zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Cơ khí - Chế tạo máy

Ứng dụng CFD nghiên cứu động lực học vật thể chuyển động trong môi trường chất lỏng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Báo xấu

32
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết đưa ra cơ sở toán học từ đó sử dụng mô hình lưới động trong phần mềm Ansys - Fluent để tính toán mô phỏng động lực học của vật thể chuyển động trong môi trường chất lỏng, cụ thể cho trường hợp vật thể là một hình hộp rơi tự do trong môi trường nước.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Ứng dụng CFD nghiên cứu động lực học vật thể chuyển động trong môi trường chất lỏng

CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 ỨNG DỤNG CFD NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC VẬT THỂ CHUYỂN ĐỘNG TRONG MÔI TRƯỜNG CHẤT LỎNG UTILISING THE CFD TO STUDY THE DYNAMICS OF AN ARBITRARY OBJECT MOVING IN THE FLUID ENVIRONMENT VŨ VĂN DUY, NGUYỄN CHÍ CÔNG Viện Cơ khí-Đại học Hàng hải Việt Nam Tóm tắt Bài báo đưa ra cơ sở toán học từ đó sử dụng mô hình lưới động trong phần mềm Ansys - Fluent để tính toán mô phỏng động lực học của vật thể chuyển động trong môi trường chất lỏng, cụ thể cho trường hợp vật thể là một hình hộp rơi tự do trong môi trường nước. Abstract This article presents the mathematic theory from which using the dynamic mesh model in Ansys - Fluent to calculate and simulate the dynamics of a body moving in the fluid environment. The specific case is the box falling in the water. Key words: CFD, Dynamics mesh. 1. Giới thiệu Việc sử dụng mô hình lưới động cho phép ta khảo sát được bài toán động lực học theo thời gian thực của các vật thể chuyển động trong môi trường chất lỏng. Các kết quả tường minh và gần với bài toán thực tế sẽ mở ra nhiều hướng nghiên cứu như tối ưu hóa biên dạng vật thể; xác định quĩ đạo chuyển động vật thể; tác động của sóng, gió tới tính ổn định của vật nổi và vật lơ lửng…Tuy nhiên, đây là bài toán rất phức tạp, phải tự động chia lại lưới sau mỗi bước thời gian cũng như phải mô tả được đặc tính của vật thể dưới dạng một chương trình được lập trình bằng ngôn ngữ C++. Việc kết hợp giữa các phần mềm chuyên dụng và các dữ liệu do người sử dụng định nghĩa (udf) đòi hỏi phần mềm có tính mở cao. 2. Mô hình nghiên cứu và cơ sở lý luận 2.1. Mô hình nghiên cứu Mô hình nghiên cứu có kích thước thể hiện như hình vẽ sau: 1 Hình 1. Mô hình bài toán nghiên cứu Bài toán 2D đặt ra ở đây mô tả chuyển động của vật thể hình vuông rơi thẳng trong môi trường nước, có vị trí ban đầu như hình vẽ (mép trên vật thể so với gốc là L1). 2.2. Cơ sở lý luận Liên quan đến việc giải quyết bài toán lưới động, nhiều tác giả trên thế giới đã đưa ra các phương pháp khác nhau. Nhóm tác giả Huazhong Tang, Tao Tang [2,4] đã tập trung phát triển Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 02 – 11/2016 25
CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 thuật toán theo phương pháp Lagrange và Euler để chia lại lưới sau mỗi bước thời gian, nhóm tác giả J. Donea, Antonio Huerta và các cộng sự [3] đã phân tích nhược điểm của thuật toán theo phương pháp Lagrange và Euler để từ đó đề xuất thuật toán kết hợp cả hai phương pháp này. Hình 2. Minh họa hình ảnh chia lại lưới theo bước thời gian Ở đây RX là hình ảnh lưới tương ứng với vật thể ban đầu (bên trái) và khi bị biến đổi (bên phải), theo qui luật biến đổi . Ta có: (X,t)  (X,t) = (x,t) (1)  x = x(X,t) ; t = t (2) Trong nội dung bài báo, tác giả sử dụng thuật toán lưới động thuộc phần mềm Fluent-Ansys, kết hợp với việc sử dụng ngôn ngữ lập trình C++ để thiết lập đặc tính của vật thể, sau đó biên dịch và đưa vào thư viện của phần mềm để triển khai tính toán mô phỏng. Qui trình tính toán được thể hiện qua sơ đồ khối sau: Hình 3. Sơ đồ khối thể hiện qui trình tính toán Với sơ đồ khối trên hình 3 đã chỉ rõ qui trình ứng dụng CFD vào khảo sát bài toán, việc ứng dụng Fluent-Ansys chỉ giải quyết được một công đoạn trong quá trình nghiên cứu. Nhưng Fluent- Ansys là phần mềm mở, nó cho phép can thiệp vào thư viện để mô tả đặc tính của đối tượng nghiên cứu. Công đoạn quan trọng nhất ở đây vẫn là việc phân tích kết quả, để đánh giá được sai số trong tính toán mô phỏng, từ đó đưa ra được những hiệu chỉnh phù hợp cho mô hình nghiên cứu. Cửa sổ chính được sử dụng như sau:[1] Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 02 – 11/2016 26
CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 3. Phân tích kết quả 3.1. kết quả chia lại lưới theo bước thời gian Dưới đây là hình ảnh lưới tại thời điểm đầu và tại bước thời gian (∆t=0,033445s); với số lượng ô lưới là hơn 100.000, dạng tam giác. (a) Hình 5. Hình ảnh lưới tại thời điểm đầu (a) và lúc ∆t=0,033445s (b) b) Trên hình 5 cho thấy khi vật thể rơi xuống tại thời điểm ∆t=0,033445s, các ô lưới bị kéo giãn cũng như bị nén lại theo thuật toán chia lại lưới được sử dụng. 3.2. Phân bố vận tốc và áp suất xung quanh vật thể trong quá suốt quá trình chuyển động: Tại thời điểm ∆t=0,033445s ta có trường phân bố áp suất tĩnh và vận tốc xung quanh vật thể như sau: (a) Hình 6. Phân bố áp suất tĩnh (a) và trường vận tốc (b) lúc ∆t=0,033445s (b) Ta thể hiện trường véc tơ vận tốc xung quanh vật thể để thấy rõ sự tương tác của vật thể với chất lỏng trong quá trình chuyển động. Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 02 – 11/2016 27
CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 Hình 7. Trường véc tơ vận tốc xung quanh vật thể lúc ∆t=0,033445s Qua kết quả trên hình 6 và 7 cho thấy khi vật thể rơi xuống làm nén chất lỏng phía dưới nó và kéo theo chất lỏng chuyển động ở hai bên và đặc biệt là mặt trên cùng. Theo các bước thời gian khác nhau thì vật thể rơi xuống kéo theo các thông số động lực học cũng thay đổi, để làm rõ điều này ta thể hiện kết quả trường phân bố vận tốc tại một số bước thời gian khác nhau trong suốt quá trình khảo sát. L1 L2 (a) (b) L3 L4 Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 02 – 11/2016 28 (c) (d)
CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 Các trị số vận tốc (m/s) được thể hiện qua thang đo tương ứng với các màu sắc khác nhau, ngoài ra kết quả trên còn thể hiện rõ vị trí của vật thể tại các bước thời gian, tương ứng với sự tăng dần L1, L2, L3, L4. 4. Kết luận Bài báo đã đưa ra cơ sở thuật toán của mô hình lưới động nhằm khảo sát động lực học của vật thể rơi trong môi trường nước, ứng dụng Fluent-Ansys để phân tích các thông số động lực học của vật thể và sự tương tác của vật thể với chất lỏng trong quá trình chuyển động. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. www.Ansys.com [2]. Huazhong Tang. A moving mesh methods for the Euler flow caculations using a directional monitor function, 2003. SIAM J. Number. Anal, 41. [4]. J. Donea, Antonio Huerta. Arbitrary Lagrangian – Eulerian Methods, 2004. Encyclopedia of Computational Mechanics, chapter 14. [3]. Tao Tang. Moving mesh methods for Cumputational Fluid Dynamics, 2003. SIAM J. Number. Anal, 41. Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 02 – 11/2016 29

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2418 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.