou se pracuje podobným způsobem jako s tabulkou Vectors (obr. 3.73)
o Graf rychlosti na linii za válcem

Nejprve vytvoříme linii za válcem (obr. 3.76)
Zadáme Surface – Line/Rake Surface → Tabulka (obr. 3.77)
Tabulku Line /Rake vyplníme podle obr. 3.77 a potvrdíme
Obr. 3.76 Linie za válcem
- 57 -
Obr. 3.77 Tabulka pro vytvoření nové linie

Poté zobrazíme graf průběhu středované x-sloţky rychlosti na linii line_1
Zadáme Plot – XY Plot → Tabulka (obr. 3.78)
Tabulku vyplníme podle obr. 3.78
Potvrdíme Plot a vygeneruje se okno s grafem (obr. 3.79)
(Tento graf jde uloţit stejně jako obrázek vektorového pole)
Obr. 3.78 Tabulka pro nastavení grafu
- 58 -
Obr. 3.79 Graf průběhu středované x-sloţky rychlosti na linii
o Datový soubor v ASCII formátu s hodnotami rychlosti na linii za
válcem
Pro získání hodnot průběhu středované x-sloţky rychlosti na linii line_1
Zadáme Plot – XY Plot → Tabulka (obr. 3.80). Tabulku vyplníme podle obr. 3.80.
Potvrdíme Write → zobrazí se okno pro zadání cesty a názvu souboru, cestu s názvem
souboru doplníme a potvrdíme OK
Obr. 3.80 Tabulka pro nastavení exportu souboru s hodnotami
- 59 -
o Integrální ukazatel – síla působící na stěnu, průtok
Potřebujeme-li zjistit například jak velká sílá působí na danou plochu, musíme si uvědomit
její samotnou fyzikální definici. Síla působící na plochu je rovna integrálu tlaku přes
definovanou plochu. V následujících řádcích bude ukázáno, jak zjistit integrální ukazatel na
příkladě síly působící na válec.
Zadáme – Report – Surface Integrals → Tabulka (obr. 3.81)
Obr. 3.81 Tabulka pro zjištění integrálních ukazatelů
– nastavení síly působící na stěnu
Zadání v tabulce vyplníme podle obrázku 3.81. Protoţe nás zajímá průměrná síla v čase,
zadali jsme Unsteady Statistic a Mean Statistic Pressure a ve výběru Surfaces jsme označili
stena3 – která značí samotný válec.
Zadáme Compute a v textovém poli se zobrazí výsledek (obrázek 3.82). Pozor, výsledek je
uveden v jednotkách Pa.m2, coţ je rovno správně jednotce N, ale dodavatel softwaru počítal
s jednotkovou délkou stěny, která byla potlačena 2D simulací, takţe pro naše potřeby by
jednotky měla být spíše Pa.m1, neboli N/m.
Obr. 3.82 Integrál tlaku přes stěnu zobrazený v textovém poli
- 60 -
Chceme-li například zjistit průtok výstupem – zvolíme natavení tabulky dle obrázku 3.83a.
Výsledek, který se zobrazí po kliknutí na Compute je zobrazen na obrázku 3.83b. Opět by ale
i zde měla být uvedena spíše jednotka kg.m-1.s-1.
Obr. 3.83a Tabulka pro zjištění integrálních ukazatelů
– nastavení hmotnostního průtoku
Obr. 3.83b Hmotnostní průtok výstupem
o Proudnice
Chceme-li zobrazit proudnice:
Zadáme – Display – Pathlines → Tabulka (obr. 3.84)
Tabulku pro zobrazení proudnic vyplníme podle obrázku 3.84. Ve výběru Release from
Surface – vybereme stěnu válce – stena3 a vstup – to jsou místa, odkud budou proudnice
vycházet. Step Size znamená velikost úseku po jakém bude proudnice rozdělena a počítána.
Steps znamená počet úseků a další důleţitý parametr nastavení je Path Skip – čím bude větší –
tím budou proudnice řidší. Barvu proudnic lze nastavit pomocí výběru Color by. V našem
případě jsme volili barvu podle barevného měřítka x-sloţky rychlosti.
- 61 -
Po zadání Display a provedení detailu obrázku, a vyexportování v JPG formátu by se měl
v uloţené obrázku objevit výsledek jako je přibliţně na obrázku 3.85.
Obr. 3.84 Tabulka nastavení pro vykreslení proudnic
Obr. 3.85 Obrázek proudnic v oblasti úplavu za válcem
o Shrnutí úlohy “Obtékání válce“
V rámci úlohy “obtékání válce“ byl předveden základní princip řešení úlohy pomocí sady
programu Fluent a Gambit. Řešení bylo provedeno jako 2D nestacionární izotermická úloha
s prouděním nestlačitelné tekutiny s konstantními materiálovými parametry. V úloze byl uţit i
model turbulence Spalart – Allmaras. Byla předvedena jedna moţná varianta tvorby
diskretizační sítě, nastavení okrajových podmínek a předveden postup nastavení pro výpočet.
Výpočet byl proveden pomocí dvou základních kroků. V prvním kroku se nechalo vypočtené
proudové pole takzvaně vyvinout. Coţ znamená, ţe hodnoty rychlostního pole by jiţ neměly
být ovlivněny počáteční inicializací. Poté v druhém kroku, kdy jiţ byl vyvinutím proudu
- 62 -
eliminován vliv inicializace, se přikročilo k statistickému vyhodnocování nestacionárního
proudění. Pro konečné výsledky bylo předvedeno několik způsobů moţného vyhodnocování a
prezentování výsledných hodnot. Způsoby vyhodnocování pomocí programu Fluent nebyly
v rámci tohoto textu ani zdaleka vyčerpány. Lze tedy doporučit, aby si uţivatel vyzkoušel
další moţné způsoby vyhodnocování sám.
- 63 -
4. Zkušební úloha ve 2D – bublinka vzduchu ve
vodě
V této kapitole bude ukázána simulace postupu bublinky ve vodě ode dna k horní hladině.
Úloha bude řešena jako 2D. Na řešení bude ukázán postup tvorby videa.
Gambit – tvorba modelu
o Tvorba geometrie
V panelu Operation vybereme Geometry Command Button:
V panelu Geometry vybereme tvorbu ploch:
Vytvoříme obdélníkovou plochu.
Zadáme výšku a šířku plochy a klikneme na apply.
- 64 -
Nyní zkopírujeme vrchní hranu plochy o Y=5.
Přepneme do tvorby hran:
a vybereme Move/Copy Edges (kopírování hran)
Vybereme hranu, zadáme posunutí a potvrdíme.
- 65 -
Pomocí existujících bodů vytvoříme 2 hrany (body označeny výše)
Vybereme vţdy dvojici bodů a potvrdíme.
Dále z hran vytvoříme plochu.
- 66 -
Označíme 4 hrany (3 ţluté a 1 modrou úsečku).
Vytvoříme poslední plochu. Pravým tlačítkem otevřeme nabídku typů ploch a klikneme na
kruh. Zadáme poloměr r = 1.
Kruh přesuneme o Y = -5.
- 67 -
Nyní plochy rozdělíme.
Spodní obdélníkovou plochu rozdělíme pomocí kruhové plochy. (face1 = spodní obdélníková
plocha, face3 = kruh)
o Tvorba sítě:
Na existujících plochách vytvoříme síť.
- 68 -
Vybereme všechny plochy. Zadáme interval 0.2, zvolíme trojúhelníkovou síť a potvrdíme.
o Definice okrajových podmínek
Spodní plochu bude vyplňovat voda, horní vzduch. Aby měl vzduch kam unikat, horní hrana
plochy bude definována jako podmínka pressure outlet. Typ podmínky vybereme podrţením
- 69 -
pravého tlačítka myši na ikoně Type. Po potvrzení se nám podmínka přidá do tabulky v horní
části.
Jako poslední definujeme jednotlivé oblasti.
Všechny plochy budou obsahovat tekutiny – Type = Fluid. Horní plocha ponese název
vzduch, spodní obdélníková plocha voda a kruhová plocha bublinka. Plochu vţdy označíme,
zapíšeme název a potvrdíme.
- 70 -
o Export sítě
Zbývá vyexportovat síť z programu. File – Export – Mesh, stiskneme Browse a po volbě
cesty zapíšeme název souboru. Poté je potřeba zaškrtnout tvorbu 2D sítě.
- 71 -
Fluent
Spustíme program
a načteme soubor se sítí: 3d.msh (Read – Case)
o Nastavení nestacionárního proudění
V záloţce Define vybereme Models
- 72 -
a nastavíme řešič (Solver)
Jedná se o nestacionární úlohu, proto zaškrtneme Time – Unsteady. Ostatní nastavení
ponecháme defaultně.
- 73 -
Nyní zahrneme do modelu vliv gravitace. Define – Operating Conditions...
Zaškrtneme Gravity a definujeme velikost v ose Y dle obr. Zároveň zapneme operační hustotu
– vzduch (Specified Operating Density).
o Definování vícefázového proudění
Ve Fluentu máme k dispozici celkem 3 typy modelů pro vícefázové proudění.
 VOF model – Volume of Fluid – pouţívá se především pro interakci dvou a více
navzájem nemísitelných kapalin, se zaměřením na sledování fázového rozhraní.
Soustava momentových rovnic je zde sdílena všemi fázemi a v celém kontrolním
objemu je v kaţdé buňce sledován hmotnostní zlomek obou fází.
- 74 -
 Mixture model – určen pro dvě a více fází (kapalných i proudění částic). Pouţívá se
např. pro proudění částic v kapalině, sledování sedimentace, „bublinkové proudy“
apod. Model řeší momentovou rovnici pro směs a stanovuje relativní rychlosti pro
popis rozptýlených fází. Mixture model lze pouţít pro modelování vícefázového
proudění, při kterém se jednotlivé fáze pohybují různými rychlostmi, ale v širším
měřítku zachovávají rovnováhu. V některých případech můţe mixture model nahradit
komplexní Eulerovský model. Komplexní vícefázový model nemusí být vhodný,
pokud se proudění vyznačuje velkou distribucí fáze částic, nebo v případě, kdy vztahy
mezi fázemi nejsou známy či jsou diskutabilní. Jednodušší mixture model potom můţe
poslouţit stejně dobře jako Eulerovský, zatímco řeší menší mnoţství proměnných.
 Eulerian model – nejkomplexnější model ve Fluentu. Pouţívá se například pro určení
proudění v nálitcích, částicových odlučovačích, fluidních vrstvách apod. Model řeší
soustavu n momentových rovnic a rovnic kontinuity pro kaţdou fázi. Umoţňuje
modelování oddělených a zároveň navzájem interagujících fází.
Define – Models – Multiphase...
Vybereme model Volume of Fluid, zaškrtneme Explicit VOF Scheme, Open Channel Flow
a Implicit Body Forces.
o Definování modelu turbulence
(Define – Model – Viscous...). Vybereme model k-epsilon standard a potvrdíme.
- 75 -
o Definice fází
Jelikoţ se jedná o vícefázové proudění, musíme načíst do modelu potřebná média (vzduch je
jiţ přítomen).
Define – Materials... a v tabulce klikneme na Fluent Database...
V nabídce vybereme water-liquid a zkopírujeme.
- 76 -
Zbývá uţ kliknout pouze na Change/Create pro dokončení načtení tekutiny.
Nyní je nutné přiřadit tekutiny k jednotlivým fázím.
Define – Phases...
po kliknutí na Set... se nám zobrazí následující tabulka, kde definujeme materiál konkrétní
fáze. Pro lepší názornost můţeme přepsat název.
Po úpravě obou fází dostáváme:
- 77 -
Zkontrolujeme nastavení okrajových podmínek.
Define – Boundary Conditions...
o Nastavení řešení
Solve – Controls – Solution..
Změníme Pressure-Velocity Coupling na PISO.
- 78 -
o Nastavení inicializace
Solve – Initialize – Initialize...
Hodnoty ponecháme (nulové rychlosti pole na počátku řešení) a stiskneme Init – Apply Close
Dále přiřadíme fáze jednotlivým objemům definovaným v Gambitu.
Solve – Initialize – Patch...
V kolonce Phase vybereme vzduchu, níţe označíme proměnou Volume Fraction, zadáme
hodnotu 1, označíme zóny „bublinka“ a „vzduch“, a klikneme na Patch.
Tím jsme definovali přítomnosti vzduchu. Stejným způsobem, pouze se změnou hodnoty na
0, definujeme přítomnost vody v objemu „voda“.
- 79 -
o Kontrola přiřazení fází:
Display – Contures...
Z roletového menu vybereme kontury fází a zobrazíme vodu. Červená představuje vodu,
modrá vzduch.
Během výpočtu budeme sledovat průběh řešení.
Solve – Monitors – Residual...
- 80 -
V options zaškrtneme Plot a necháme na obrazovce vykreslovat 200 iterací. U všech
proměnných zadáme absolutní kritérium 1e-5 (původní 1e-3 není dostačující).
Před výpočtem nastavení uloţíme.
File – Write – Case  Data
Nyní zbývá spustit výpočet.
Solve – Iterate
Počáteční velikost časového kroku nastavíme 0,001 s a provedeme 20 kroků.
- 81 -
Ukázka průběhu řešení:
o Nastavení automatického ukládání
File – Write – Autosave...
Budeme ukládat datový soubor kaţdých 50 časových kroků. Příponu nastavíme dle
výpočetního času s přesností na 2 desetinná místa. Ponecháme výchozí cestu pro ukládání,
nebo přepíšeme dle potřeby.
o Tvorba animace
Solve – Animate – Define...
V následující tabulce nastavíme ukládání kaţdý časový krok a přepíšeme název na kontury.
- 82 -
Následně klikneme na Define a nastavíme, co chceme zobrazovat. Po kliknutí v oblasti
Display Type se nám automaticky otevře příslušná nabídka. Klikneme na Coutours.
Nastaveno máme z kontroly při přiřazení fází jednotlivým objemům, takţe pouze klikneme na
Display. Vidíme stav sledovaný animací a okno zavřeme.
- 83 -
Animací můţeme vytvořit více. Vybereme vektory a budeme opět ukládat kaţdý časový krok.
(První animace byla kompletně definována, proto je automaticky zaškrtnuto Active).
Klikneme na Define a v Display Type na Vectors.
Budeme zaznamenávat vektory rychlosti, zbarvené dle velikosti rychlosti. Scale = 5 a Skip
nastavíme na 10. Pro kontrolu zobrazíme.
Identicky s druhou připravíme třetí animaci. Pouze budou vektory zbarveny dle fáze.
- 84 -
Zvýšíme velikost časového kroku na 0,02 s a provedeme 500 kroků.
Zpracování výsledků
o Přehrání animací
Solve – Animate – Playback
V zobrazeném okně můţeme vybírat animace a prohlíţet si postupně jednotlivé snímky či
zpustit kontinuální průběh. Vybereme „kontury“, v kolonce Write/Record Format vybereme
Mpeg a klikneme na Write. Do adresáře se nám vytvoří video s animací. Volbou počátečního
snímku, konečného snímku a přírůstku můţeme video upravovat.
- 85 -
o Zobrazení výsledků
Díky funkci autosave máme k dispozici soubor dat v různých časových krocích. Datové
soubory můţeme načítat samostatně k jiţ otevřenému case souboru.
File – Read – Data – „2D-0,91.dat“
Zobrazíme kontury podle fází
Upravíme stupnici
Display – Colormaps...
Type změníme na float.
- 86 -
Proceduru provedeme pro různé datové soubory a získáváme časový vývoj stoupání bublinky:
- 87 -
Kontury dynamického tlaku (porovnání s fázovým zobrazením):
- 88 -
Kontury rychlosti v porovnání s fázovým zobrazením (m/s):
o Export obrázků
File – Hardcopy...
Nastavíme formát, rozlišení snímku atd. a můţeme uloţit.
- 89 -
5. Volná konvekce v uzavřené nádobě
Základní definice úlohy volné konvekce v uzavřené nádobě
V této kapitole se bude simulovat proudění volné konvekce v uzavřené kvádrové nádobě.
Volná konvekce je doprovázena prouděním generovaným Archimédovskými silami, které
vznikají vlivem gravitačních sil a rozdílnou hustotou tekutiny, přenášející teplo. Hustota látky
je závislá na teplotě a tedy i teplotním poli. Kromě hustoty je na teplotě v případě vody
závislá i viskozita. Tato úloha bude tedy simulována jako nestacionární, neizotermní proudění
s modelem turbulence DES.
Skica prostorové domény je zobrazena na obr. 5.1. Mimo to obrázek ukazuje i okrajové
podmínky. Okrajové podmínky Stena20 a Stena80 označují nepohyblivé stěny s teplotou na
povrchu 20 °C a 80 °C, respektive 293,15 K a 353,15 K. Z fyzikálního hlediska podmínka
periodic přiděluje stejné hodnoty veličin oběma touto podmínkou svázaným plochám.
Podmínka periodic se uţívá pro zjednodušení modelu proudění. Turbulentní proudění je vţdy
třídimenzionální problém. Někdy lze však vliv třetí dimenze zanedbat oproti ostatním chybám
modelu. V našem případě lze výpočtovou doménu z obrázku 5.1. povaţovat za úzký výřez z
kvádrové nádoby.
Obr. 5.1 Skica prostorové domény
- 90 -
Tvorba geometrie a sítě úlohy v programu Gambit
o Založení nové relace a nového souboru
Spuštění a základní práce v programu Gambit je popsána výše.
Zaloţíme novou pracovní úlohu:
V horní liště Gambitu zadáme – File- New → Zobrazí se tabulka (obr. 5.2)
Do kolonky ID a Title zapište název nové geometrie, např. “kontejner“
Zkontrolujte, zda je označeno Save current session – Accept → Poté se vygeneruje okno (obr.
5.3) s otázkou, zda se má původní úloha uloţit – klikneme Yes a Gambit bude připraven pro
zadání nové geometrie.
Obr. 5.2 Zaloţení nové relace
Obr. 5.3 Uloţení původní úlohy
Pro uloţení nového zatím “čistého“ souboru s prací v programu Gambit zadáme:
File - Save as → Zobrazí se tabulka (Obr. 5.4)
- 91 -
Obr. 5.4 Uloţení nové relace
V tabulce Save Session As klikneme na políčko Browse → Zobrazí se další tabulka (obr. 5.5).
Tato tabulka slouţí pro vyhledávání a ukládání souborů. V poli Filter lze zapsat cestu do
adresáře, kam chceme soubor uloţit. Po zmáčknutí tlačítka enter se v poli Directories zobrazí
všechny soubory a adresáře, které jsou napsané v cestě Filter. V poli Directories lze myší
vybírat jednotlivé adresáře, nebo soubory. Vybrané soubory a adresáře se zároveň zapisují
v poli Selection. Do pole Selection je nutné zapsat, nebo přepsat celou cestu i s názvem
souboru, který hodláme uloţit.
Zadáme Accept a přejdeme zpět k tabulce z obr. 5.4. I zde je zobrazena cesta s názvem
souboru. Potvrdíme Accept a soubor bude uloţen. V průběhu práce s programem
nezapomínáme ukládat průběţně změny – File – Save.
Obr. 5.4 Hledání a zadání cesty a názvu souboru
- 92 -
o Tvorba geometrie
Definování geometrie lze v tomto případě provést velice jednoduše, jako definici objemu
celého úzkého kvádru o stranách 1m x 1m x 0,1m.
(Obr. 5.5) Geometry – Volume – Create Volume → Zobrazí se tabulka (obr. 5.6):
Obr. 5.5 Postup příkazů pro zadání objemu
Obr. 5.6 tabulka pro zadání objemu
Tabulku vyplníme podle zadání a zadáme Apply. V hlavním grafickém okně se zobrazí
definovaná geometrie obr. 5.8. Pro plné zobrazení lze pouţít příkaz Fit to Window (v pravém
dolním rohu.) obr. 5.7. Dále lze geometrie natočit pomocí pohybu myši se stisknutým levým
tlačítkem.
Obr. 5.8 Základní geometrie
Obr. 5.7 Ikona Fit to Window
- 93 -
o Model mezní vrstvy – zjemnění sítě v oblasti při stěnách
Proudění v blízkosti stěn je charakterizováno poměrně vysokým nárůstem rychlosti. Tyto
velké gradienty bývají obvykle jedním z hlavních příčin chyb simulace. Aby se těmto chybám
předcházelo, je nutné v oblasti při stěnách provádět lokální zjemnění v kolmém směru na
stěnu. Toto zjemnění se definuje následujícími příkazy.
Obr. 5.9 Mesh - Boundary Layer - Create Boundary Layer → tabulka Create Boundary Layer
(obr 5.10)
Obr. 5.9 Postup příkazů pro zadání zjemnění na mezní vrstvě
Obr. 5.10 Tabulka pro definici mezních vrstev
- 94 -
Obr. 5.11 Tabulka výběru ploch
Tabulku pro určení mezních vrstev vyplníme podle obrázku 5.10. Parametr First row
znamená tloušťku první buňky na stěně. Parametr Grow factor znamená růstový faktor.
Bude-li např. tento parametr 1.33, pak druhá vrstva bude 1,33krát tlustší neţ vrstva první a
třetí vrstva 1,33krát tlustší neţ druhá atd. Počet takto definovaných vrstev určuje parametr
Rows.
Dále je důleţité také zadefinovat, kterých stěn se zjemnění týká. To lze provést příkazem
Attachement ve spodní části tabulky. v našem případě ponecháme Faces. (Výběr mezi Faces a
Edges se provádí pravým tlačítkem myši.)
Klikneme levým tlačítkem do ţlutého pole
Attachement a provedeme výběr ploch buď pomocí myši přímo v grafickém okně, nebo
šipkou vedle ţlutého pole rozbalíme výběr ploch obr. 5.11. V tomto výběru lze provádět
přesun z moţných ploch Available do výběru Picket ikonami ve střední části. Výběr ploch
provedeme podle obrázku 5.12. Zadání potvrdíme kliknutím na ikonu Aplly v tabulce Create
Boundary Layer (obr 5.10).
Obr. 5.12 Mezní vrstvy, zobrazení v grafickém okně
o Příprava na podmínku periodicity
V případě, ţe chceme přiřadit pro některé okrajové podmínky podmínku periodicity, je nutné,
ještě před samotnou tvorbou sítě provést určení, kterým dvěma plochám (případně čarám ve
2D) bude tato podmínka přiřazena.
Obr. 5.13 Mesh – Face – Link → Tabulka Link Face Meshes obr. 5.14
- 95 -
Obr. 5.13 Postup příkazů pro svázání ploch - přiřazení periodicity
Obr. 5.14 tabulka pro přiřazení ploch
Obr. 5.15 Tabulka výběru ploch
k podmínce periodicity
Obr. 5.16 Skica – přiřazení ploch a uzlů pro spárování podmínek periodic
- 96 -
V tabulce Link Face Meshes zadáme dvě plochy, pro které bude provedeno přiřazení
periodicity. Kromě ploch je nutné vybrat ke kaţdé ploše i uzlový bod. V našem případě musí
být tyto uzlové body navzájem proti sobě. Uzlový bod se provádí výběrem pomocí tabulky
Vertex List (obr. 5.15) – která se zobrazí po kliknutí na šipku v kolonce Vertices.
Barevné označení v obr. 5.14 koresponduje s výběrem ploch a uzlů ve skice výběru na obr.
5.16.
Po provedení výběru a vyznačení moţností Reverse orientation a Periodic – klikneme na
Apply. Tím se provede příkaz přiřazení podmínek periodicity.
o Tvorba sítě
Obr. 5.17 Mesh – Volume – Mesh → Tabulka Mesh Volumes obr. 5.18
Obr. 5.17 Postup příkazů pro generování diskretizační sítě v objemu
Tabulku z obr. 5.18, vyplníme podle obrázku. Nejprve vybereme objem, ve kterém budeme
chtít vygenerovat síť. To provedeme kliknutím levého tlačítka myši do ţlutého rámečku
Volumes a potom výběrem objemu z grafické plochy. Nebo rozbalíme výběr objemů
kliknutím na šipku vedle rámečku. Tím se nám zobrazí tabulka viz obr. 5.19. Objem potom
vybereme přesunutím poloţky volume.1 z kolonky Available do kolonky Picked.
Výběrem Hex a Map v moţnostech Elements a Type určíme pouţité elementy, tedy
v našem případě kvádry (v případě jiné geometrie se často jedná o „deformované kvádry“).
Výběrem Interval size determinujeme velikost elementů v nezjemněné oblasti, kterou jsme
definovali výše. V našem případě nastavíme velikost elementu na hodnotu 0,02.
Samotné vygenerování sítě se provede po kliknutí na příkaz Aplly. Vygenerovaná síť je
na obrázku 5.20.
- 97 -
Obr. 5.18 – Tabulka pro určení parametrů diskretizační sítě v objemu.
Obr. 5.19 – Tabulka pro výběr objemu.
- 98 -
Obr. 5.20 – Diskretizační síť objemu
o Nastavení typu vnitřních oblastí
Obr. 5.20 Zones –Specify Continuum Types → Tabulka Specify Continuum Types obr. 5.21
Obr. 5.20 Postup příkazů pro definování vnitřní oblasti
Tabulka obr. 5.21 ve výběru Entity ponecháme Volumes a klikneme do ţlutého okna, myší
z grafické plochy vybereme objem Volume.1, nebo provedeme výběr podobně jako
v předchozím případě. Obr. 5.19. V kolonce Type ponecháme Fluid a pojmenujeme daný
objem např. “vnitrek“. Klikneme na příkaz Apply.
- 99 -
Obr. 5.21 Tabulka pro definování vnitřních oblastí výpočtové domény
o Nastavení typu a označení okrajových podmínek
Obr. 5.20 Zones – Specify Boundary Types → Tabulka Specify Boundary Types obr. 5.22
Obr. 5.22 Postup příkazů pro definování okrajových podmínek
Okrajové podmínky budeme nastavovat podle obrázku 3.1. Okrajová podmínka stena80
zaujímá jednu plochu rovnoběţnou s rovinou “y-z“ (to je důleţité z hlediska dalšího
- 100 -
nastavení). Plochu je moţno vybrat buď přímo z grafického okna (doporučeno), před výběrem
ploch musíme kliknou do ţlutého řádku ve výběru Entity. V nastavení Type vybereme Wall a
klikneme na Aplly, čímţ přiřadíme první okrajovou podmínku.
Okrajová podmínka stena20 zaujímá hned 3 plochy viz obr. 5.1. Podobně jako v předešlém
případě provedeme výběr tentokráte tří ploch najednou, podmínku nezapomeneme
pojmenovat “steny20“ a klikneme na Aplly.
Poslední podmínkou je podmínka Periodic. Zaujímá dvě plochy, které byly spojeny (viz.
výše). Provedeme výběr těchto ploch, typ podmínky změníme na Periodic, pojmenujeme
podmínku např. znovu názvem “periodic“ a klikneme na Aplly. Tím je dokončeno přiřazení
okrajových podmínek.
Obr. 5.22 Tabulka pro definování okrajových podmínek
Nezapomeneme uloţit práci – File -Save
- 101 -
o Vygenerování souboru sítě pro program Fluent
V roletovém menu zkontrolujeme, zda máme nastaveno Solver – Fluent 5/6.
Obr. 5.23 V roletovém menu zadáme File – Export – Mesh → Export Mesh File obr. 5.24
Obr. 5.23 Export diskretizační sítě
V okně (obr. 5.24) klikneme na příkaz Browse. Zobrazí se okno pro hledání adresáře pro
export soubor sítě. S oknem se zachází naprosto stejně jako v případě ukládání souboru pro
program Gambit. Jméno exportního souboru musí mít název s koncovkou msh. V našem
případě je název kontejner.msh. Po zadání Accept v obou tabulkách (obr. 5.24 a 5.25) se do
vybraného adresáře zapíše soubor kontejner.msh, který lze načíst programem Fluent.
Obr. 5.24 Okno pro uloţení diskretizační sítě
- 102 -
Obr. 5.25 Okno hledání cesty adresáře pro uloţení diskretizační sítě
Práce v programu Fluent
o Načtení sítě programem Fluent
Program Fluent spustíme buď pomocí ikony z plochy obrazovky, nebo ze Start menu
v operačním systému Windows. Po spuštění se objeví okno obr. 5.26. Vybereme moţnost 3d
a ponecháme Full Simulation ve výběru mode. Klineme na Run. Zobrazí se základní okno
Fluentu pro nastavení výpočtu úlohy (obr. 5.27)
Obr. 5.26 Okno pro spuštění programu Fluent
- 103 -
Obr. 5.27 Základní okno programu Fluent
Síť načteme pomocí příkazu z roletového menu Read – Case. Zobrazí se klasické okno pro
zadání cesty do cílového adresáře. Vyhledáme adresář, v němţ je soubor kontejner.msh
uloţen, soubor označíme a klikneme na OK. Tím se načte síť s parametry, kterou jsme
připravili v programu Gambit.
o Konstrukce hlavní roviny pro grafické zobrazení výsledků
Rovinu, definovanou v tomto odstavci budeme nadále pouţívat pro zobrazování grafických
výsledků. Geometrie úlohy je patrná z obr. 5.1. V našem případě definujeme pozorovací
rovinu, která je shodná s rovinou definovanou osami y,z.
Zadáme Surface – Plane → tabulka Plane Surface obr. 5.28.
V našem případě budeme rovinu definovat pomocí třech bodů [0, 0, 0], [0, 1, 0] a [1, 0, 0]
viz obr. 5.28. Rovinu lze definovat i jinými způsoby např. výběrem Point and Normal
definujeme pomocí jednoho bodu a normály. V nastavení New Surface Name vyplníme název
roviny – např. “stred“. Klikneme na příkaz Create, tím je rovina s názvem “stred“
definována.
- 104 -
Obr. 5.28 Tabulka pro definování pozorovací roviny
o Nastavení základních parametrů výpočtu
Zadáme Define – Models – Solver → Tabulka Solver viz obr. 5.29
Nastavení volíme podle obrázku. Nejdůleţitější moţnosti nastavení jsou Time – Unsteady, tím
volíme časově nestacionární výpočet. Dále Unsteady Formulation – 2nd Order Implicite, coţ
je volba 2. řádu přesnosti daného diskretizačního schématu. Po nastavení klikneme na OK.
- 105 -
Obr. 5.29 Tabulka pro nastavení základních parametrů výpočtu
Dále z roletového menu zvolíme Define – Models – Energy → Okno Energy obr. 5.30, podle
obrázku zaškrtneme moţnost a zvolíme OK.
Tím definujeme, ţe model bude zahrnovat energetickou rovnici. (Toto nastavení provádíme
vţdy, kdyţ uvaţujeme vliv teploty.)
Obr. 5.30 Okno pro zahrnutí energetické rovnice do základního modelu
- 106 -
o Volba modelu turbulence
Zvolíme Define – Models – Viscous… → Okno Viscous Model obr. 5.31
V našem případě bude volit model Detached Eddy Simulation (DES), který obsahuje model
Spalart-Allmaras. Ostatní moţnosti ponecháme dle defaultního nastavení. Model DES jsme
zvolili proto, ţe v případě nízké očekávané turbulentnosti simulovaného proudění je tento
model jedním z nejvhodnějších. V tomto případě by bylo moţné volit ještě Large Eddy
Simulation (LES). Často se v případě volné konvekce uvaţuje i Laminární model.
Obr. 5.31 Okno pro volbu modelu turbulence
o Výběr materiálu proudícího média.
V našem případě je proudící médium voda. Jedná se o volnou konvekci, veškeré proudění je
tedy způsobeno rozdílem hustoty v závislosti na teplotě. Tuto závislost je nutné definovat.
- 107 -
Zvolíme Define – Materials → Okno Materials obr. 5.32, v okně klikneme na moţnost Fluent
Database.. → Okno Fluent Database Materials obr. 5.33
V tabulce Fluent Database Materials (obr. 5.33) vyhledáme v databázi moţnost water-liquid
(h2o<1>), moţnost označíme, klikneme na příkaz Copy. Tím se nám parametry materiálu
přenesou do hlavního okna Materials. Okno databáze můţeme zavřít.
Obr. 5.32 Základní okno definice materiálu
Dále se budeme věnovat úpravě parametrů v okně Materials (Obr. 5.32). Do řádku v moţnosti
Name napíšeme jméno materiálu, se kterým budeme nadále operovat “water-kont“. Ve výběru
Fluent Fluid Materials zvolíme importovanou moţnost water-liquid(h2o<1>). Klikneme na
příkaz Change/Create. Tím se výběr (water-liquid(h2o<1>) přejmenuje na water-kont.
S tímto názvem budeme dále operovat.
Ve výčtu vlastností tekutiny (Properties) se zaměříme hlavně na Hustotu (Density) a viskozitu
(Viscosity) obr. 5.34. U těchto dvou vlastností změníme konstantní závislost na závislost po
částech lineární (piecewise-linear). Nejprve u viskozity – zobrazí se okno (obr. 5.35) pro
- 108 -
zadání hodnot – závislosti hustoty v našem případě na teplotě. Podobně tomu bude u
viskozity. Definovaná závislost je patrná z tab. 5.1.
Tab. 5.1 hodnoty hustoty a viskozity v závislosti na teplotě
Teplota Hustota Viskozita
[K]
[kg/m3]
[kg/m.s]
293.15
998.2
1.0e-3
313.15
992.2
0.653e-3
333.15
983.2
0.467e-3
353.15
971.790 0.355e-3
Obr. 5.33 Okno pro importování materiálů z databáze Fluentu
- 109 -
Obr. 5.34 Základní okno definice materiálu – změna závislosti hustoty a viskozity
Okno pro definici lineární závislosti (obr. 5.35) obsahuje oblasti výběru:
1) Určuje závislou veličinu
2) Určuje na jaké vlastnosti je veličina závislá
3) Určuje počet bodů po částech lineární závislosti
4) Je momentální číslo bodu po částech lineární závislosti.
5) hodnoty závislosti k momentálně nastavenému bodu v oblasti 4
Po definování všech čtyřech bodů závislosti hustoty na teplotě (tab. 5.1) klikneme na OK.
Tím je pro daný název materiálu závislost definována.
Obr. 5.35 Okno pro definování závislosti viskozity na teplotě
- 110 -
Podobně jako jsme definovali závislost viskozity na teplotě, definujeme závislost hustoty na
teplotě viz obr. 5.36 a tab. 5.1.
Obr. 5.36 Okno pro definování závislosti hustoty na teplotě
V tabulce Materials obr. 5.34 klikneme na příkaz Change/Create a tabulku můţeme zavřít.
o Nastavení operačních podmínek
Zadáme Define – Operating Conditions → Tabulka Operating Conditions obr. 5.37
Jako operační tlak ponecháme hodnotu atmosférického tlaku, nastavíme hodnotu gravitačního
zrychlení [0, -9.8, 0] a hodnotu operační teploty 293.15K.
Obr. 5.37 Tabulka pro nastavení operačních podmínek
- 111 -
o Nastavení okrajových podmínek a podmínek vnitřní oblasti
Zadáme Define – Boundary Conditions → Tabulka Operating Conditions obr. 5.38
Nejprve definujeme vlastnosti vnitřní oblasti.
Vybereme moţnost “vnitrek“ – coţ je název vnitřní oblasti definovaný jiţ v programu
Gambit. Dále klikneme na moţnost Fluid –zobrazí se tabulka Fluid (obr. 5.39). Ve výběru
Material Name vybereme moţnost water-cont (coţ je materiál, který jsme definovali dříve).
Obr. 5.38 Tabulka výčtu vnitřních oblastí a okrajových podmínek nastavení charakteristik vnitřní oblasti
Obr. 5.39 Tabulka pro definici charakteristiky vnitřní oblasti
- 112 -
Dále budeme nastavovat okrajové podmínky. V tabulce Boundary Conditions (obr. 5.40)
klikneme na výběr “stena20“ a dále na nastavení wall. Zobrazí se okno Wall (obr. 5.41).
Obr. 5.40 Tabulka výčtu vnitřních oblastí a okrajových podmínek nastavení vlastností stěn
V okně Wall nastavíme hlavně okrajové podmínky teploty – v kartě Thermal na teplotu
293.15K. Klikneme na OK.
Obr. 5.41 Okno pro nastavení okrajových podmínek stěny – karta pro nastavení tepelných
podmínek
- 113 -
Podobně, jako jsme nastavili hodnotu teploty stěny v případě okrajové podmínky “stena20“,
nastavíme i hodnotu 353.15 K pro okrajovou podmínku “stena80“.
Pro okrajovou podmínku “periodik“ ponecháme defaultní nastavení.
o Inicializace počátečních podmínek
Zadáme Solve – Initialize - Initialize → Tabulka Solution Initialization obr. 5.42
V tabulce ponecháme nulové hodnoty rychlosti. Hodnotu teplotního pole inicializujeme na
293.15 K. Modifikovanou turbulentní viskozitu nastavíme na 1e-6. Klikneme na Init a okno
můţeme zavřít.
Obr. 5.42 Okno pro inicializaci počátečních podmínek
o Nastavení limitů reziduí
Zadáme Plot – Residuals → Tabulka Residual Monitors obr. 5.43
Tabulku vyplníme podle obrázku. Změníme hlavně hodnoty Absolute Criteria u všech veličin
na hodnotu 1e-6. Iterační proces se v jednotlivých časových krocích ukončí aţ v případě
dosaţení tohoto reziduálního kritéria u všech veličin. Zlepší se tím přesnost výpočtu a
částečně předejde divergenci. V případě zaškrtnutí políčka Plot se budou rezidua v průběhu
výpočtu tisknout do grafu.
- 114 -
Obr. 5.43 Okno pro určení reziduálního kritéria
o Vlastní funkce
Zadáme Define – Custom Field Functions → Custom Field Functions Calculator obr. 5.44
Pomocí kalkulátoru (obr. 5.44) si definujeme kinetickou energii E (rce 5.1).
E
1
  u2
2
(5.1)
kde ρ je hustota a u celková velikost rychlosti.
S kalkulátorem se pracuje snadno, pro vysvětlení je obr. 5.44 rozdělen na sektory.
1) Zobrazení definice vlastní funkce
2) Pole pro zadávání čísel a operátorů (vybírá ukazatelem myši)
3) Výběr veličin – provádí se kliknutím na příkaz Select
4) Uţivatelem definované jméno funkce
Po definici vlastní funkce klikneme na Define a vlastní funkce se zařadí do výčtu ostatních
veličin. (Případná úprava se provádí kliknutím na příkaz Manage.)
- 115 -
Obr. 5.44 Kalkulátor pro definici vlastní funkce
o Nastavení animace pro výrobu videa
Zadáme Solve – Animate - Define → Solution Animation obr. 5.45
Jednotlivé poloţky znamenají:
Animation Sequences – Počet sledovaných parametrů (počet videí)
Name – Uţivatelem zadané jméno budoucího videa
Every – Hodnota určující jaký násobky časového kroku, nebo iterace, pro který se provede
segment animace
When – Výběr, jestli se má ukládat násobek iterace,nebo časového kroku.
Define – Po kliknutí na tento příkaz se zobrazí tabulka Animation Sequence (obr. 5.46), pro
nastavení animace.
- 116 -
Obr. 5.45 základní okno pro nastavení animace
Obr. 5.46 Okno pro nastavení animace
V tabulce nastavíme ukládání souborů pro kompletaci videa na výběr Metafile. Do kolonky
Name vepíšeme “Temp“. V adresáři (odkud jsme načetli síť) se vytvoří soubor “temp.cxa“.
Tento soubor spolu s dalšími soubory Temp_*.hfm (ty se budou tvořit v průběhu výpočtu),
budou slouţit k samotné výrobě videa.
V moţnosti nastavení Window, ponecháme “0“ a klikneme na set. Tím otevřeme grafické
okno, ve kterém se budou v průběhu výpočtu tvořit segmenty budoucího videa.
V našem případě budeme sledovat vývoj teplotního pole. Klikneme na příkaz Properties.
Zobrazí se tabulka pro nastavení vizualizace Contours (obr. 5.47).
Tabulku Contours nastavíme na zobrazení teplotního pole, dle obr. 5.47. Klikneme na příkaz
Display a v grafickém okně se zobrazí teplotní pole v barevném měřítku. V grafickém okně
lze obraz natáčet a přibliţovat pomocí myši.
- 117 -
Tabulku Contours můţeme zavřít. V tabulce Animation Sequence (obr. 5.46) klikneme na OK
a zavřeme ji. Tím je nastavena tvorba prvního videa. Pokud nechceme přidat další video,
klikneme v tabulce Solution Animation (obr. 5.45) na OK a i toto okno můţeme také zavřít.
Obr. 5.47 Okno pro zobrazení animované veličiny
o Nastavení sledování časové závislosti
Někdy je vhodné v některých úlohách sledovat vývoj časové závislosti nějaké konkrétní
veličiny. V našem případě budeme sledovat časový vývoj kinetické energie integrované přes
celý objem výpočtové domény.
Zadáme Solve – Monitors - Volume → Tabulka Volume Monitors obr. 5.48
(Výběr Volume jsme v menu zvolili proto, ţe chceme sledovat parametr, který je integrálem
přes objem.)
Jednotlivé parametry znamenají:
Volume Monitors – Počet parametrů které chceme sledovat
Name – Uţivatelem definované jméno časové závislosti
Plot – je-li zaškrtnuta tato volba, časová závislost se bude v průběhu výpočtu zobrazovat do
grafu
- 118 -
Print – je-li zaškrtnuta tato volba, časová závislost se bude v průběhu výpočtu tisknout do
stavového řádku v hlavním okně programu Fluent
Write – Je-li zaškrtnuta tato volba, časová závislost se bude v průběhu výpočtu zapisovat do
ASCII souboru “vol-mom-1.out“ v aktuálním adresáři.
Every – násobek časového kroku, nebo iterace, pro který se závislost počítá
When – výběr časového kroku, nebo iterace pro výpočet závislosti
Define – po kliknutí na tento příkaz se zobrazí tabulka Define Volume Monitors (obr. 5.49).
Obr. 5.48 Základní okno pro definici sledování časové závislosti
V tabulce Define Volume Monitors definujeme objemový integrál kinetické energie.
Nastavení je shodné s obrázkem 5.49. Po nastavení klikneme na OK a tabulku Define Volume
Monitors, můţeme zavřít. Pokud nechceme definovat další časovou závislost, pak klikneme
na OK i v tabulce Volume Monitors (obr. 5.48) a i tuto tabulku můţeme zavřít.
- 119 -
Obr. 5.49 Definice sledované veličiny – objemového integrálu kinetické energie
o Nastavení vlastního příkazu, prováděného během výpočtu - makro
Někdy potřebujeme provést v průběhu výpočtu příkaz, který není moţné zadat přímo pomocí
nastavení v menu, ale lze ho zjistit pomocí více úkonů provedených v menu. Abychom
nemuseli v průběhu výpočtu zastavovat běţící proces a takovéto zjištění provádět manuálně,
existuje moţnost tuto sekvenci jednotlivých příkazů zapsat jako takzvané makro a toto makro
přiřadit jako uţivatelský příkaz, který se během výpočtu provede automaticky.
V našem případě si ukáţeme moţnost ukládání obrázků rychlostního pole během výpočtu.
Zadáme Solve – Execute Commands → Tabulka Execute Comands obr. 5.50.
Jednotlivé parametry tabulky znamenají:
On – je-li příkaz právě aktivní, či nikoliv
Name – uţivatelem zadané jméno příkazu
Every – násobek časového kroku, nebo iterace, pro kterou se příkaz provádí (v našem případě
je nastaveno číslo 1000)
When – výběr iterace, nebo časového kroku
- 120 -
Command – řádek pro jméno definovaného makra
Obr. 5.50 Základní okno pro určení vlastního příkazu
Klikneme na příkaz Define Macro. Zobrazí se tabulka Define Macro (obr. 5.51). Do kolonky
Name je moţné zadat jméno makra. Po kliknutí na OK v tabulce Define Macro provedeme
sekvenci příkazů. (V našem případě se jedná o ukládání obrázků teplotního pole do aktuálního
adresáře.)
Obr. 5.51 Tabulka samotné definice makra
- 121 -
Zadáme Display – Contours → Tabulka Contours obr. 5.52.
Tabulku nastavíme podle obrázku a klikneme na Display. Poté zobrazené rychlostní pole
uloţíme pomocí příkazu Hardcopy.
Obr. 5.52 Okno pro zobrazení veličiny v barevném měřítku
Zadáme File – Hardcopy → Tabulka Hardcopy obr. 5.53.
Tabulku vyplníme podle obrázku a zadáme Save. Zobrazí se okno Select File obr. 5.54
Obr. 5.53 Tabulka pro uloţení souboru s obrázkem
- 122 -
Pomocí okna Select File nastavíme jméno souboru a cílový adresář, kam se budou obrázky
v průběhu výpočtu ukládat. Jméno souboru musí obsahovat znaky %t – coţ znamená číslo
časového kroku, nebo %i, coţ znamená číslo iterace.
Po nastavení zadáme OK. Tabulku Hardcopy (obr. 5.53) i tabulku Contours (obr. 5.52)
můţeme zavřít.
Obr. 5.54 Tabulka pro zadání cesty a názvu souboru s obrázkem
Tímto jsme definovali makro. Nyní je třeba kliknout v tabulce Execute Comands na příkaz
End Macro. Tím ukončíme definici makra. Do řádku Command (obr. 5.55). Vepíšeme macro1 (název definovaného makra). Zaškrtneme kolonku On, čímţ aktivujeme uţivatelský příkaz
během výpočtu. Pokud nechceme definovat další uţivatelský příkaz, zadáme OK.
Obr. 5.55 základní okno vlastního příkazu - aktivované
- 123 -
o Ukládání dat během výpočtu
V průběhu výpočtu je dobré ukládat některé výsledky, a to jak základního nastavení úlohy
(soubory *.cas) tak samotné výsledky (soubory *.dat).
Zadáme File – Write - Autosave → Tabulka Autosave Case/Date obr. 5.56.
Nastavíme frekvenci pro ukládání souborů a zadáme název cílového adresáře a základního
jména souboru.
Obr. 5.56 Tabulka automatického ukládání
Po nastavení spustíme výpočet.
Zadáme Solve – Iterate → Tabulka Iterate obr. 5.57
Nastavíme základní parametry výpočtu jako délku časového kroku (0.05s), počet časových
kroků (100000) a počet iterací (5). Klikneme na příkaz Iterate – zobrazí se okno Working
(obr. 5.58).
- 124 -
Obr. 5.57 Tabulka pro spuštění výpočtů
Chceme-li výpočet přerušit dříve, neţ se provede nastavený počet časových kroků, klikneme
na příkaz Cancel v okně Interupt.
Obr. 5.58 Okno běţícího výpočtového procesu
o Výroba videa
Po skončení výpočtu naváţeme výrobou samotného videa.
Zadáme Solve – Animate → Okno Playback obr. 5.59
Okno Playback nastavíme podle obrázku. V grafickém okně, kde se animace zobrazí, je
moţné animaci natáčet a zvětšovat ji, ještě před samotným exportem videa. Jako vhodný
- 125 -
formát videa je dobré zvolit MPEG. Pomocí okna můţeme video přehrát ještě před samotným
vytvořením souboru. Vytvoření souboru se uskuteční po kliknutí na příkaz Write a zadání
cesty v následujícím okně. Pokud došlo před tvorbou videa k vypnutí programu Fluent,
musíme načíst soubor Temp.cxa z adresáře, pomocí příkazu Read.
Obr. 5.59 Okno pro tvorbu videa
o Export grafu závislosti kinetické energie na čase
V průběhu výpočtu se v jednom z grafických oken zakresloval graf závislosti celkové
kinetické energie na čase. Klineme na toto okno myší, aby byl graf aktivní.
Zadáme File – Hardcopy → Tabulka Hardcopy obr. 5.53
Abychom uloţili tento graf, zacházíme s tabulkou Hardcopy podobně jako při tvorbě makra.
Výsledný graf je zobrazen na obrázku 5.60
- 126 -
Obr. 5.60 Závislost objemového integrálu kinetické energie na čase
Graf lze také vytvořit pomocí jakéhokoliv jiného grafického programu např. pomocí
Microsoft Excel s vyuţitím souboru “vol-mon-1.out“ v aktuálním adresáři. Jedná se o ASCII
soubor lze ho otevřít např. pomocí poznámkového bloku.
o Export obrázku teplotního pole
Zadáme Display – Contours → Tabulka Contours obr. 5.61
Obr. 5.61 Okno pro zobrazení veličiny v barevném měřítku
- 127 -
Tabulku vyplníme podle obrázku 5.61.
Klikneme na příkaz Display. Zobrazí se grafické okno. Myší můţeme měnit velikost
zobrazené domény a natáčet s ní.
Zadáme File – Hardcopy → Tabulka Hardcopy obr. 5.53.
Opět, abychom uloţili tento graf, zacházíme s tabulkou Hardcopy podobně jako při tvorbě
makra. Výsledný graf je zobrazen na obrázku 5.62
Obr. 5.62 Teplotní pole v barevném měřítku
- 128 -
6. Testovací úloha: proudění vlivem konvekce a
radiace
V této testovací úloze je ukázán příklad simulace proudění v místnosti na zmenšeném modelu
místnosti. Proudění je zde vyvoláno jednak přirozenou konvekcí (tedy rozdílnými teplotami
stěn), a také radiací. Úloha bude řešena ve 3D a pro vytvoření modelu místnosti je vyuţit jiný
software neţ Gambit.
Model je moţno udělat v podstatě libovolném CADu ( ProEngineer, AutoCAD, Catia atd.) a
uloţit ve vhodném formátu. Nejčastěji se jedná o *.igs (*.iges) či *.step (*.stp). Z AutoCadu
je např. moţné vygenerovat model ve formátu *.sat.
obr. 6.1 Model v AutoCADu
V této úloze je vyuţit např. software AutoCad. Na obr. 6.1 je vidět, jak vypadá jednoduchý
model místnosti pro tuto úlohu. Místnost má tvar kvádru, uprostřed jsou kamna a na jedné
zdi, která v tomto případě bude jediná vnější stěna, je okno a pod oknem radiátor.
Gambit:
o Načtení modelu do Gambitu
Nyní je nutné model vysíťovat a dosadit okrajové podmínky. K tomu vyuţijeme jiţ software
Gambit. Obecně se načtení modelu provede: FILE – IMPORT a dále se vybere dle toho,
- 129 -
v jakém formátu je model uloţen. Zde se tedy vybere ACIS a pomocí BROWSE se najde
poţadovaný model (obr. 6.2).
Obr. 6.2 – Ukázka načtení modelu do Gambitu, pokud je model ve formátu *.sat
Nejčastěji je model uloţen ve formátu *.igs. Načtení by se provedlo takto: FILE – IMPORT –
IGES (viz. obr. 6.3). Pomocí BROWSE se najde poţadovaný model a načte se.
Obr. 6.3 – Ukázka načtení modelu do Gambitu, pokud je model ve formátu *.igs
- 130 -
Načtený model v Gambitu vypadá jako na obr. 6.4 (případně je nutno změnit měřítko
příkazem FIT TO WINDOWS).
Obr. 6.4 Načtený model do Gambitu
o Okrajové podmínky
Kdyţ je model načtený v Gambitu, je moţno přistoupit k dosazení okrajových podmínek.
Protoţe se bude dále vyuţívat FLUENT verze 6.3.26 nebo vyšší, je nutno tomu přizpůsobit
řešič: SOLVER – FLUENT 5/6 (obr. 6.5).
Obr. 6.5 Změna řešiče
- 131 -
Okrajové podmínky budou nastaveny dle obr. 6.6. V místnosti jsou kamna, radiátor, okno a
jeho rám (moţno spojit do jedné podmínky), 3 vnitřní stěny (moţno spojit do 1 okrajové
podmínky), jedna vnější stěna (na které je okno), podlaha a strop. Při vybírání např. kamen či
radiátoru se nesmí zapomenout na ţádnou plochu – vybíráte po plochách, nikoli celý objem.
Vţdy se zvlášť vyberou takové entity, které budou mít zvlášť nastavené nějaké parametry –
jiná teplota, materiál, emisivita atd.
Obr. 6.6 Jak budou vypadat okrajové podmínky
V tomto případě budou okrajové podmínky typu WALL (stěna), uvnitř bude FLUID – AIR.
Nastavení okrajových podmínek bude provedeno dle obr. 6.7.
Obr. 6.7 Nastavení okrajových podmínek
- 132 -
Modrou číslicí 1 na obr. 6.7 je označeno, ţe se vytváří nová okrajová podmínka – ADD.
(MODIFY je změna jiţ stávající okrajové podmínky). Pak se přejde na pozici označenou 2.
Zde se vyberou plochy jednotlivých okrajových podmínek, vţdy po jedné. Pokud např.
okrajová podmínka „kamna“ je tvořena 5 plochami, vybere se všech 5, jak by bylo vidět na
pozici 3. Dále se vybírá typ podmínky, zde bude všechno WALL (stěna) – pozice 4. Na pozici
5 se nastaví jméno okrajové podmínky (libovolné, jde jen o lepší orientaci). Na pozici 6 se
postupně objeví všechny vytvořené okrajové podmínky.
Dále je nutné nastavit, o jakou tekutinu se jedná. V tomto případě je to vzduch. Nastavení
proběhne podobně jako v předchozím případě. Vpravo nahoře se překlikne na SPECIFY
CONTINUUM TYPES, vybere se VOLUME 1 (celý objem) a u typu se nastaví FLUID.
Podmínku je samozřejmě moţno si pojmenovat. Po kliknutí na APPLY se vytvoří podmínka
pro vzduch – obr. 6.8.
Obr. 6.8 Vytvoření podmínky pro vzduch
- 133 -
o Vytvoření výpočtové sítě
Nyní je moţné vytvořit výpočetní síť (mesh). Protoţe se jedná o model s jednoduchou
pravoúhlou geometrií, pouţijeme rovnou tvorbu objemové sítě a klikneme postupně na ikony
dle obr. 6.9.
Obr. 6.9 Tvorba objemové sítě
Na závěr se klikne na tlačítko APPLY a vyčká se, neţ se síť vytvoří. V závislosti na sloţitosti
sítě, hustotě sítě a počtu elementů můţe vysíťování trvat i poměrně dlouhou dobu (několik
minut). V tomto případě je zadán Interval size = 1. Pokud by tvorba sítě trvala příliš dlouho,
případně vytvořila příliš mnoho elementů, změníme mnoţství elementů (Interval size = 2, 3
atd.), síť bude mít čím dál méně elementů. Výsledná síť bude v tomto případě vypadat dle
obrázku 6.10.
Obr. 6.10 Výsledná síť
- 134 -
Parametry sítě (a případně neschopnost síť vytvořit) lze vyčíst v levém dolním okně - obr.
6.11. V tomto případě čítá síť 56 400 elementů.
Obr. 6.11 Parametry sítě
Síť je moţné zkontrolovat pomocí ikony vpravo dole
– viz. obr. 6.12.
Obr. 6.12 Kvalita sítě
Nyní, kdyţ jsou nastaveny okrajové podmínky a je vytvořena kvalitní síť, je moţné ji
vyexportovat do vhodného formátu, který bude moţné načíst do Fluentu – FILE – EXPORT –
MESH.
Tímto krokem se vytvoří síť (mesh) s příponou *.msh, se kterou se dále bude pracovat ve
FLUENTU.
- 135 -
FLUENT:
Síť (domecek.msh) se nyní načte do Fluentu. V současné době pouţívaná verze je Fluent
6.3.26.
Model je vytvořen ve 3D, takţe se vybere 3d (nebo 3ddp pro zvýšenou přesnost) – obr. 6.14.
Obr. 6.14 Otevření Fluentu
o Načtení sítě do FLUENTU
Po kliknutí na RUN se otevře Fluent. V roletovém menu se dále vybere FILE – READ –
CASE. Tímto způsobem se načte síť (obr. 6.15).
Po úspěšném načtení sítě se v informačním prostředí objeví informace o načtené síti (obr.
6.16).
- 136 -
Obr. 6.16 Informace o načtené síti
Pokud se v informačním prostředí objeví záznam o chybě, je potřeba vrátit se do zpět do
Gambitu, chybu najít a opravit.
o Měřítko
Následně se zkontroluje či upraví měřítko GRID – SCALE.
Obr. 6.17 Úprava měřítka
Dále je moţno přistoupit k výběru řešiče DEFINE – MODELS – SOLVER. Zde se vybere,
zda proudění je stacionární (na čase nezávislé) či nestacionární (závislé na čase).
- 137 -
V tomto případě se vybere časově závislé proudění – UNSTEADY. V postprocessingu se
bude zobrazovat vývoj rychlosti v čase (okamţitá rychlostní pole), provede se časové
zprůměrování atd.
o Řešič
Obr. 6.18 Řešič
o Energetická rovnice
Protoţe se bude počítat radiace, je nutné do výpočtu zahrnout energetickou rovnici. Tato
rovnice se zatrhne v panelu energie DEFINE – MODELS – ENERGY.
Obr. Panel energie
o Viskózní model
Nyní je nutné určit, zda je proudění laminární či turbulentní, a v případě turbulentního modelu
určit model turbulence, pomocí kterého bude počítáno.
- 138 -
Určení dle Rayleighova čísla
Ra 
3
2
g    T  L3   g    T  L    c p


 
 
9,81 sm2  0,003675K -1  78K  (4m)3  (1,225 mkg3 ) 2  1006 kgJ K
0,000017894 mkg3  s  0,0242 mWK
 62 740 544 956
Hodnota Rayleighova čísla určuje typ proudění:
Ra  108
... proudění je laminární
108  Ra  1010
... proudění je přechodové
Ra  1010
... proudění je turbulentní
Toto proudění je tedy slabě turbulentní.
Typ proudění se do FLUENTu definuje pomocí DEFINE – MODELS – VISCOUS (obr.
6.19).
Obr. 6.19 Model viskozity
- 139 -
Obr. 6.20 Typ proudění
Pro výpočet je pouţit matematický model k –  (k-omega) a typ tohoto modelu SST.
o Modely radiace
Následně se vybere samotná radiace DEFINE – MODELS – RADIATION.
Obr. 6.21 Radiace
Fluent obsahuje pět modelů radiace, které je moţno pouţít při simulacích. Jedná se o modely:

Discrete Transfer Radiation Model (DTRM)

P-1 Radiation Model

Rosseland Radiation Model
- 140 -

Surface-to-Surface (S2S) Radiation Model

Discrete Ordinates (DO) Radiation Model.
Kromě toho dovoluje FLUENT zahrnout do simulací i sluneční záření (solar load model).
Více o této moţnosti – viz [1].
Tyto modely radiace se vyuţívají zejména pro výpočty přenosu tepla
 od plamene
 chlazení či ohřev mezi plochami
 kombinací radiace, konvekce a kondukce
 při výpočtech v automobilovém průmyslu a ve zpracování skla.
Výhody a limity použití jednotlivých modelů
 model DTMR
o relativně jednoduchý model
o moţnost zvýšit přesnost zvýšením počtu paprsků
o model předpokládá, ţe všechny stěny jsou difúzní, toto znamená, ţe odraz
dopadajícího záření na povrchu je s ohledem na prostorový úhel izotropní
o neobsahuje efekt rozptylu
o předpokládá šedou radiaci
o řešení problému s mnoha paprsky je velice náročné na vyuţití CPU
o nemoţno vyuţít u paralelních výpočtů
 P-1 Radiation Model
o výpočty tolik nezatěţují CPU, nejsou tolik náročné
o obsahuje efekt rozptylu
o umoţňuje řešit i sloţitější geometrie
o při sloţité geometrii můţe mít menší přesnost
o model inklinuje k přehánění velikosti radiačního toku
o je moţno zobrazit radiační teplotu
- 141 -
 Rosseland Radiation Model
o rychlejší neţ P1 a zabírá méně paměti, protoţe nepřidává další transportní
rovnici (jako P1)
o pouze pro média vyšší hustoty
o neumoţňuje vyuţít density-based solver, pracuje pouze s pressure – based
solver
 Surface-to-Surface (S2S) Radiation Model
o vhodný pro neuzavřené transfery bez účastnícího se média (solární kolektor
atd.)
o poměrně rychlý výpočet, nepřidává další transportní rovnici
o zatíţení CPU a paměti je velice závislé na mnoţství ploch, proto se vyuţívají
tzv. clustery ploch
o nelze pouţít u spoluúčastnícího se média
o nelze pouţít pro modely, které mají periodickou okrajovou podmínku nebo
podmínku symetrie
o nelze pouţít u adaptivní sítě
 Discrete Ordinates (DO) Radiation Model
o vyuţití je celá řada, moţno pouţít pro problémy radiace plocha – plocha, ale i
pro spoluúčastnícího se média ve spalovacích problémech
o umoţňuje řešit problémy se semitransparentními stěnami
o vytíţení CPU a paměti není velké
o současná implementace je omezena na všechna šedá a nešedá záření
pouţívající šedo-pásmový model
o řešení velice jemné diskretizace můţe být velice náročné na CPU
o současná implementace nedovoluje modelovat oxid uhelnatý nebo vodní páru,
která vysílá energii v rozdílných vlnových číslech
o je moţné zahrnout rozptyl, semitransparentní stěny, anizotropii
o umoţňuje zadat emisivitu na kaţdé stěně zvlášť
- 142 -
o přidává do výpočtu další transportní rovnici
o je moţno zobrazit radiační teplotu
Informace jsou převzaty z [1] a je moţno zde téţ dohledat více podrobností k jednotlivým
modelům.
V tomto případě je zvolen DO model s nastavením dle obr. 6.23.
Obr. 6.23 Výběr radiačního modelu
Vlevo nahoře se vybírá model radiace. Vlevo dole je výběr modelu se zahrnutím slunečních
paprsků, v tomto případě je model vypnutý, neuvaţuje se. Ostatní nastavení je ponecháno
defaultní.
Po nastavení radiačního modelu se v informačním panelu FLUENTu objeví hlášení o
defaultním načtení materiálů a doporučení kontroly těchto nastavení.
o Materiály
Dále tedy následuje nastavení materiálů: DEFINE - MATERIALS.
- 143 -
Obr. 6.24 Nastavení materiálů
Po kliknutí na MATERIALS se objeví obr. 6.25.
Obr. 6.25 Materiály a jejich vlastnosti
Nyní je potřeba načíst potřebné materiály, které dále pouţijeme k dodefinování okrajových
podmínek. Zobrazení výčtu materiálů, kterými disponuje FLUENT, se objeví po kliknutí na
FLUENT DATABASE (vpravo nahoře).
- 144 -
Obr. 6.26 Databáze materiálů
Zde bude nutné načíst všechny materiály, které chceme dále pouţít (viz. obr. 6.26). Nejdříve
se nastaví vpravo nahoře typ materiálu – SOLID (tedy pevná látka) a řazení např. podle
jména. Po kliknutí na konkrétní materiál se zobrazí výčet jeho vlastností. Na tomto výčtu se
tedy vyhledají materiály podle obr. 6.27 a dále se klikne na COPY.
Obr. 6.27 Dodefinování okrajových podmínek
- 145 -
V tomto příkladu jsou v databázi vybrány tyto materiály (viz. obr. 6.27): calcium oxide,
aluminum, steel a wood. Termofyzikální vlastnosti materiálů není třeba měnit.
o Počáteční podmínky a zobrazení modelu (gridu)
Nyní je potřeba nastavit počáteční podmínky.
K počátečním podmínkám je moţné se dostat přes DEFINE – OPERATING CONDITIONS –
viz. obr. 6.28.
Obr. 6.28 Počáteční podmínky
Obr. 6.29 Nastavení počátečních podmínek
Protoţe se v tomto případě jedná o pomalé podzvukové proudění s malými změnami, je
vhodné pro výpočet zaškrtnout Floating Operating Pressure. Toto nastavení se pouţívá
zejména u spalovacích komor, nebo ohřívání plynu v uzavřené nádobě a dále při pumpování
- 146 -
do uzavřené nádoby [1]. Limit tohoto nastavení je v tom, ţe se nesmí pouţít pro transsonické
proudění a také nestlačitelné proudění. Dále není moţné toto nastavení pouţít, pokud model
obsahuje okrajové podmínky pressure inlet, pressure outlet, exhaust fan, inlet vent, intake fan,
outlet vent nebo jiné tlakové podmínky [1].
Protoţe chceme uvaţovat vztlakové síly, je nutné zaškrtnout uvaţování gravitace a určit
velikost a orientaci gravitačního zrychlení. Pro určení správné orientace gravitačního
zrychlení je nutné zobrazit model (společně se souřadným systémem): DISPLAY – GRID.
Obr. 6.30 Zobrazení modelu
Obr. 6.31 Nastavení zobrazení modelu
Vpravo nahoře označíme plochy, které chceme zobrazit.
- 147 -
Obr. 6.32 Zobrazený model (Grid)
Na obr. 6.32 je moţné všimnout orientace souřadného systému. Je zřejmé, ţe je kladný směr
vektoru gravitačního zrychlení je „-z“.
o Okrajové podmínky
Nyní je moţné nastavit okrajové podmínky DEFINE – BOUNDARY CONDITIONS.
Obr. 6.33 Nastavení okrajových podmínek
- 148 -
Obr. 6.34 Jednotlivé okrajové podmínky
Okno s výčtem okrajových podmínek nadefinovaných v Gambitu vypadá dle obr. 6.34. V levé
části se provádí výběr jednotlivých podmínek, a po kliknutí se vpravo objeví typ okrajové
podmínky dříve nadefinované v Gambitu. V tomto případě se zde objeví „WALL“. Je moţné
to dodatečně i změnit.
Po kliknutí na „SET“ se otevře okno, kde se dodefinovávají jednotlivé okrajové podmínky.
Nastavení jednotlivých podmínek je dle obr. 6.35. Klikne se na KAMNA – SET a objeví se
další okno s jednotlivými vlastnostmi (obr. 6.36). Vybere se záloţka THERMAL, kde se
nastaví radiace, emisivita (= 1), teplota (333 K), tloušťka materiálu (0,7 m) a po kliknutí na
EDIT se vybere i odpovídající materiál.
Obr. 6.35 Parametry jednotlivých okrajových podmínek
- 149 -
Obr. 6.36 Záloţka Thermal – okrajová podmínka KAMNA
Po výběru okrajové podmínky OKNO a kliknutí na záloţku Thermal se provede nastavení dle
obr. 6.37. Podobně se nastaví všechny ostatní podmínky dle nastavení na obr. 6.35. Difuzivita
v záloţce RADIATION je ponechána na 1.
Obr. 6.37 Záloţka Thermal – okrajová podmínka OKNO
Po dodefinování okrajových podmínek pevných látek je třeba nadefinovat podmínku pro
vzduch: DEFINE – BOUNDARY CONDITIONS. Vzduch se bude uvaţovat jako ideální
plyn. Nastavení se provede dle obr. 6.38, 6.39 a 6.40.
- 150 -
Obr. 6.38 Druhy okrajových podmínek
Obr. 6.39 Změna parametru
vzduchu
Obr. 6.40 Ideální plyn
Po nastavení hustoty vzduchu coby ideální plyn (počítá se tedy dle stavové rovnice ideálního
plynu) se ostatní parametry nechají nastaveny tak, jak byly defaultně.
- 151 -
o Diskretizace
Obr. 6.41 Diskretizace
Obr. 6.42 Nastavení diskretizace
Nyní je moţné nastavit řád diskretizace. Protoţe je zaškrtnuto na obr. 6.29 u počátečních
podmínek „Floating operating pressure“, je nutné vybrat druhý řád diskretizace u tlaku
(Pressure – Second Order).
- 152 -
o Zobrazování residuí
Obr. 6.43 Úprava limitů pro residua – nastavení
Obr. 6.44 Úprava limitů pro residua
Pro zobrazení reziduí je nutné zaškrtnout v záloţce SOLVE – MONITORS – RESIDUAL
v Options „Plot“ (viz. obr. 6.43 a 6.44). Dále je potřeba posunout limity (sníţit o řád) na
kontinuitu a rychlosti, aby nedošlo příliš rychle ke konvergenci výsledků.
Nyní je jiţ moţno provést inicializaci (obr. 6.45 a 6.46) a poté spustit výpočet.
- 153 -
o Inicializace
Obr. 6.45 Nastavení inicializace
Obr. 6.46 Inicializace
Nyní je tedy moţné přistoupit k samotnému výpočtu: SOLVE – ITERATE.
Obr. 6.47 Nastavení iterací
- 154 -
Obr. 6.48 Iterace
Nastavení výpočtu se provede dle obr. 6.48. Ze začátku výpočtu je vhodné nastavit niţší
časový krok a postupně ho zvyšovat. V tomto případě započal výpočet na hodnotě časového
kroku 0,001 s, dále 0,01 s, 0,1s aţ na konečnou hodnotu 0,5 s. Po nějakém čase, aţ dojde
k ustálení výpočtu, je nutné zaškrtnout „Data Sampling for Time Statistics“. To je potřeba
z důvodu zobrazení časově ustálených hodnot. Pro výpočty konvekce pro vytvoření proudění
je charakteristická dlouhá doba výpočtu.
V čase cca 1000 s se jiţ výpočet zdá být ustálen (po zobrazení kontur se došlo k názoru, ţe je
potřeba ještě nějaký čas pro lepší vyvinutí proudění, a proto výpočet pokračoval do stavu
1450 s) a je nasbíráno dostatečné mnoţství dat pro časové průměrování. Nyní je tedy moţné
přejít k postprocessingu.
o Vložení roviny
Pro zobrazení výsledků u 3D modelů bývá vhodné vsadit do modelu dodatečné roviny, ve
kterých se výsledky budou zobrazovat. Roviny se vkládají přes SURFACE – PLANE.
- 155 -
Obr. 6.49 Zobrazení roviny
Obr. 6.50 Výroba roviny
Po kliknutí na PLANE se zobrazí okno, kde je moţné vybrat, jakým způsobem bude rovina
vytvořena. Jedna z moţností je např. bodem a normálou. Vlevo nahoře se vybere „Point and
normal“. Dále se zobrazí model (grid): DISPLAY – GRID, aby bylo moţné vybrat bod.
V okně modelu se klikne pravým tlačítkem myši v místě, kde je poţadován bod roviny. Bod
se zobrazí červeným krouţkem.
- 156 -
Obr. 6.51 Zobrazení bodu pro rovinu
Po zobrazení bodu je nutné určit normálu. Protoţe se poţaduje rovina „zy“, normála k této
rovině je (0,1,0). Normála se vyplní dle obr. 6.50 v okně vpravo (hodnoty bodu vlevo se
doplní samy dle toho, kam se klikne pro vytvoření roviny). Pokud se nevyplní na obr. 6.50
dole jméno vytvořené roviny, doplní jméno FLUENT sám: „plane-číslo“. Vytvořenou rovinu
je nyní moţno zobrazit jako součást modelu (grid): DISPLAY – GRID. V tomto okně se
vybere model a rovina – viz. obr. 6.52.
Obr. 6.52 Vytvořená rovina
o Zobrazení kontur
Nyní je moţné zobrazit výsledky – kontury či vektorové pole. Zobrazení výsledků se provede
pomocí DISPLAY – CONTOURS.
- 157 -
Obr. 6.53 Zobrazení kontur
V okně, které se objeví, se vlevo nahoře zaškrtne DRAW GRID, aby se zobrazil model.
Obr. 6.54 Zobrazení modelu (Grid)
Po zatrhnutí „DRAW GRID“ se objeví okno, kde se vyberou plochy modelu a vytvořená
rovina.
Obr. 6.55 Model (Grid)
- 158 -
Obr. 6.56 Nastavení kontur rychlosti
Nyní je moţné vrátit se zpět k oknu „Contours“, ve výběru kontur se vybere poţadovaná
veličina (např. rychlost), u ploch (Surfaces) se vybere vytvořená rovina – plane-11 a klikne se
na Display. V poli „Level“ je standardně nastaveno 20, to je počet barev v barevné škále.
V části „OPTIONS“ znamená „FILLED“ - vyplnění celé plochy, „NODE VALUES“ –
hodnoty v uzlových bodech, „GLOBAL RANGE“ -
max. a min. hodnota zobrazované
veličiny v celé oblasti a „AUTO RANGE“ - max. a min. hodnota zobrazované veličiny ve
vybrané ploše, hraně, oblasti.
Kontury rychlosti v tomto případě vypadají dle obr. 6.57.
Obr. 6.57 Kontury rychlosti v čase 1000 s
Výsledky je moţné zobrazit takto, nebo je moţné si se zobrazením „pohrát“. Je například
moţné pro zvýraznění kaţdou plochu modelu vykreslit nějakou barvou. K tomuto je moţné se
dostat přes příkazy: DISPLAY – SCENE.
- 159 -
Obr. 6.58 Nadefinování barev ploch
Obr. 6.59 Změna barvy podlahy
Nejdříve se běţně zobrazí kontury potřebné veličiny (včetně modelu – gridu) a poté se klikne
na DISPLAY – SCENE. Dále se vybere poţadovaná plocha (jde vybrat i všechny, ale poté
budou mít všechny plochy stejnou barvu) a klikne na „DISPLAY“, čímţ se zobrazí okno
s vlastnostmi. Zde se vpravo posunem upraví barva a vlevo zatrhne FACES, protoţe je
potřeba je zobrazit.
- 160 -
Obr. 6.60 Změněná barva podlahy – kontury rychlosti v čase 1000 s
Takto je moţné upravit všechny plochy modelu. Výsledky by pak vypadaly takto – viz. obr.
6.61, 6.62, 6.63 a 6.64. (Výpočet pokračoval aţ do času 1450 s a aţ poté se zobrazily tyto
výsledky.)
Obr. 6.61 Kontury okamţité rychlosti v čase 1450 s
- 161 -
Obr. 6.62 Kontury časově středované rychlosti
Obr. 6.63 Kontury radiační teploty v čase 1450 s
Obr. 6.64 Kontury celkové teploty v čase 1450 s
- 162 -
Okamţité rychlosti se zobrazí DISPLAY – CONTOURS a vybere se Contours of
VELOCITY. Časově středované hodnoty se zobrazí výběrem Contours of UNSTEADY
STATISTICS a pod tím mean velocity magnitude. Radiační teploty jsou zobrazeny pomocí
Contours of RADIATION a pod tím RADIATION TEMPERATURE Kontury celkové
teploty se zobrazí DISPLAY – CONTOURS a vybere se Contours of TEMPERATURE a pod
tím TOTAL TEMPERATURE.
o Vektorové pole
Další moţností, jak zobrazit výsledné veličiny, je kromě kontur veličin také zobrazení
vektorového pole, které se zobrazí přes příkazy: DISPLAY – VECTORS (obr. 6.65).
Obr. 6.65 Nastavení zobrazení vektorového pole
Obr. 6.66 Vektorové pole
- 163 -
Na obr. 6.66 je pole s nastavením pro zobrazení vektorových polí. Vpravo nahoře je
zobrazeno, ţe se jedná o vektory rychlosti, a pod tím se dá vybrat veličina, podle které je
poţadováno, aby se vektory barvily, a tím určily hodnoty této veličiny. Opět je vhodné
zobrazit nejdříve model (Grid) pomocí příkazu „DRAW GRID“. U příkazu „SCALE“ se určí
velikost samotného vektoru (velikost šipky) a příkaz „SKIP“ je pro velikost zahuštění
prostoru vektory.
Zobrazení vektorového pole v dříve vytvořené rovině by vypadalo dle obr. 6.67.
Obr. 6.67 Vektorové pole v čase 1450 s
Ukládání obrázků
Výsledné obrázky (obr. 6.61, 6.62, 6.63 a 6.64) byly z Fluentu získány pomocí příkazu: FILE
– HARDCOPY.
Obr. 6.68 Ukládání výsledků
- 164 -
Kdyţ je zobrazen nějaký obrázek (Grid, kontury, vektorová pole atd.), klikne se na FILE –
HARDCOPY a poté se zobrazí pole – viz. obr. 6.69.
Obr. 6.69 Parametry uloţeného obrázku
V tomto okně lze nastavit formát výsledného obrázku (např. TIFF), dále lze nastavit, zda je
třeba
obrázek
barevný
či
černobílý.
Pokud
je
zatrţeno
„REVERSE
FOREGROUND/BACKGROUND“, výsledný obrázek nemá černé pozadí jako je ve
FLUENTU běţné. V poli „RESOLUTION“ je moţné určit rozměry výsledného obrázku.
o Zobrazení proudnic a vložení bodů
Dále je moţné zobrazit proudnice, např. v určitých bodech.
Body jsou vytvořeny podobně jako roviny. V příkazovém menu se klikne na SURFACE –
POINT.
Obr. 6.70 Vytvoření bodu
- 165 -
Obr. 6.71 Výběr bodu
Obr. 6.72 Vytvořené body
Na obr. 6.70, 6.71 a 6.72 je popis vytvoření několika bodů. Výběr bodů byl proveden pomocí
„SELECT POINT WITH MOUSE“. V těchto bodech je nyní moţné zobrazit zmíněné
proudnice. K proudnicím (pathlines) je moţné se dostat pomocí příkazu DISPLAY –
PATHLINES.
Obr. 6.73 Cesta k zobrazení proudnic
- 166 -
Obr. 6.74 Parametry pro zobrazení proudnic
V tomto okně (obr. 6.74) se určují parametry proudnic. Nejdříve je opět nutné zobrazit model
(Grid) příkazem „DRAW GRID“.Dále se určí krok (Step size) a počet kroků (Steps). Vpravo
se určí bod (je to nejpřehlednější, ale je samozřejmě moţné zobrazit proudnice i plochou), ze
kterého proudnice vychází. A nakonec je nutné vybrat, podle čeho se bude proudnice barvit
(rychlost, teplota atd.).
Výsledná proudnice jednoho bodu by nakonec vypadala dle obr. 6.75.
Obr. 6.75 Proudnice jednoho bodu – okamţitá rychlost v čase 1450 s
- 167 -
o Ukládání výsledků ve FLUENTu
Spočítané výsledky ve FLUENTU se ukládají pomocí příkazu FILE – WRITE – CASE &
DATA.
Obr. 6.76 Ukládání výsledků
V části „CASE“ se ukládají nastavení, v části „DATA“ výsledky. Je samozřejmě moţné uloţit
„CASE“ před spuštěním výpočtů a poté ukládat pouze „DATA“ s výsledky.
o Autosave
Dále je moţné nadefinovat průběţné ukládání pomocí „AUTOSAVE“. Celý příkaz na
průběţné ukládání je FILE – WRITE – AUTOSAVE.
Obr. 6.77 Autosave
- 168 -
U průběţného ukládání je moţné se rozhodnout, co všechno se bude ukládat (zda jen DATA,
nebo i CASE), s jakou frekvencí, zda se budou ukládat ve jménu souboru s výpočtovým
časem nebo časovým krokem. Dále se ukládá cesta a název souboru (v názvu se bude měnit
pouze např. výpočtový čas).
- 169 -
7. Zkušební úloha – Protržení přehrady
Tvorba 3D geometrie – Gambit
o Postupná tvorba geometrie (bod – hrana – plocha – objem)
V panelu Operation vybereme Geometry Command Button:
V panelu Geometry vybereme tvorbu bodu:
Vytvoříme body pomocí souřadnic:
Zadáme souřadnice bodu (X, Y, Z) do jednotlivých kolonek a klikneme na Apply. Body
vytváříme postupně. Souřadnice jsou uvedeny v přiloţené tabulce.
- 170 -
Bod
1
2
3
4
X
0
0
100
100
Y
0
20
0
20
Z
0
0
0
0
Pro zobrazení všech bodů klikneme na ikonu
(Fit to window) v pravé dolní nabídce.
Dostaneme následující rozloţení:
Vytvoříme z bodů úsečky. V panelu Geometry klikneme na Edge Command Button
- 171 -
a vybereme tvorbu úseček pomocí bodů:
Následující okno umoţňuje výběr bodů. Ţluté podbarvení značí aktivní oblast. Vytvořené
přímky budou součástí geometrie modelu.
Nyní přepneme ukazatel myši na funkci výběru prvků. Přejedeme myší na pracovní plochu
Gambitu, stiskneme a podrţíme pravé tlačítko a následně stiskneme levé tlačítko. Stejným
způsobem můţeme přepnout zpět na myš.
Výběr lze téţ provádět s klasickým kurzorem se současným stiskem klávesy Shift.
Vybereme body postupně dle následujícího obrázku:
Stiskneme Apply, a dostaneme:
- 172 -
Vytvořili jsme 3 úsečky. Gambit rozlišuje počáteční a koncový bod.
Nyní zbývá vytvořit poslední hranu. Znovu vybereme body 1, 4 a potvrdíme.
Následuje spojení hran do plochy. V panelu Geometry klikneme na Face Command Button.
Vybereme tvorbu ploch pomocí hran.
Přepneme kurzor na funkci výběru, označíme 4 dříve vytvořené hrany a potvrdíme.
Změna barvy indikuje vytvoření plochy (ţlutá = hrany, modrá = plochy, zelená = objemy).
- 173 -
Nyní vytvoříme kopii, která bude s původní plochou rovnoběţná, pouze bude posunuta v ose
Z o vzdálenost 20 m.
Vybereme Move/Copy face:
V zobrazené nabídce:
1) Označíme plochu
2) Zaškrtneme Copy
3) Plochu chceme posunout – Translate
4) Vloţíme souřadnice X, Y, Z : (0, 0, 20)
Zbylé nastavení ponecháme beze změn.
- 174 -
Po potvrzení se nám zobrazí druhá plocha.
Dále vytvoříme 4 hrany spojením protilehlých bodů.
Geometry:
Místo Apply lze po výběru dvojice bodů stisknout pravé tlačítko myši. Získáváme kombinaci
ploch (modrá barva) a hran (ţlutá barva).
- 175 -
Existující prvky nám umoţňují dotvořit zbylé 4 plochy pro kvádr.
Geometry:
Postupně vybíráme hrany do uzavřené plochy.
Zbývá vytvořit objem.
Klikneme na Volume command button
- 176 -
Analogicky s tvorbou ploch pomocí hran vytvoříme objem z existujících ploch.
Plochy vybereme pomocí myši, nebo můţeme pouţít seznam ploch. Klikneme na ikonu
vpravo od ţlutě podbarvené aktivní buňky ploch.
Zobrazí se seznam dostupných ploch. Protoţe všechny vyuţijeme na tvorbu objemu,
převedeme všechny do výběru vpravo.
Po potvrzení (Apply) dostáváme zeleně zbarvený kvádr, tzn. objem.
- 177 -
o Přímá tvorba objemů
Zbylé části modelu vytvoříme rovnou pomocí objemů.
Klikneme na Volume command button,
vytvořit objem:
a vytvoříme kvádr o parametrech: X = 2, Y = 20, Z = 2. Zároveň změníme orientaci
souřadného systému pro zobrazení kvádru.
Klikneme pravým tlačítkem na direction, a
vybereme „–X+Y+Z“.
- 178 -
Dostáváme
Kvádr představuje mezeru, kterou bude protékat voda. Přesuneme ho doprostřed stěny dříve
vytvořené nádrţe.
Klikneme na Move/copy volumes
Označíme kvádr a do souřadnice doplníme Z = 9.
- 179 -
Získáváme
Nyní vytvoříme prostor odtok vody. Další objem bude mít rozměry X = 100 , Y = 23 , Z = 20.
Tvoříme opět ve směru „–X+Y+Z“.
- 180 -
Dále kvádr přesuneme o ( X = -2, Y = -3).
Získáváme rozloţení celého modelu:
o Kompletace objemů
V této podobě se jedná o 3 samostatné objemy, které je nutno spojit do jednoho.
- 181 -
Zaškrtneme kolonku Retain pro ponechání původních objemů, vybereme objemy a spojíme.
Ze třech původních objemů ale potřebujeme pouze prostřední kvádr. Proto přebytečné objemy
vymaţeme. Jedná se o volume 1 a 3.
Zůstane nám tedy spojený objem a prostřední kvádr.
- 182 -
Nyní jsme vytvořili spojený objem. Pro potřeby nastavení počátečních podmínek modelu ale
potřebujeme oddělené oblasti, které jsou navzájem propojené. Z toho důvodu nyní objemy
opět rozdělíme, ovsem jiným způsobem.
Vybereme moţnost split volume
Označíme spojený objem, pomocí pravého tlačítka myši vybereme dělit za pouţití jiného
objemu, a vybereme prostřední kvádr.
Zaškrtneme bidirectional a connected a klikneme na apply.
o Vytvoření prostoru pro fáze
Po této operaci nám zůstávají v modelu 3 objemy – prostor pro nádrţ, prostor pro odtok a
protrţená část přehrady. Nyní vytvoříme oddělené prostory pro vodu a vzduch.
Otevřeme menu pro plochy.
- 183 -
Vybereme kopírovat plochu.
Označíme plochu dle obrázku.
Zkopírujeme ji do vzdálenosti Y = 18.
- 184 -
Stejným způsobem zkopírujeme plochu na následujícím obrázku, a to o Y = 3.
Modře zbarvené plochy vypadají následovně.
Nyní vytvořené plochy pouţijeme pro rozdělení objemů.
Vybereme tvorbu objemu.
Split volume.
- 185 -
Pravým tlačítkem myši rozklikneme Split With a vybereme Faces (real). Označíme objem,
odpovídající plochu - apply.
Po provedení u obou objemů získáváme:
Nyní vytvoříme prostor pro vzduch nad hrází.
- 186 -
Výsledný kvádr přesuneme.
A získáváme:
- 187 -
Propojíme prostor nad hrází s trhlinou. Vybereme objemy
a potvrdíme.
Zbývá propojit objemy pro vzduch do jednoho.
- 188 -
Vybereme 5 následujících objemů a potvrdíme.
Dostáváme jeden objem pro vzduch. (Prostor trhliny necháme samostatně z důvodu tvorby
jemnější sítě).
o Definování objemů
Dále přiřadíme vlastnosti jednotlivým objemům.
Klikneme na Zones,
dále Specify Continuum Types
- 189 -
Zde můţeme definovat jednotlivé zóny.
Postupně vybereme 5 objemů, definujeme je jako FLUID. Při vytváření se budou postupně
zobrazovat v tabulce.
Voda 1:
- 190 -
Vzduch 1:
Voda 2:
Vzduch 2:
- 191 -
Tabulka:
Pozn.: přiřazení bude vyuţito při definování počátečních podmínek ve Fluentu.
o Definice okrajových podmínek
Klikneme na Zones,
dále Specify Boundary Types.
Předpokládáme, ţe přítok je vzhledem k hodnotě odtoku trhlinou zanedbatelný. Proto
definujeme pouze výstup z modelu. Pouţijeme typ okrajové podmínky Outflow. Označíme 2
plochy na výstupu a apply.
- 192 -
o Tvorba sítě
Klikneme na Mesh Command Button.
Vybereme tvorbu 3D sítě.
Propojené objemy našeho modelu můţeme vyplnit sítí postupně. Oblastí zájmu bude oblast
protrţení, proto ji vysíťujeme jako první jemnější sítí.
Vybereme 8 uzlové buňky (Elements – Hex), rozteč = 0.5.
- 193 -
Získáme:
Přepneme do tvorby sítě na plochách a vytvoříme síť o rozteči 1 na plochách dle obrázku.
- 194 -
Přepneme opět na tvorbu 3D sítě a objemy pro vodu vysíťujeme stejným způsobem, ale
s větší roztečí (Spacing = 2).
- 195 -
Pro vytvoření sítě ve zbylém objemu vzduchu změníme typ elementů na Hex/Wedge,
spacing ponecháme dle jiţ vytvořené sítě (vyškrtneme apply).
Získáváme kompletní síť:
Pro prohlíţení sítě lze vyuţít tlačítko Examine mesh, umístěné v pravém dolním panelu.
- 196 -
Je moţno sledovat různé typy elementů a řadu parametrů.
Nejběţněji se vyuţívá řez plochou, kterou lze pomocí posuvníků přesouvat po celém modelu.
- 197 -
Ukázka řezu sítí:
o Export sítě
Nyní zbývá vyexportovat síť z Gambitu.
File – Export – Mesh – Browse – Zápis názvu 3d.msh - Save
- 198 -
Fluent
Spustíme Fluent, 3d úlohu
a načteme soubor se sítí: 3d.msh (Read – Case)
o Nastavení řešení
V záloţce Define vybereme Models
- 199 -
a nastavíme řešič (Solver)
Jedná se o nestacionární úlohu, proto zaškrtneme Time – Unsteady. Ostatní nastavení
ponecháme defaultně.
- 200 -
Nyní zahrneme do modelu vliv gravitace. Define – Operating Conditions...
Zaškrtneme Gravity a definujeme velikost v ose Y dle obr.
Dále definujeme vícefázové proudění. Define – Models – Multiphase...
Vybereme model Volume of Fluid, zaškrtneme Explicit VOF Scheme, Open Channel Flow
a Implicit Body Force.
Dále definujeme turbulentní model. Define – Viscous...
Vybereme k-omega a zaškrtneme Transitional Flows.
- 201 -
Jelikoţ se jedná o vícefázové proudění, musíme načíst do modelu potřebná média (vzduch je
jiţ přítomen).
Define – Materials... a v tabulce klikneme na Fluent Database...
V nabídce vybereme water-liquid a zkopírujeme.
- 202 -
Zbývá uţ kliknout pouze na Change/Create pro dokončení načtení tekutiny.
Nyní je nutné přiřadit tekutiny k jednotlivým fázím.
Define – Phases...
po kliknutí na Set... se nám zobrazí následující tabulka, kde definujeme materiál konkrétní
fáze. Pro lepší názornost můţeme přepsat název.
- 203 -
Po úpravě obou fází dostáváme:
Zkontrolujeme nastavení okrajových podmínek.
Define – Boundary Conditions...
Vidíme, ţe v Gambitu definovaná podmínka outflow pro odtokovou plochu je zde přítomna
jako odtok a odtok:13. Fluent při načtení sítě automaticky rozdělil plochy dle označených
objemů (voda1, vzduch 1 atd.), a protoţe odtok byl součástí objemu pro vodu i vzduch, jsou
zde přítomny jeho 2 části. Protoţe je přítok vzhledem k proudu trhlinou zanedbatelný, není
v modelu definován.
o Nastavení inicializace
Solve – Initialize – Initialize...
Hodnoty ponecháme (nulové rychlosti pole na počátku řešení) a stiskneme Init – Apply Close
- 204 -
Dále přiřadíme fáze jednotlivým objemům definovaným v Gambitu.
Solve – Initialize – Patch...
V kolonce Phase vybereme vzduch. Ve variable označíme Volume Fraction. V kolonce
Value máme hodnotu 0. Nyní vybereme zóny voda1 a voda2 a klikneme na Patch. Definovali
jsme nulový podíl vzduchu v objemech pro vodu.
Změníme hodnotu na 1, označíme zóny vzduchu a potvrdíme. Definovali jsme 100% podíl
vzduchu v jeho zónách.
Pro kontrolu můţeme přidělení fází jednotlivým objemům zobrazit.
Display – Contours...
Z roletového menu vybereme kontury fází a zobrazíme vodu. Označíme všechny objekty
v Surfaces pomocí tlačítka na pravé straně.
- 205 -
Po zobrazení vidíme fázové rozhraní, kde červená barva představuje 100% obsah vody a
modrá barva 100% obsah vzduchu.
Pokud zatrhneme Filled, bude vyplněn celý objem modelu.
Z praktických důvodů pozorování jevů na rozhraní fází upravíme rozsah zobrazení – vypneme
v Options - Auto Range a můţeme zapsat nenulovou hodnotu do kolonky Min (0.1).
- 206 -
Získáváme
Během výpočtu budeme sledovat průběh řešení.
Solve – Monitors – Residual...
V options zaškrtneme Plot a necháme na obrazovce vykreslovat 200 iterací. U všech
proměnných zadáme absolutní kritérium 1e-5 (původní 1e-3 není dostačující).
- 207 -
Před výpočtem nastavení uloţíme.
File – Write – Case  Data
Nyní zbývá spustit výpočet.
Solve – Iterate
Počáteční velikost časového kroku nastavíme 0,001 s a provedeme 10 kroků.
Zobrazení průběhu řešení:
Při časově náročnějším výpočtu se vyuţívá automatického ukládání.
- 208 -
File – Write – Autosave...
Budeme ukládat datový soubor po kaţdých 50 časových kroků. Příponu nastavíme dle
výpočetního času s přesností na 2 desetinná místa.
Zvýšíme velikost časového kroku na 0,01 s a provedeme 1000 kroků.
o Postprocessing
Díky funkci autosave máme k dispozici soubor dat v různých časových krocích. Datové
soubory můţeme načítat samostatně k jiţ otevřenému case souboru.
File – Read – Data – „3D-*****.dat“
Zobrazíme kontury podle fází.
Vybereme fázi voda, vypneme automatický rozsah a do minimální hodnoty doplníme 0.1.
Pomocí tlačítka
vybereme všechny plochy a potvrdíme.
- 209 -
Upravíme stupnici
Display – Colormaps...
Type změníme na float.
Proceduru provedeme pro různé datové soubory a získáváme časový vývoj proudění:
1,4 s
2,4 s
- 210 -
3,4 s
4,4 s
5,4 s
7,4 s
Častěji se vyuţívá zobrazení výsledků pomocí řezu plochou.
Vytvoření plochy
Surface – Plane
Vybereme tvorbu sítě pomocí bodu a normály – Point and Normal. Normálou bude osa Z –
doplníme x,y,z – 0,0,1.
- 211 -
Volbu bodu můţeme provést zadáním souřadnic do tabulky, nebo klikneme na Select Points
a ručně vybereme bod pravým tlačítkem na modelu. Plocha bude umístěna ve středu
odtokového prostoru, tzn. doplníme do tabulky souřadnice bodu x,y,z – 0,0,10 a vytvoříme
plochu.
Plochu zobrazíme v síti.
Display – Grid..
Vybereme plane-14 a několik částí sítě pro kontrolu umístění.
Zobrazení kontur dle fází na ploše
Ponecháme stejné nastavení z předchozího zobrazení kontur, ale pro zobrazení vybereme
pouze námi vytvořenou plochu.
- 212 -
Výsledek pro datový soubor v čase 1,4 s:
dále po 1 s:
- 213 -
Kontury turbulentní kinetické energie:
Display – Contours..
- 214 -
Vektory rychlosti:
Display – Vectors..
Zobrazíme vektory rychlosti na vytvořené ploše. Scale = 5, Skip = 5.
- 215 -
- 216 -
Rejstřík
105 -, - 106 -, - 110 -, - 122 -, - 130 -, - 140 -, -
A
144 -, - 203 -, - 206 -, - 209 -
AIR, - 136 -
FLUID, - 136 -, - 137 -
animace, - 4 -, - 5 -, - 83 -, - 84 -, - 86 -, - 120 -, 129 -
G
anizotermický model, - 11 Gambit, - 2 -, - 3 -, - 4 -, - 5 -, - 6 -, - 9 -, - 17 -, - 19
autosave, - 6 -, - 52 -, - 82 -, - 128 -, - 172 -, - 214 -
-, - 20 -, - 39 -, - 41 -, - 63 -, - 65 -, - 92 -, - 93 -,
- 104 -, - 106 -, - 114 -, - 133 -, - 173 -, - 175 -
C
gravitační zrychlení, - 113 -, - 151 -, - 152 -
CFD, - 2 -, - 8 -, - 9 -, - 10 -, - 13 -, - 36 -
GRID, - 141 -, - 151 -, - 160 -, - 161 -, - 162 -, - 167
-, - 170 -
Č
Grow factor, - 96 -
časová statistika, - 3 -, - 54 časové závislosti, - 2 -, - 5 -, - 10 -, - 122 -, - 123 -
I
implicitní schéma, - 12 -
D
inicializace, - 4 -, - 7 -, - 64 -, - 79 -, - 158 -, - 209 -
definice fází, - 4 -, - 76 -
izotermický model, - 11 -
definování vícefázového proudění, - 4 -, - 75 detached Eddy Simulation (DES), - 15 -, - 109 -
J
discrete Ordinates, - 144 -, - 147 -
jiný software neţ Gambit, - 133 -
discrete Transfer Radiation Model, - 144 diskretizace, - 156 -
K
dosazení okrajových podmínek, - 135 -
kinetická energie, - 119 konstantní závislost, - 110 -
E
konstrukce roviny, - 5 -, - 106 -
energetická rovnice, - 11 -, - 108 -, - 142 -
kontury, - 80 -, - 83 -, - 86 -, - 161 -, - 164 -, - 168 -,
explicitní schéma, - 12 -
- 210 -, - 214 -
export obrázků, - 4 -, - 90 -
kontury rychlosti, - 89 -, - 163 -
export sítě, - 4 -, - 7 -, - 72 -, - 202 -
kopírování hran, - 66 k–ε model, - 14 -
F
k–ω model, - 14 -
fázové rozhraní, - 211 FIT TO WINDOWS, - 134 -
L
floating Operating Pressure, - 151 -
Laminární model, - 109 -
Fluent, - 2 -, - 3 -, - 4 -, - 5 -, - 7 -, - 9 -, - 10 -, - 11 -
Laminární proudění, - 13 -
, - 12 -, - 13 -, - 14 -, - 17 -, - 35 -, - 38 -, - 39 -, -
Large Eddy Simulation (LES), - 14 -, - 109 -
40 -, - 44 -, - 45 -, - 63 -, - 73 -, - 76 -, - 104 -, -
- 217 -
preprocessing, - 2 -, - 9 -, - 16 -
M
pressure outlet, - 70 -, - 151 -
macro, - 5 -, - 124 -, - 127 Materiály, - 148 -, - 149 -
processing, - 2 -, - 9 -, - 17 -
měřítko, - 134 -, - 141 -
proudnice, - 168 -, - 169 -, - 170 přehrání animací, - 4 -, - 86 -
mesh, - 32 -, - 38 -, - 72 -, - 95 -, - 97 -, - 99 -, - 104
přirozená konvekce, - 133 -
-, - 138 -, - 140 -,197 -, - 202 metoda konečných objemů, - 9 -
R
model DTMR, - 146 Rayleighovo číslo, - 142 -, - 143 -
model mezní vrstvy, - 4 -, - 95 -
Reynolds Stress Model (RSM), - 14 -
model turbulence DES, - 91 -
rezidua, - 3 -, - 5 -, - 50 -, - 118 -, - 157 -
modely radiace, - 144 -
Rosseland Radiation Model, - 144 -, - 146 rozdělení objemů, - 189 -
N
načtení sítě do FLUENTU, - 140 -
Ř
neizotermní proudění, - 91 řešič, - 135 -, - 142 -,
nestacionární, - 141 nestacionární model, - 10 -
S
nestacionární proudění, - 10 -, - 13 -, - 14 -, - 16 -, spacing, - 199 -
42 -, - 63 -, - 74 -, - 91 -, - 107 -, - 204 -
Spalart-Allmaras (SA), - 13 -
neviskózní model, - 13 -
spojený objem, - 185 -, - 186 spuštění výpočtu, - 158 -
O
stacionární, - 141 -
objemový modelář, - 9 -
stacionární model, - 10 -
okrajové podmínky, - 2 -, - 3 -, - 4 -, - 5 -, - 6 -, - 14
Surface-to-Surface, - 144 -, - 146 -
-, - 15 -, - 16 -, - 34 -, - 35 -, - 36 -, - 46 -, - 47 -,
- 63 -, - 70 -, - 78 -, - 102 -, - 103 -, - 114 -, - 115
T
-, - 116 -, - 117 -, - 135 -, - 136 -, - 137 -, - 149 -,
- 150 --, - 152, - 153 -, - 154 -, - 155 -, - 196 -, -
turbulentní modely, - 2 -, - 13 -
208 -
tvorba sítě, - 3 -, - 4 -, - 6 -, - 32 -, - 69 -, - 99 -, 197 -
operační podmínky, - 5 -, - 113 -, - 114 outflow, - 48 -, - 209 -
U
ukládání obrázků, - 167 -
P
ukládání výsledků, - 168 -, - 171 -
P-1 Radiation Model, - 144 -, - 146 parametry sítě, - 139 -
V
počáteční podmínky, - 3 -, - 5 -, - 14 -, - 16 -, - 49 -,
- 117 -, - 118 -, - 150 -, - 151 -, - 156 -, - 186 -, -
vektorové pole, - 166 -, - 167 -
196 -
vektory rychlosti, - 84 -, - 167 -, - 220 -
podmínka periodicity, - 4 -, 91 -,- 97 -
vícefázový model, - 12 -
posstprocesing, - 2 -, - 9 -, - 17 -
video, - 5 -, - 65 -, - 86 -, - 120 -, - 121 -, - 129 -, 130 -
postupná tvorba geometrie, - 6 -, - 173 -
- 218 -
viskózní model, - 142 -
vyexportování sítě, - 139 -
vlastní funkce, - 5 -, - 119 -
vytvoření plochy, - 176 -
vlastní příkaz, - 5 -, - 124 -, - 127 W
vliv gravitace, - 75 -, - 205 vliv teploty, - 108 -
WALL, - 136 -, - 137 -, - 153 -
vloţení roviny, - 159 Z
vnitřní oblasti, - 5 -, - 101 -, - 114 -, - 115 volná konvekce, - 4 -, - 91 -, - 109 -
závislost po částech lineární, - 111 -
Volume of Fluid, - 75 -, - 205 -
zobrazování residuí, - 157 -
- 219 -
Seznam použité literatury
[1] FLUENT 6.3 User's Guide, 2006
[2] Charles Hirsh – Numerical computation of internal & external flows – Fundamentals of
Computation Fluid Dynamics, Oxford, 2009, ISBN 978-0-7506-6594-0
[3] Jean Mathieu – An Introduction to Turbulent Flow, Cambridge University Press, 2000,
ISBN 978-0521775380
[4] Philip Pritchard – Mathcad: A Tool for Engineering Problem Solving, McGraw-Hill
Science/Engineering/Math, 2007, ISBN 978-0077231569
- 220 -
Název publikace:
Autoři:
Ing. Kateřina Horáková, Ing. Vít Honzejk, Ing. František Lemfeld
Vydavatel:
Technická univerzita v Liberci
Vyšlo:
prosinec 2010
Počet stran:
222
Vydání:
první
Tato publikace vznikla za podpory projektu FRVŠ 1108.
Tato publikace neprošla redakční ani jazykovou úpravou.
- 221 -

Manuál pro výuku Numerických metod

Transkript

Podobné dokumenty

CAD III – Pevnostní analýzy

Předvídejte, vyhodnoťte a optimalizujte vlastnosti

4 CH H.264 DVR

W-ineShop 3.9.3.3

Při psaní úvodu této práce jsem si pokládal některé obecné otázky

Příloha 1 – Instalace HDD

Transfer 26/2015 - Výzkumný a zkušební letecký ústav

Modelování proudění vody na měrném přelivu

modelování turbulentního proudění - České vysoké učení technické

Knihy nejen lidem, ale i sochám!

N1 Android 4 - CZ manual - Akai