Вращательное движение — Вращение во FlowVision
В данном разделе рассматривается элементы дерева проекта в ПреПроцессоре FlowVision, в которых могут быть заданы параметры, определяющие вращение.
3.1. Задание параметров, определяющих вращение для локальной системы координат
3.1.1. Задание самой локальной системы координат (ЛСК)
Локальные системы координат-> Локальная СК #
— Начало: задаются координаты начала ЛСК в глобальной системе координат
— Оси: задаются значения проекций направляющих векторов осей X и Y локальной системы координат на оси глобальной системы координат. При этом не обязательно вводить нормированные значения, программа автоматически нормирует их. При вводе данных для одной из осей, например X , программа автоматически корректирует значения для второй оси. Ввод данных для оси Z вообще не предусмотрен — она строится автоматически по данным, введенным для осей X и Y таким образом, чтобы она была перпендикулярна осям X и Y и образовывала бы с ними правый базис (рис.6.).
Рис. 6.
3.1.2. Задание вращения в ЛСК
Локальные системы координат-> Локальная СК # ->Вращение->Вращение #
— Скорость: Задается угловая скорость вращения ω, в рад/с (с-1)
— Центр: Задается положение центра вращения в локальной системе координат
— Направление: Задаются проекции направляющего вектора оси вращения на оси ЛСК. При этом не обязательно вводить нормированные значения, программа автоматически нормирует их.
3.2. Задание вращения на регионе
При задании на Регион локальной системы координат и вращения, задача переводится во вращающуюся систему отсчета. При этом согласно п.2 на вещества в расчетной области, действует центробежная сила 
и сила Кориолиса 
. Уравнение Навье-Стокса дополняется соответствующими составляющими: 
Для корректной постановки задачи, внешние границы Региона должны быть поверхностями вращения или связанным ГУ с назначенным периодическим условием связи (рис. 7).
Рис. 7.
Граничные условия по умолчанию остаются заданными в глобальной системе координат. Поэтому для нужных ГУ (поверхности, которые вращаются в глобальной системе координат) необходимо задать вращение (см. 3.4.).
3.3. Задание вращения на граничном условии
При задании вращения на ГУ подразумевается добавление к скорости поверхности, заданной в Граничном условии 
, дополнительной тангенциальной составляющей 
, тогда вектор скорости данной точки границы можно определить как 
. На рис.8 представлен пример при задании вращения на ГУ Стенка: трение на стенке увлекает поток в попутном направлении.
Рис. 8.
На рис.9 представлен пример, в котором на ГУ Вход/Выход задано вращение и нормальная массовая скорость, поэтому результирующие вектора скорости направлены под углом к соответствующим нормалям окружности. Поверхность ГУ, на котором задается вращения не обязательно должна являться поверхностью вращения.
Рис. 9.
3.4. Задание вращения на регионе и граничном условии
В случае задания на Регионе ЛСК и Вращения мы рассматриваем движение в относительной системе координат, значит добавляем в расчет центробежную и Кореолисову силы, а задавая ЛСК и Вращение на ГУ мы добавляем тангенциальную составляющую скорости на поверхностях этого ГУ. Таким образом, для решения задачи в локальной системе координат вращающихся поверхностей (например ротора), необходимо задание ЛСК+Вращение на Регионе, а так же задание ЛСК+Вращение на тех ГУ, поверхности которых так же вращаются относительно глобальной системы координат. На всех остальных поверхностях (неподвижных в глобальной системе координат) ничего задавать не нужно. Поверхности, которые неподвижны в глобальной системе координат, включая внешние границы региона должны быть поверхностями вращения, а «вращающиеся» поверхности могут быть любыми.
3.5. Задание вращения на подобласти
Вращение на подобласти (ЛСК и Вращение) задается в случае использования «скользящей поверхности» для той подобласти, в которой будет использована вращающаяся система координат. При этом, как и в случае задания вращения на регионе согласно п.3.2 на вещества в этой подобласти, действует центробежная сила и сила Кориолиса и уравнение Навье-Стокса дополняется соответствующими составляющими (см. п.3.2).
3.6. Задание вращение для модификатора «Подвижное тело»
Для подвижного тела может быть задан любой вид движения, в том числе и вращение.
Вращение здесь задается проекциями вектора угловой скорости на оси глобальной (абсолютной) системы координат (ωx, ωy, ωz) , а центр вращения задается либо совпадающим с центром инерции, либо координатами в локальной системе координат объекта.
4. Отображение результатов
FlowVision отображает скорость и другие векторные переменные в спутной системе координат. Это – глобальная (абсолютная) СК, совпадающая в данный момент времени с локальной (относительной) СК.
Поэтому пользователь видит геометрическую модель расчетной области в локальной (относительной) СК, а векторные переменные — в абсолютной СК (Рис. 10.). Однако для векторов существует также возможность отображения в относительной СК (Рис. 10.). Для этого необходимо задать параметры необходимой системы отсчёта в свойствах слоя «Векторы» в разделе Движущаяся СК.
Как задать авторотация вращение подвижного тела flowvision
Методика применения FlowVision
-
(new!)(new!)
- Сразу после импорта геометрической модели проверяйте её на самопересечения
- Включайте сохранение истории результатов расчёта
- Сохраняйте fvvis файлы
- Сохраняйте значения характеристик в glo-файл
- Выводите в окно мониторинга max и min значения ключевых параметров процесса
- Отключайте ППП от считающего солвера (расчёт можно контролировать в Терминале или Модуле просмотра результатов)
- Возможность получить значение глобальной переменной с предыдущего шага — для интегрирования по времени и задания формул с приращениями величин
- Редактор начальной сетки позволяет создавать 1D сетки — для экономии ресурсов на тестовые расчёты
- Больше вариантов задания области действия модификаторов — особенно актуально для задач с тепловыделяющими сборками
- Настройка проекта Abaqus
- Создание и настройка проекта FlowVision
- запуск FSI расчета
- Особенности подготовки геометрии в CAD системе;
- Проверка корректности экспортированной из CAD системы геометрии;
- Исправление геометрии во FlowVision;
- Создание сборки во FlowVision;
- Приемы редактирования геометрии во FlowVision.
- Проверка качества расчетной сетки.
- Соединения — шлицевые, резьбовые, всякие прочие с натягом и выступающими элементами геометрии — на теплообмен в подавляющем случае выступающие элементы никак не влияют, так что можно спокойно срезать резьбу на детали и винте и заменять винтовую контактную поверхность на цилиндрическую.
- Всяческие пружинящие детали, как на картинке ниже. Здесь снова проще отрезать пружинку поверхностью, на которую пружинка в реальности должна опираться.
- При создании трехмерных моделей избегайте неточного собпряжения тел, которые, например, получаются, если мы выполняем операцию объединения двух солидов по не очень хорошо совпадающим поверхностям. Избегайте очень маленьких ступенек, например на стыке между двумя цилиндрическими поверхностями.
- Операция вычитания солида из солида нередко дает сетку заметно худшую, чем в выше описанных случаях. Не стоит вычитать похожие по размерам солиды друг из друга. «Вытянутый вырез» почти всегда надежнее прочих булевых операций.
- Не допускайте в геометрии таких поверхностей, которые образуют в сечении плоскостью очень-очень острые углы. Такие поверхности просто сливаются в одну с точки зрения компьютера. Ни сетку не построить, ни посчитать. Наверняка на практике имеются скругления или фаски. Кстати, скругления или фаски в ряде случаев позволяют решить некоторые проблемы при импорте во FlowVision.
- При экспорте в STL»Отклонение» я выставляю на максимум. А угол (наиболее заметно влияющий на точность), я как правило ставлю от 10 до 6 градусов, в зависимости от требуемой точности.
- При экспорте в WRML, если позволяют мощности компьютера, я всегда выставляю максимально возможную точность. Это позволяет получить геометрию с минимальным числом ошибок. Точность экспорта в WRML в SolidWorks выставляется путем настройки изображения в окне с 3d моделью, см. рис. ниже.
- Создаем пустой проект во FlowVision на основе любой простейшей геометрии. Удобнее будет на основе бокса, который по своим размерам раза в два больше нашей сборки.
- Создаем пустую Модель и задаем ее в подобласти.
- На элементе Модификаторы кликаем правой кнопкой мыши и выбираем «Пакетный импорт. » и выбираем все файлы для нашей сборки. Произойдет пакетный импорт новых Импортированных объектов и автоматическое создание на основе этой геометрии Подвижных тел.
- Т.к. подвижные тела можно создавать только на основе геометрии, отвечающей всем требованиям к геометрии расчетной области FlowVision, то все некорректные импортированные объекты останутся без Подвижного тела, а в окне логов отобразятся сообщения об ошибках импорта. Так мы получим список файлов с грубыми ошибками, которые нужно исправить, прежде чем пытаться создать расчетную область-сборку.
- Если вдруг наши подвижные тела оказались заметно больше расчетной области, то мы их не сможем разглядеть, т.к. их изображение обрезается. Для того, чтобы «отодвинуть камеру», нужно во вкладке «Отображение» увеличить параметр «Расширение» (по умолчанию равно единице) до тех пор, пока все подвижные тела не станут отображаться полностью.
- Для следующего шага нам обязательно понадобится какая-нибудь не единичная начальная сетка.Поэтому построим простейшую начальную сетку с адекватным (с точки зрения нашей геометрии) размером начальных ячеек. Ну, скажем, вобъем что-нибудь вроде 100x100x200 ячеек.
- После того, как все грубые ошибки были исправлены, необходимо убедиться, что каждое подвижное тело не имеет самопересекающихся треугольников. Дело в том, что самопересечения во время импорта не детектируются. Эту операцию необходимо проделать отдельно. На элементе «Регион» жмем правой кнопкой мыши и выбираем «Проверить геометрию + подвижные тела на самопересечения»
- Программа спросит «Хотите ли Вы перед проверкой преобразовать геометрию к состоянию, в котором на солвере будет производиться расчёт?» Однозначно отвечаем «Да». Дело в том, что в процессе расчета поверхности могут смещаться на величины едва ли не порядка точности. Это необходимая процедура для построения сетки. Но даже при таком малом смещении возможно образование самопересечений, если треугольники нашей геометрии, что называется, на грани фола. И, кстати, именно для этой проверки нам необходимо, чтобы была задана какая-то начальная сетка.
- В результате этой проверки будет оповещено, какие импортированные объекты имеют самопересечения. И для каждого Импортированного объекта с самопересечением будет создан Импортированный объект в постпроцессоре, который будет содержать только самопересекающиеся треугольники. Это позволит сразу изучить проблемное место. Важно отметить, что в случае набора подвижных тел будет проверяться пересечение только в рамках каждого отдельного Подвижного тела. Самопересечения между телами искаться не будут. Но нам это и нужно, сначала мы хотим получить корректную геометрию каждой отдельной детали.
- Исправляем самопересечения и получаем набор из поверхностей, готовых для корректного создания расчетной области.
- Вычисленную по алгоритму в предыдущем параграфе негодную для импорта геометрию мы используем для создания проекта во FlowVision;
- После создания проекта увидим всем знакомое сообщение об ошибках геометрии, см. рис. ниже.
- Кликая правой кнопкой по каждой из неисправностей с восклицательным знаком пробуем «Вылечить» геометрию. Очевидно, что какие-то грубые ошибки в геометрии вылечить невозможно, во FlowVision пока еще не встроен искусственный разум. А некоторые некорректные сетки вообще могут заставить FlowVision потерять сознание от неожиданности. Мы стараемся количество таких падений уменьшить, хотя, как вы понимаете, типов проблем в геометрии бесчисленное множество. Но с каждой новой версией FV будет справляться все с большим числом ошибок, а вместо падений все чаще сообщать, что геометрию вылечить не удалось. В любом случае, уже сегодня средствами одного только FlowVision удается исправить самопересечения, перекрытия и дырявости едва ли не в 50-70% случаев. На мой личный скромный взгляд — это прорыв!
- Если вылечить геометрию не удалось или удалось вылечить только часть проблем, то существует возможность экспортировать поверхность в MESH, WRML2 или vtk (правой кнопкой мыши по Регион, или по Импортированному объекту, или по Поверхности в элементе Геометрия, который находится в Подобласти.
- Экспортированную геометрию уже можно пытаться долечить пофасеточно в специальных программах (3DTransVidia — шикарная программулина, сделано в России! Или бесплатный MeshLab — по первым впечателниям весьма мощная программулина).
- Ну и для ленивых всегда есть возможность попробовать экспортировать геометрию из CAD систему с чуть иными параметрами точности, нередко это помогает.
- После исправления ошибок выполняем проверку на самопересечения (см выше). Есть во FlowVision возможность попробовать автоматически исправить и самопересечения.
- Ну и в самом конце рекомендую выполнить Удаление маленьких треугольников (правой кнопкой мыши на Регионе и Импортированном объекте). Эта операция удаляет треугольники, одна сторона которых несоизмерима с двумя остальными. По сути не треугольник, а линия. Такая чистка исключительно положительно повлияет на качество построения расчетной сетки.
- Ну а теперь экспортируем всю геометрию из FlowVision. А вот тут автоматизации, увы, пока нет.
- Редактирование исходной детали в CAD системе и замена новой деталью старой подобласти. Да, существует возможность в проекте заменить поверхность подобласти на новую геометрию. Для этого кликайте правой кнопкой по элементу Поверхность, который находится в «Геометрии» в «Подобласти». В меню выбираем «Заменить поверхность».
- В контекстном меню на «Поверхности» можно также найти опцию выполнения эквидистантного сдвига. Так мы можем отоффсетить дополнительно выбранную поверхность. Из двух пересекающихся поверхностей я выбираю ту, что попроще, которая не имеет слишком острых углов, маленьких уступов и т.д. Оффсет такой поверхности происходит с большей вероятностью успеха.
- Ну и если у нас достаточно простая геометрия деталей (например, деталей мало и есть плоская поверхность контакта), то можно даже использовать перемещение и масштабирование подобласти (поверхности). Чуть сдвинули деталь и получили нужный зазор. Редактирование геометрии подобласти аналогично редактированию геометрии импортированного тела. Имеется широкий спектр услуг, см рисунок ниже 🙂
- Проверяем расчетную область и подвижные тела на самопересечения с учетом сдвига на солвере (теперь уже с финальной начальной сеткой).
- Проверяем сам процесс построения расчетной сетки — об этом ниже.
- до-, транс-, сверх- и гиперзвуковое трехмерные течения
- стационарные/нестационарные задачи
- ньютоновская и неньютоновская жидкость
- многоскоростное приближение
- k-Epsilon стандартная/квадратичная;
- k-Epsilon низкорейнольдсовая;
- k-Epsilon FV низкорейнольдсовая квадратичная;
- Shear Stress Transport;
- Spalart-Allmares;
- LES Смагоринского;
- ILES подход;
- ламинарно-турбулентный переход;
- пристеночные функции
- поверхностное натяжение;
- первичное дробление;
- слияние капель в несущую фазу;
- перенос капель
- изо- и анизотропная теплопроводность;
- естественная и вынужденная конвекция;
- сопряженный теплообмен;
- диффузионный лучистый теплообмен P1;
- тепловой пограничный слой;
- Джоулево тепло;
- объемные источники тепловыделения
- модель Зельдовича;
- модель кинетическая;
- модель турбулентная;
- модель пульсационная;
- модель EDC;
- модель NOx;
- дефлограция/детонация
- перенос несмешиваемых/смешиваемых компонент;
- испарение частиц;
- осаждение пленки на поверхность
- эффект Марангони;
- учет теплопереноса;
- учет кривизны;
- управление вязкостью;
- электропроводимость
- произвольный закон движения тела в пространстве
- учет аэрогидродинамических и инерционных сил на движение тела
- учет контактного воздействия
- нестационарное сопряжение типа Ротор-Статор (Скользящая поверхность):
- сопряженный теплообмен по скользящей поверхности;
- сопряжение типа «Frozen Rotor»;
- моделирование режима авторотации;
- поддержка множества осей вращения с различной пространственной ориентацией и глубиной вложенности
- секторная постановка с осреднением по скользящей поверхности
Многодисциплинарное моделирование и оптимизация:
- передача распределения давления и температуры в пакеты прочностного анализа, основанных на методе конечных элементов и получение от них деформированной геометрии и распределения температуры:
- интеграция с системой многокритериальной оптимизации IOSO для решения задачи оптимизации формы
- передача данных в пакет моделирования нейтронного переноса TORT
- передача данных в пакет вычислительной акустики LMS Virtual.Lab
Препроцессор:
- чтение геометрической модели из сеточных форматов STL, VRML, MESH, ABAQUS, ANSYS, NASTRAN, Star CD cel, VTK, CEDRE NGEOM
- чтение геометрической модели из параметрических форматов IGES, STEP, Parasolid, JT, VDA-FS, UG NX, Pro/E, Creo, Inventor, SolidWorks, SolidEdge, CATIA V4, CATIA V5, CATIA V6 (опционально)
Граничные условия:
- вход/выход: скорость, давление, полное давление, расход
- стенка: прилипание, проскальзывание, шероховатость, сопряжение, адиабатическая, с заданной температурой, тепловой поток
- симметрия, скользящее, периодика, сопряженное, неотражающие
- задание параметров с помощью аналитической зависимости или табличного распределения
Постпроцессор:
- способы визуализации течения на границах области, пользовательских импортированных поверхностях, плоскостях и в объеме: графики, вектора, изолинии, цветовые контура, изоповерхности, линии тока, объемная визуализация
- интегральные, распределенные и локальные характеристики в сечении, на поверхности и в объеме
- пакетная обработка результатов для создания анимации нестационарных течений
- пользовательские переменные
- источники освещения
- off-line визуализация
- визуализация решения в процессе счета
- передача данных в пакет EnSight
Численный метод:
- метод конечного объема
- схема конвективного переноса повышенного порядка точности
- расщепление уравнений Навье-Стокса на подсистему для компонент скорости и уравнение для давления
- явная и неявная схемы решения
- крыловский GM-RES метод сверхлинейной сходимости
Документация:
- русскоязычная документация с гиперссылками
- отдельное печатное издание
Параллельные вычисления:
Архитектура и платформа:
- платформа Microsoft Windows XP и выше, Linux
- 32/64-битная адресация памяти
- сетевая «плавающая» лицензия
- MPI библиотеки межпроцессорной коммуникации
- многоядерное/многопоточное распараллеливание
- OpenGL кросс-платформенная визуализация
Системные требования:
- Операционные системы: Linux/Windows
- Подробные системные требования а так же рекомендации по выбору компонент системы можно найти в документации.
Бесплатно студентам!
Программа «Учись, студент!» нацелена на поддержку учащихся высших учебных заведений и предлагает Вам получить абсолютно бесплатную лицензию на программный комплекс FlowVision для выполнения Вашей учебной или научной исследовательской работы.
Я учусь в университете, что мне это дает?
Если Вы студент специалитета, бакалавриата или магистратуры, а также если Вы аспирант, то, став участником программы «Учись, студент!», Вы получаете в свое распоряжение полную легальную версию FlowVision без значимых ограничений для выполнения Вашей работы.
На какой срок выдается лицензия?
Лицензия выдается на 2 месяца. С учетом Вашей текущей загрузки и этапности выполнения вашей работы в течении семестра, 2 месяца это оптимальный срок на выполнение расчетной части вашей работы. Если окажется, что 2х месяцев недостаточно, что обычно случается при работе над кандидатской, то вы можете продлить срок действия лицензии еще на 2 месяца.
Я никогда не занимался моделированием, смогу ли я освоить FlowVision?
Современная технология математического моделирования движения жидкости и газа достигло значимых успехов. Сегодня вам не обязательно владеть в совершенстве теорией рядов или теорией дифференциального исчисления, помнить задачу Коши или теорему Остроградского-Гаусса, чтобы начать решать задачи с помощью FlowVision.
Для освоения FlowVision Вам, в первую очередь, необходимо желание его освоить. В комплекте к FlowVision идет Самоучитель, пройдя который за 1-2 недели вы освоите базовые принципы работы в FlowVision. И Самоучитель и сам FlowVision написан на русском языке, что упростит его освоение.
Также вам в помощь мы выделяем наших лучших инженеров и методистов, за плечами которых значимые выполненные промышленные проекты в России и за рубежом.
Допустимо ли использование FlowVision в учебном процессе?
Да, допустимо. Сегодня FlowVision используется в ВУЗах России и за рубежом в лабораторных практикумах и исследовательских работах.
Однако, вы должны понимать, что все это возможно только если использование FlowVision построено на официально внедренных методиках обучения и программах обучения.
Чтобы не попасть на конфликт с вашей кафедрой или факультетом, обязательно согласуйте Ваше участие в программе «Учись, студент!» с вашим научным руководителем, руководителем практики, учебного проекта или руководителем вашего структурного подразделения.
Только при участии вашего куратора Вы сможете спокойно погрузиться в мир математического моделирования.
Что я должен сделать взамен?
По завершении работы Вы предоставляете нам ваш проект в FlowVision и пояснительную записку или ее раздел вашей работы, где описывается процесс решения задачи с помощью FlowVision и полученные результаты. Эту информация мы будем использовать для дальнейшей популяризации технологии математического моделирования среди учащихся инженерных специальностей, а также предприятий.
Если смогли Вы, то смогут и другие. Если смогли другие, то сможете и Вы!
Неужели так все просто?
И да и нет. FlowVision позволяет очень многое, поэтому крайне важно не увлечься и вместе с вашим руководителем, а также по советам наших инженеров, ограничить сектор работы, чтобы уложиться в сроки и поспеть к сроку сдачи работы.
Также вам предстоит определенная бюрократическая предварительная работа, выполнив которую вы будете точно уверены, что ваш университет вам помогает, а ваша мотивация позволит вам приступить к изучению Самоучителя.
Как принять участие?
Публикации участников программы “Учись студент!”
Применениe FlowVision
FlowVision может применяется для решения сразу нескольких разных задач на одном предприятии.
Познакомьтесь с опытом применения FlowVision на предприятиях, в НИЦ и ВУЗах
Сборник трудов международного форума Инеженерные системы содержит материалы, посвященные применению CAE пакетов FlowVision, Abaqus и Autoform в промышленности и в образовании.
В сборнике 2017 года вы найдете следующие статьи, посвященные применению FlowVision:
В статье рассматривается моделирование процессов течения жидкостей в программном комплексе FlowVision с учетом капиллярного эффекта, смачиваемости, сил проверхностного натяжения и вязкости жидкости. Решены тестовые задачи по учету влияния смачиваемости поверхности на основе моделирования капли ртути, помещенной на гидрофобную поверхность, а также по учету капиллярного эффекта путем погружения тонкой трубки в жидкость и повышения ее уровня.
Получение с помощью FlowVision виртуальной ветки характеристики существующей ступени центробежного компрессора (зависимости степени повышения давления в ступени от массового расхода воздуха, приведенного к нормальным атмосферным условиям, при заданной частоте вращения ротора n) и сравнение результатов расчёта с характеристикой, полученной в ходе натурного эксперимента.
Моделирование процесса нестационарного горения метано-воздушной смеси в угольных шахтах.
Сформулированы аналитические зависимости для выполнения моделирования нестационарного горения метано-воздушной смеси на базе программного комплекса FlowVision. Проверена адекватность компьютерной модели на экспериментальных данных, приведенных в литературе для 7 экспериментов, а также на собственных экспериментальных данных. Средняя относительная погрешность модели составляет от 10 до 20%.
Работа посвящена математическому моделированию потоков, возникающих на горных склонах и могущих представлять опасность для людей и различных объектов. Примерами таких потоков являются быстрые оползни, сели, лавины, лавовые потоки. Дается краткая характеристика моделей, которые использовались до настоящего времени, а также представлены новые, более сложные модели. В этих моделях учитываются нелинейные реологические свойства движущейся среды, захват и вовлечение в движение материала, лежащего на склоне, и турбулентный характер движения. Приведены результаты тестовых расчетов движения потоков по длинным однородным склонам, показывающие влияние реологических свойств, турбулентности и захвата массы на поведение потока.
Исследуется масштабируемость вычислений задач газодинамики в программном комплексе FlowVision на кластере Ангара-К1 с интерконнектом Ангара. Рассматривались несколько тестовых задач, имеющих 260 тысяч, 5.5 млн и 26.8 млн расчетных ячеек. Вычисления во FlowVision проводились с использованием нового решателя систем линейных алгебраических уравнений, основанного на алгебраическом многосеточном методе AMG (Algebraic MultiGrid). Показано, что специальная технология FlowVision “Динамическая балансировка” позволяет существенно увеличить производительность вычислений, если особенности постановки расчетной задачи способствуют неравномерности загрузки процессоров. Кластер Ангара-К1 продемонстрировал отличные характеристики производительности и масштабируемости вычислений, не уступающие аналогам с интерконнектом 4х FDR Infiniband.
Акимов В.С., Силаев Д.П., Симонов А.С., Семенов А.С. Исследование масштабируемости FlowVision на кластере с интерконнектом Ангара //Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии. 2017. Т. 18. № 4. С. 406-415.
ПК вычислительной аэро- и гидродинамики FlowVision от компании ТЕСИС обладает оригинальной технологией построения расчетной сетки для геометрии любой сложности конструкторского представления. Это позволило выполнить ряд проектов, целью которых было определение тепловых режимов, на которых работает микроэлектронная и электронная аппаратура.
В журнале Компьютерные исследования и моделирование опубликована статья “Численное моделирование внешнего обтекания спортсмена”.
В журнале Компьютерные исследования и моделирование опубликована статья “Расчет гидродинамических воздействий на возвращаемый аппарат при посадке на воду”.
В журнале Компьютерные исследования и моделирование опубликована статья “Верификация расчетных характеристик сверхзвуковых турбулентных струй”.
Данный сборник включает в себя доклады участников Международного форума «Инженерные системы–2016», сгруппированные по тематикам, состоявшихся в рамках форума ежегодных конференций пользователей программных продуктов: FlowVision, SIMULIA Abaqus и DEFORM. Вы сможете ознакомиться с докладами, посвященными решению различных задач в таких областях, как прочность и долговечность конструкции, аэро-, газо- и гидродинамика, промышленная безопасность, оптимизация, взаимодействие жидкости и конструкции, обработка металлов давлением. В докладах отражен современный уровень использования программных продуктов в инженерной практике.
Труды Международного форума «Инженерные системы–2016» будут интересны инженерам, занимающихся аналогичными задачами, а также аспирантам, студентам и преподавателям высших учебных заведений технического профиля.
В журнале Вычислительная механика сплошных сред опубликована статья “Потоки углового момента во вращающемся слое с локализованным нагревом”.
История развития
FlowVision 1
Прототип программного комплекса FlowVision был разработан коллективом авторов Аксенов А.А. и Гудзовский А.В. в Институте автоматизации проектирования РАН (рук. О.М.Белоцерковский) в 1991 году. Комплекс был написан на алгоритмическом языке Fortran, работал под управлением операционной системы MS-DOS, имел интерактивный оконный графический интерфейс пользователя и поддерживал параллельные вычисления на транспьютерах (до 128 процессоров).
Функциональная составляющая содержала работу с декартовой сеткой со ступенчатой аппроксимацией границ расчетной области, модель несжимаемой среды, k-Epsilon модель турбулентности, модель горения. Первая версия нашла применение в международном проекте «Морской старт» по старту ракетоносителей с морской платформы, а также при оптимизации ТЭЦ с целью снижения вредных выбросов.
Результаты моделирования воздействия струи ракеты на стартовый стол проекта «Морской старт» для РКК Энергия им.С.П.Королева
Результаты моделирования движения дымовых газов в дымоходе одной из московских ТЭЦ. Работа выполнена специалистами Eagle Dynamics
FlowVision 2
Работа над FlowVision второго поколения была начата коллективом авторов Аксенов А.А., Похилко В.И., Дядькин А.А. и Сельвачев А.В. с нуля в 1995 году. В 1999 году коллектив авторов принял решение в полном составе перейти в компанию ТЕСИС с целью разработки коммерческой версии FlowVision и ее продвижения на отечественном и зарубежном рынке инженерного программного обеспечения. В 2000 году компания ТЕСИС выпускает первый коммерческий релиз FlowVision.
Программный комплекс был написан на алгоритмическом языке C++ и работал под управлением операционной системы Windows 95. Код был написан как последовательный. Графическая оболочка была объединена с решателем. Существенным изменениям подвергся блок построения сетки, где впервые была представлена возможность построения криволинейных границ с подсеточным разрешением геометрии. Было реализовано пять моделей турбулентности, решатель для разных диапазонов чисел Маха (несжимаемый и сжимаемый), многокомпонентное течение (не более 3х компонент), горение углеводородного газового топлива, модель свободной поверхности (без второй фазы) и модуль подвижного тела.
Впервые в мировой практике был создан функционал FSI (Fluid Structure Interaction) промышленного уровня на базе коммерческих кодов общего назначения для решения задачи аквапланирования автомобильной шины, где FlowVision взаимодействовал в автоматическом режиме с конечноэлементным кодом вычислительной прочности Abaqus. В 2005 г. был получен сертификат соответствия Госстандарта РФ.
Сертификат соответствия FlowVision техническим требованиям, выдан Госстандартом РФ
В связи с разработкой и релизом следующего поколения FlowVision, в 2010 году разработка второй версии была прекращена, в 2012 году перестала оказываться техническая поддержка. Однако вторая версия до сих пор находится в эксплуатации.
Графический интерфейс пользователя FlowVision версии 2
FlowVision 3
В 2004 году была начата работа над третьим поколением FlowVision, т.к. архитектура второй версии исчерпала ресурсы по расширению комплекса. В основу третьей версии были положены следующие технологические концепции: параллелизм вычислений на всех уровнях решателя, кросс-платформенность и новая расширяемая модульная клиент-серверная архитектура. В 2006 году был представлен первый релиз. С 2007 года компания ТЕСИС меняет формат разработки, участвуя в различных тематических федеральных целевых программах. Например, совместно с НИВЦ МГУ была выполнена работа по разработке решателя для терафлопных вычислений; совместно с НИВЦ МГЦ, ЦАГИ и компанией Сигма Технология выполнена работа по созданию технологии оптимизации для задач аэродинамики.
Графический интерфейс пользователя FlowVision версии 3
С 2010 года успехи разработчиков FlowVision позволили начать предлагать на рынке программные компоненты для сторонних разработчиков инженерного программного обеспечения. Например, матричный решатель FlowVision был интегрирован в продукте CFDesign компании BlueRidge Numerics, впоследствии купленной компанией Autodesk. Кроме этого в 2010 году компанией ТЕСИС был заключен трехлетний контракт с РФЯЦ ВНИИЭФ по созданию компонент и активному развитию программного комплекса ЛОГОС. В частности, модуль ЛОГОС-Адаптивность является функциональной копией FlowVision версии 3.08.
С 2008 года успехи разработчиков FlowVision в области задач взаимодействия течения и конструкции были замечены на международном уровне и начинается долголетнее партнерство с компанией Dassault Systemes в области многодисциплинарного моделирования. Благодаря уникальным возможностям FlowVision выполняется несколько зарубежных проектов в области гидроупругости и аэроупругости.
В 2014 году команда разработчиков FlowVision вступает в международный проект «Живое сердце» (Living Heart Project), в рамках которого создается математическая модель работающего сердца, учитывающая электромеханические свойства мышечной ткани, работу предсердий, желудочков и клапанов (в том числе искусственных) в динамике. Разработчики FlowVision в этом проекте отвечают за моделирование движения крови в сердце, решая задачу двухстороннего сопряжения движения сердечной мышцы и движения крови.
В настоящее время FlowVision продолжает активно развиваться в сторону расширения своих возможностей по моделированию сложных физических процессов по заявкам предприятий.
Области применения
Аэрокосмическая промышленность
FlowVision дает возможность решать широкий спектр специализированных задач, возникающих в аэрокосмической индустрии. Лёгкость использования и возможность быстро получать надёжные результаты в сложных расчётных областях делают программу привлекательной для аэрокосмических предприятий России.
Мы сотрудничаем с РКК ЭНЕРГИЯ (Москва), НПО ЭНЕРГОМАШ (Химки), ГКБ ЮЖНОЕ (Днепропетровск), Государственным ракетным центром КБ им. Ак. В.П.Макеева (Миасс), Московским Физико-Техническим Институтом (Факультетом Аэрофизики и Космических Исследований).
- старт ракетоносителя с морской платформы,
- вход спускаемого аппарата в верхние слои атмосферы,
- движение газов и жидкостей по магистралям,
- горения топлива в реактивном двигателе,
- теплообмен в рубашке охлаждения,
- течение воздуха в многоступенчатом компрессоре,
- вентилляция внутренних отсеков,
- моделирование внештатных ситуаций на космической станции,
- отделение головной части.
Автомобилестроение
FlowVision решает задачи внешней и внутренней аэродинамики автомобиля, моделирует процессы, протекающие в двигателе внутреннего сгорания. FlowVision демонстрирует несравненные преимущества перед другими программами при моделировании микроклимата автомобиля и аквапланирования колеса на мокрой дороге.
Мы сотрудничаем с АО <АВТОВАЗ>, кафедрой ДВС Владимирского Государственного Университета, с ведущими разработчиками оптимальных протекторов автомобильных шин.
- вентиляция и охлаждение подкапотного пространства,
- вентиляция и подогрев салона автомобиля,
- взаимодействие деформируемой шины с лужей,
- определение силы и момента силы сопротивления воздуха,
- загрязнение поверхности машины пылью.
Турбомашиностроение
FlowVision эффективно рассчитывает течение в агрегате с вращающимися частями. Если вращающиеся части (роторы) могут быть окружены циллиндрическими поверхностями без пересечения границ расчётной области, применяется технология “скользящих сеток”: роторы рассчитаются во вращающихся системах координат, неподвижные части (статоры, корпус) – в неподвижной системе координат. Если роторы не могут быть окружены циллиндрическими поверхностями, применяется технология “подвижных тел”.
Мы сотрудничаем с КБ САЛЮТ (Москва), ЗАО “ИнтеРе АО” (Химки, МО), НИИ Уралмет (Челябинск), ОАО Арзамасский Приборостроительный завод.
- течение в гидротурбине,
- течение в водяном счетчике,
- течение воздуха в центробежном компрессоре,
- течение воды в центробежном насосе,
- течение воздуха в аксиальном компрессоре,
- течение горячего газа в аксиальной турбине,
- внешнее охлаждение лопаток турбины,
- внутреннее охлаждение лопаток турбины,
- течение воздуха в компрессоре с винтовыми роторами,
- течение воздуха около ветровой электростанции,
- течение воздуха с твёрдыми частицами в газонокосилке.
Энергетика
Возможность решать сложные задачи энергетики и теплофизики делает FlowVision незаменимым пакетом для разработчиков энергоустановок. Набор надёжных моделей физических процессов помогает понять сложное течение в горелке, котле, двигателе. Дружественный графический интерфейс позволяет определить потери давления в агрегате, вывести на экран распределения скорости газа, температуры и компонентов газовой смеси в произвольном сечении, на произвольной поверхности.
Мы сотрудничаем с ЦНИИМАШ, Игл Дайнемикс, АО Ростовэнергоналадка, ЗАО Промсервис (Димитровград), ОКБ Машиностроения (Н-Новгород), АО Верхнесалдинское Металлургическое Производственное Объединение.
- горение природного газа в различных газовых горелках с образованием NOx (оксидов азота),
- горение C3H8-C4h20 (пропан-бутановой смеси), h3, CO в перспективных газовых горелках,
- горение капельного топлива,
- горение пульверизованного угля,
- горение биологического топлива,
- моделирование процессов в котле ТЭЦ ,
- сопряженный теплообмен (газ – жидкость – твердое тело) в теплообменнике.
Судостроение
FlowVision используется для проектирования сухогрузов, судов на подводных крыльях и гидросамолетов. Течение моделируется с учётом осадки корабля, волнения и работы винта. Пользователи имеют возможность получать и анализировать трёхмерные поля скорости, давления и турбулентной энергии около корабля и гребного винта.
Мы сотрудничаем с АО Вымпел (Нижний Новгород), НПО АГАТ (подразделение морских систем ОКБ Сухого, С-Петербург), ТАНТК им. Бериева (Таганрог), Таганрогским Государственным Радиотехническим Университетом.
- определение коэффициента сопротивления корабля,
- формирование ближнего и дальнего следа,
- спуск судна на воду,
- приводнение гидросамолёта.
- оптимизация формы винта.
Химическая промышленность
FlowVision используется для моделирования перемешивания жидкостей в различных химических реакторах. В процессе расчета контролируется качество перемешивания и находятся пути увеличения производительности агрегата.
- перемешивание жидкостей в реакторе смешения с импеллером, работающем в режиме загрузка – выгрузка,
- перемешивание жидкостей, сопровождаемое экзотермической реакцией, в реакторе смешения, включённом в непрерывный цикл производства.
Ссылки на статьи
В разделе публикации можно найти различные статьи, описывающие опыт применения FlowVision в разных областях
-
(new!)
В 1856 году французский гидравлик Анри Дарси экспериментально получил уравнение баланса импульса для медленного стационарного течения несжимаемой жидкости в пористой среде: 
Сегодня это уравнение так и называется — «закон Дарси» — и активно применяется в гидравлике малых скоростей при моделировании течений в трубопроводах и пористых средах.
Модель Дарси определяет линейную зависимость между градиентом давления и скоростью фильтрации. Но такое допущение возможно только для медленных течений с числом Рейнольдса Re (new!)
FlowVision
Данная статья является продолжением небольшого цикла, описывающего специальную технологию FlowVision, предназначенную для решения задачи теплообмена в сложных сборках. Однако этот материал будет полезен широкому кругу пользователей FlowVision, т.к. содержит полезную информацию о подготовке геометрии для расчета.
Рис. 1. Сборка во FlowVision
Рассмотрим сборку из, примерно, около 100 деталей и ряд базовых операций, которые позволяют быстренько собрать самую некрасивую сборку во что-то, пригодное для построения расчетной сетки.
Шаг первый — подготовка в CAD
Рис. 2. Красным выделены пружинящие контакты детали в составе сборки мобильного устройства. В данном конкретном случае желтые пружины обрезаются зеленой поверхностью. Площадь контакта в ряде случаев уменьшается, но далеко не всегда этот контакт является определяющим, так что проще просто вырезать пересекающийся объем.
Таким образом, мы ищем крупные объемы пересечения и устраняем их сразу в CAD системе. Например, в сборке из 400 деталей мне потребовалось около полутора часов работы на устранение таких пересечений. Согласитесь, это немного. Кстати, поиск больших объемов пересечения в сборках как правило легко автоматизируется, например в SolidWorks в инструментах анализа есть «Проверка интерференции». Снимаем галочку «считать совпадение интерференцией» (т.к. совпадений будет много и устранять мы их будем быстро и изящно) и изучаем список пересечений, с указанием деталей, которые образуют пересечение. Где-то, возможно в CATIA, а может и в SolidWorks, можно еще просмотреть величину объема пересечения. Ищем самые немикроскопические объемы и устраняем их.
Рис.3. Проверка пересечения деталей сборки
Шаг второй — экспорт сборки из CAD и создание сборки во FlowVision
Проверка корректности экспортированной геометрии
Самопересечения, исправление геометрии во FlowVision, импорт/экспорт геометрии во FlowVision
Создание сборки во FlowVision. Оффсет — автоматическое создание зазоров
Рис.5. Пример микроскопических пересечений поверхностей из-за триангуляции аналитически описанной геометрии. На картинке справа имеем типичную ситуацию сопряжения цилиндрических деталей. Такие пересечения бывают даже тогда, когда мы предусмотрели в CAD системе зазор между валом и втулкой. Но при триангуляции получилось все очень грустно. Или может получиться, если вал начнет вращаться.
Итак, во FlowVision есть специальный инструмент — создание зазоров при импорте сборки. Работает этот механизм просто (хотя в основе его алгоритмы, с которыми пришлось весьма и весьма повозиться): каждая отдельная деталь-поверхность начинает «усыхать», «худеть». Конкретно каждый узел поверхностной сетки начинает перемещаться внутрь объема на заданную величину. Таким образом строится эквидистантная оригинальной поверхность.
Данный подход отличается от простого масштабирования как минимум тем, что при масштабировании мы масштабируем в том числе и положение объекта относительно глобальной системы координат.При таком подходе зазоры не создадутся.
Итак, при создании сборки появится окошко:
Рис.6. Если жмем OK, то выполняем эквидистантный сдвиг поверхности каждой детали. Если жмем CANCEL, то сборка создается без сдвига.
Здесь первый параметр отвечает за то, сколько раз Ахиллес будет пытаться догнать черепаху, а второй параметр — непосредственно величина (в метрах), на которую нам нужно сдвинуть поверхность каждого импортируемого тела.
Треугольники могут располагаться таким образом, что смещение двух соседних узлов на заданную величину приведет к пересечению треугольников. Поэтому при оффсете стоит озаботиться качеством геометрии и не стоит задавать неадекватные сдвиги. Как правило я смещаю поверхности на 50-100 кратную точность импорта (по умолчанию точность = 10e-8).
При этом поверхность редко получается идеальной эквидистантой, потому что программа старается не допустить самопересечений и начинает притормаживать процесс сдвига, если еще чуть-чуть и мы пересечемся.
Итак, если у нас геометрия красивая и аккуратная, то после импорта мы не получим никаких сообщений об ошибках, а между всеми поверхностями у нас появится зазор. Жаль, что так бывает крайне редко.
Шаг третий — Устраняем последние геометрические проблемы
Итак, мы импортировали сборку. Но зазоры у нас вовсе не факт что оказались достаточными, чтобы не было пересечения между криволинейными поверхностями, как на рисунке 5.
Найти все места пересечений можно с помощью проверки Региона на самопересечения, как описывалось выше. Только в этот раз у нас будет проверяться не только самопересечения каждой отдельной поверхности, как то было с подвижными телами, а в том числе и пересечения между поверхностями подобластей. Напомню, подобласти пересекаться не могут, в отличие от подвижных тел.
Для решения последних проблем возможны следующие варианты действия:
Рис.7. Геометрию подвижных тел и подобласти можно двигать, масштабировать и разнообразно крутить -вертеть. Однако не забывайте, что после изменения геометрии подобластей расчет нельзя продолжать, нужно стартовать с нуля с перестроением сетки.
В процессе создания эквидистантного сдвига возможно образование самопересечений. Так что не забывайте проверять всю геометрию на самопересечения с учетом сдвига на солвере.
Проверка качества расчетной сетки
Итак, включаем Вкладка Солвер — Дополнительные параметры — Проверять сетку — Да
Запускаем на расчет, желательно задав те уровни адаптации, которые в конечном итоге будут иметь место в проекте. Считаем десяток итераций (чтобы расчетная сетка успела построиться, т.к. она строится не мгновенно, а на протяжении нескольких итераций).
Если в процессе построения сетки будут обнаружены ошибки, то информация о них окажется в папке с солверной частью проекта в *.err файлах.
Не все, что пишется в err файлы смертельно. Паниковать можно при сообщениях, начинающиеся с [ERROR] . Error in build grid — сигнал к тому, чтобы прекратить расчет и срочно заняться выяснением причин ошибки.
При появлении сообщения Error in build grid дается информация о местоположении проблемной ячейки. Это могут быть координаты ячейки или ее индекс. Далее Вы можете построить слой Отладочная ячейка по этим координатам или индексу и с его помощью изучить проблемное место. Об этом, наверное,я когда-нибудь напишу отдельную статью.
После того, как сетка начала строиться без сообщений об ошибках, отключите проверку сетки и считайте на здоровье.
Все-таки, автоматическое построение сетки — это здорово. А решение задачи с 400 деталей реальной сборки, а не упрощенной донельзя, это уже даже круто.
Флоувижн – FlowVision CFD
Начиная с версии 3.11.01 реализованы новые алгоритмы запуска FSI-расчетов, которые стали в разы удобнее для пользователя. Новый функционал также позволяет осуществлять запуск совместных расчётов через графический интерфейс ПреПостПроцессора. Появилась возможность использовать различные протоколы соединений, в том числе новый протокол Co-Simulation Engine, обеспечивающий связь с версиями Abaqus от 2017 года.
В этой статье речь пойдет о настройке совместных расчётов во FlowVision и Abaqus. Более подробно о параметрах и алгоритмах запуска читайте в документации.
Необходимо установить FlowVision сразу на большое количество компьютеров? Например, в рамках обучения в компьютерный класс. С типовыми настройками?
Чтобы не тратить время на установку и настройку программы на каждом компьютере, можно автоматизировать этот процесс, используя скрипт, и сэкономить кучу времени. В данной статье приведен подробный разбор, как это сделать.
Нужно посчитать сопряженную задачу в симметричной постановке?
Половину или сектор?
Это возможно с помощью создания сборки с Т-коннекцией!
Moving Body Controller (MBC) – новинка релизной версии FlowVision 3.11.02. Это функционал для управления подвижными телами, позволяющий моделировать движение объекта под действием разнообразных, заданных пользователем, факторов. МВС даёт свободу выбора в построении физической модели движения объекта с учётом деформаций. Убедитесь в этом сами!
Турбулентное течение – это поток, движение которого беспорядочно во времени и пространстве. Численное моделирование турбулентных течений требует нестандартного подхода к реализации. Используя подходы к моделированию турбулентных течений, описанные в этой статье, можно разобраться в основных принципах учёта турбулентности при расчёте, и даже добиться схожести с физическим экспериментом.
В предыдущем уроке была рассмотрена задача о гидравлическом демпфере с применением технологии «вывернутого» подвижного тела. Запуск этой задачи на расчёт – не тривиальная задача, требующая нестандартного подхода. Для получения стабильного решения зададим коэффициенты искусственной сжимаемости.
Основные возможности FlowVision
Краткое техническое описание FlowVision
Основные возможности:
Расчетная сетка:
Подвижные тела:
Сопряжение подобластей: