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AcuSolve 進階案例實作 鼓風機暫態共軛熱傳模擬分析

AcuSolve 進階案例實作 鼓風機暫態共軛熱傳模擬分析. 勢流科技 陳桂村 2011 / 10 / 04. 目 錄. 模型、分析條件 建立新專案 設定全域模擬內容 基本問題參數 , 移動網格與自由表面 , 網格參數 模型物件配置 ‘ Model’ 樹狀架構 – [Volumes] / [Surfaces] 建立網格 分析計算、結果呈現. 實施說明. 本範例係採用 AcuSolve 1.8a 版製作 本內容以達成下列 CFD 分析條件的模擬實作為主： 暫態、網格旋轉、流固耦合 (FSI) 、共軛熱傳

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AcuSolve 進階案例實作 鼓風機暫態共軛熱傳模擬分析

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  1. AcuSolve 進階案例實作鼓風機暫態共軛熱傳模擬分析 勢流科技 陳桂村 2011 / 10 / 04

  2. 目 錄 • 模型、分析條件 • 建立新專案 • 設定全域模擬內容 • 基本問題參數, 移動網格與自由表面, 網格參數 • 模型物件配置 • ‘Model’樹狀架構 – [Volumes] / [Surfaces] • 建立網格 • 分析計算、結果呈現

  3. 實施說明 • 本範例係採用 AcuSolve 1.8a 版製作 • 本內容以達成下列 CFD 分析條件的模擬實作為主： • 暫態、網格旋轉、流固耦合(FSI)、共軛熱傳 • 依此運作流程於未來實際問題，需進一步針對各項條件、參數、網格剖分、…等設定加以探討，以符合不同分析內容與要求 • 分析結果 “守恆性” 的檢視 • 依能量、動量、質量流的守恆基本要求，本範例展示質量流的守恆 • 結合 FieldView 13 (FV13) 做為後處裡  • AcuSolve 本身的 AcuProbe 可呈現許多結果數據、圖表 • FV13 對於整體模型結果的展現與可視化更為豐富、細緻

  4. CAD 模型組件、配置(由外而內) 風扇外殼 內部空氣 週邊空氣 扇葉、軸桿 旋轉介面-空氣

  5. 模型尺寸 Ø36 mm 64 mm Ø10 mm 47 mm 進氣口 33 mm 排氣口 Ø14 mm

  6. 模擬分析條件 • 熱源： • 銅損：軸桿 2.038 (W) • 轉速： • 軸桿和扇葉以 600 (rpm) 旋轉 • 周邊條件： • 環境溫度/流場： 25 (℃) / 0 (m/sec) [定止] • 進氣口風速： 10 (m/sec) [–Z 方向]

  7. AcuSolve 模型 周邊空氣 風扇及殼體模型網格 求解模型

  8. 組件的材料性質參數 Note:材料性質參數設定參投影片(# 21 ~ 26)

  9. 操作進度 • 模型、分析條件 • 建立新專案 • 設定全域模擬內容 • 基本問題參數, 移動網格與自由表面, 網格參數 • 模型物件配置 • ‘Model’樹狀架構 – [Volumes] / [Surfaces] • 建立網格 • 分析計算、結果呈現

  10. 建立新專案(AcuSolve) 開啟前處理作業視窗、載入CAD檔 設定基本問題參數

  11. AcuConsole 前處理 • [開始] => [所有程式] => [ACUSIM Software] => [AcuConsole V1.8a] • 開啟 AcuConsole 前處理作業視窗 => 儲存成 [E_Blower_0_0.acs] • [File] => [New] • 儲存成 [E_Blower_0_0.acs] 4. 2. 1. 3.

  12. AcuConsole 前處理 • 清除先前設定 • [File] => [Clear Setting]

  13. 載入 3D-CAD 檔 • [File] => [Import] • 載入 “Parasolid” 格式的 3D-CAD 檔 - [Blower_5_A.x_t]

  14. Note: 載入 3D-CAD 檔過程，出現 [Import Geometry] 對話框 => 按 [OK] 接受內定選項

  15. 2.載入的 [Blower_5_A.x_t] 3D-CAD 檔 1.開啟 AcuConsole 前處理作業視窗 => 儲存成 [E_Blower_0_0.acs]

  16. 操作進度 • 模型、分析條件 • 建立新專案 • 設定全域模擬內容 • 基本問題參數, 移動網格與自由表面, 網格參數 • 模型物件配置 • ‘Model’樹狀架構 – [Volumes] / [Surfaces] • 建立網格 • 分析計算、結果呈現

  17. 設定基本問題參數 • 按 鈕並展開樹狀數據欄的 [Global]，內含基本問題設定項目： • Problem Description • Auto Solution Strategy • Material Model • Body Force • Output • Nodal Initial Condition Note:本範例依序設定除了 ‘Output’ 以外所有項目

  18. “Problem Description” 設定 • 以滑鼠左鍵雙擊 [Problem Description]，並設定如下： • [Title]: AcuSolve Problem • [Sub title]: Conjugate_600rpm • [Analysis Type]: Transient • [Flow equation]: Navier-Stoke • [Temperature equation]: Advective diffusive • [Turbulence equation]: Sparart-Allmaras • [Mesh Type]: Fully specified • 其他項目接受內定設置內容 本範例為暫態熱流分析

  19. “Auto Solution Strategy”設定 • 以滑鼠左鍵雙擊 [Auto Solution Strategy]，並設定如下： • [Max time steps]: 75 • [Initial time increment]: 0.00138888888889 [sec] • [Convergence tolerance]: 1e-006 • [Max stagger iterations]: 15 • [Num. krylov vectors]: 30 • 其他項目接受內定設置內容

  20. 穩態轉速= 600 (rpm) 旋轉一圈所需時間： 每旋轉 5 (deg)所需時間：

  21. [Air] 材料設定 • 以滑鼠右鍵點擊 [Material Model] => [New] • 以滑鼠右鍵點擊在出現的 [Material Model 1] => [Rename] • 輸入 ‘Air’ • 並設定如下： • [Type]: Fluid • 參投影片(# 22)

  22. [Air] / [密度] 參數內容 [Air] / [比熱] 參數內容 [Air] / [熱傳導率] 參數內容

  23. [Aluminum] 材料設定 • 以滑鼠右鍵點擊 [Material Model] => [New] • 以滑鼠右鍵點擊在出現的 [Material Model 1] => [Rename] • 輸入 ‘Aluminum’ • 並設定如下： • [Type]: Solid • 參投影片(# 24)

  24. [Aluminum] / [密度] 參數內容 [Aluminum] / [比熱] 參數內容 [Aluminum] / [熱傳導率] 參數內容

  25. [Steel] 材料設定 • 以滑鼠右鍵點擊 [Material Model] => [New] • 以滑鼠右鍵點擊在出現的 [Material Model 1] => [Rename] • 輸入 ‘Steel’ • 並設定如下： • [Type]: Solid • 參投影片(# 26)

  26. [Steel] / [密度] 參數內容 [Steel] / [比熱] 參數內容 [Steel] / [熱傳導率] 參數內容

  27. [Body Force] – ‘Gravity’設定 • 展開 [Body Force] => 已存在 ‘Gravity’ 內定項 • 以滑鼠左鍵雙擊 [Gravity]，並設定如下： • [Medium]: Fluid • 選 [Gravity] 標籤頁  按 [Gravity] 項右側 “Open Array” 鈕 • 在[Array Editor] 對話框中： • [Y-Component]: -9.81 [m/sec^2] • 按 [OK] • 參投影片(# 28)

  28. [Body Force] – ‘熱源’設定 • 以滑鼠右鍵點擊 [Body Force] => [New] • 以滑鼠右鍵點擊在出現的 [Body Force 1] => [Rename] • 輸入 ‘Heat (1)’ • 有關實體熱源 (Heat source) 設定如下： • [Medium]: Solid • [Type]:選 ‘Per Unit Volume’ • [Type]:選 ‘Constant’ • [Volumetric heat source]: 10188487.0 [W/m^3] • 參投影片(# 30)

  29. 本範例設定熱源均勻分佈於軸桿： • 軸桿體積 = 0.0000002 [m3] • 熱量 = 2.0376974 [W] • 因此， • [Volumetric Heat source] = 10188487 [W/m^3]

  30. “Nodal Initial Condition” 設定 • 以滑鼠左鍵雙擊 [Nodal Initial Condition]，並設定如下： • [Pressure initial condition type]: Constant • [Pressure]: 0 • [Velocity initial condition type]: Constant • [x/ y/ z velocity]: 0 • [Temperature initial condition type]: Constant • [Temperature]: 25 [℃] • [Eddy viscosity initial condition type]: Constant • [Eddy viscosity]: 1e-005 • 其他項目接受內定設置內容

  31. 移動網格與自由表面 按 鈕並展開[Global]，且只進行 [Mesh Motion] 設定項目

  32. [Mesh Motion] 設定 • 以滑鼠右鍵點擊 [Mesh Motion] => [New] • 以滑鼠右鍵點擊在出現的 [Mesh Motion 1] => [Rename] • 輸入 ‘Rotation’ • 並設定如下： • [Type]: Rotation • [Rotation center]: 參投影片(# 35)  完成後，按 [OK] 返回 • [Rotation velocity]: 參投影片(# 35)  完成後，按 [OK] 返回 • [Rotation variable]: run time

  33. 需配合 CAD 模型設定旋轉中心座標 依據分析條件設定旋轉速度

  34. 全域網格參數 按 鈕並展開[Global]，且只進行 [Global Mesh Attributes] 設定項目

  35. [Global Mesh Attributes] 設定 • 以滑鼠左鍵雙擊 [Global Mesh Attributes]，並設定如下： • [Mesh size type]: Relative • [Relative Mesh Size]: 0.1 • [Curvature refinement parameters]:  On • [Curvature angle]: 25 [deg] • [Curvature mesh size factor]: 0.5 • [Mesh growth rate]: 1 • [Maximum sweep angle]: 45 [deg] • 參投影片(# 38)

  36. 操作進度 • 模型、分析條件 • 建立新專案 • 設定全域模擬內容 • 基本問題參數, 移動網格與自由表面, 網格參數 • 模型物件配置 • ‘Model’樹狀架構 – [Volumes] / [Surfaces] • 建立網格 • 分析計算、結果呈現

  37. ‘Model’樹狀架構 – [Volumes] • 在樹狀數據欄，展開 [Model]，內含模型幾何設定項目： • Volumes • Surfaces • Edges • Periodics • Nodes • Mesh Extrusions Note:本範例只運用到 ‘Volumes’ 和 ‘Surfaces’

  38. ‘Volumes’ 物件設定 • 以滑鼠右鍵點擊 [Volumes] => [Purge] • 刪除空白的實體(Volume)物件 • 以滑鼠右鍵點擊 [Volumes] => [Volume Manager] • 按 [Columns] 鈕，勾選如右側對話框內容 • 按 [OK] • 依序設定(調整、修改)實體物件的參數 • 參投影片(# 42) • 設定完成後，以滑鼠右鍵點擊 [Volumes] => [Display off] • 以滑鼠右鍵點擊 [Surfaces] => [Display on] • 以利設定表面(Surface)物件的參數

  39. 修改各實體物件名稱 參投影片(# 43)對照 設定物件 ‘Body Force’ 項目 調整各物件媒質的物態 及其材料 設定物件網格尺寸參數 採 ‘meshAbsolute ’ 方式

  40. Volume 物件名稱對照 Air_Ambient Air_Inner Interface_Rotor Rotor_Shaft Stator_House Rotor_Blade

  41. ‘Model’樹狀架構 – [Surfaces] • 以滑鼠右鍵點擊 [Surfaces] => [Purge] • 刪除空白的表面(Surface)物件 • 以滑鼠右鍵點擊 [Surfaces] => [Surface Manager] • 按 [Columns] 鈕，加、退選對話框項目內容 • 按 [OK] 參投影片(# 45) • 依序設定(調整、修改)表面物件的參數 • 參投影片(# 46) • 關於表面的物件及其對應的名稱： • 需運用 “Add to” 功能對載入 CAD 模型的表面(surface)物件實施分割、重組；必要時，請參考模型 [E_Blower_3_1.acs] 內容

  42. 簡易邊界條件型式 表面物件網格參數 過渡表面物件 關於表面的物件及其對應的名稱：需運用 “Add to” 功能對載入 CAD 模型的 表面(surface)物件實施分割、重組；必要時，請參考模型 [E_Blower_3_1.acs] 內容

  43. ‘Surface Manager’ 設定內容 • 本範例轉動件(扇葉、軸桿)於計算中旋轉，相關設定： • 模型中，動、靜件之間有過渡表面物件 • ‘Interface_Rotor’ 與 ‘Interface_Stator’ • 上述二過渡表面的 “Simple BC Active” 須設為[off] • 另外，‘X_1’表面未參與分析，“Simple BC Active” 亦設為[off] • 所有表面物件的 “Simple BC Type”相關設定： • ‘Air_Ambient’ (週邊空氣)  設為 [Far Field] • ‘Flow_In’ (進氣口)  設為 [Inflow] • ‘Flow_Out’ (排氣口)  設為 [Outflow] • 本範例配合表面物件網格疏、密需要，其相關參數設定： • 參照 ‘Absolute mesh’ 欄位各參數

  44. ‘Surface’物件設定分類 • 以下就 ‘Surface Manager’ 對話框的細節，逐一列述： • 條件類型歸納成二種： • Mesh motion & free surface ( ) 僅用於過渡表面物件 • Basic problem parameters ( ) 其他實物表面物件 • 上述 ‘其他實物’ 表面物件歸納成五類型：(A), (B), (C), (D), (E)： • (A)類型：[1] (週邊空氣) • (B)類型：[2], [3], [4], [5], [15], [16], [17], [18] (靜止物件表面) • (C)類型：[6], [7], [12], [13], [14] (動態物件表面) • (D)類型：[8] (進氣口) • (E)類型：[9] (排氣口)

  45. ‘過渡表面物件’ 設定 • 在 ‘Surfaces’ 顯示與展開狀態，按 鈕 • 依次展開該二過渡表面物件(Interface_Rotor, Interface_Stator)： • 勾選 [Interface Surface]，並以滑鼠左鍵雙擊之，設定如下： • [Gap factor]: 0 • [Gap]: 0 [m] • [Crease angle]: 90 [deg] 過渡表面物件

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