Curs 01 Introducere Cfd 2014

Introducere n CFD (Computational Fluid Dynamics/Analiz Computaional n Dinamica Fluidelor)Dr. Ing. Costin Ioan COOIU

Reguli de bun convieuire

**Aceste prelegeri se bazeaz pe cursul de Hidraulic - Complemente II susinut de dl. Dr. ing. Tiberiu Brbat, ntre anii 2009 2013, la Facultatea de Hidrotehnic, din cadrul UTCB, la ciclul de master.


**Laboratorul este obigatoriuLa curs, prezena studenilor se face conform regulamentrlor n vigoare.ExamenulData examenului se stabilete de studeni astfel nct s se ncadreze n timpul sesiunii de examene.Nota final se calculeaz dup cum urmeaz:50% Rezolvarea unei aplicaii folosind programele i noiunile CFD studiate50% Lucrare scris privind partea teoretic a disciplinei


**ExamenulData examenului se stabilete de studeni astfel nct s se ncadreze n timpul sesiunii de examene.Nota final se calculeaz dup cum urmeaz:50% laborator50% examen scris


**Bibliografie

http://www.piif.ro/

Fiecare student este ncurajat s acceseze Platforma informatic pentru ingineria Fluidelor (PiiF).


**Bibliografie

ANSYS FLUENT Users GuideANSYS, Inc.


**BibliografieOrice alt carte sau material documentar care trateaz probleme de CFD (Computational Fluid Dynamics) i mecanica fluidelor.

Not:Crile i materialele documentare le gsii n biblioteci (publice sau private), n format electronic sau tiprite.


**Structura cursului1.Introducere n CFD2.Ecuaiile de curgere3.Rezolvarea numeric a ecuaiilor de curgere4. Condiii la limit5.Modelarea curgerilor turbulente n CFD6.Modelarea fenomenelor termice n CFD7.Modelarea curgerilor multifazice n CFD

Introducere n CFD (Computational Fluid Dynamics/Analiz Computaional n Dinamica Fluidelor)1.Ce nseamn CFD?2.Utilizarea CFD - Exemple3.Scurt istorie a CFD4.Cum se rezolv o problem cu CFD?5.Programul expert ANSYS FLUENT6.Tipuri de proiecte industrialen care se pot folosi simulrile CFD**

1.Ce nseamn CFD?2.Utilizarea CFD - Exemple3.Scurt istorie a CFD4.Cum se rezolv o problem cu CFD?5.Programul expert ANSYS FLUENT6.Tipuri de proiecte industrialen care se pot folosi simulrile CFD**Introducere n CFD (Computational Fluid Dynamics/ Analiz Computaional n Dinamica Fluidelor)

Computational Fluid Dynamics (Analiza Computaional n Dinamica Fluidelor sau Dinamica Computational a Fluidelor)

**Ce nseamn CFD?


Dinamica Fluidelor = studiul curgerii gazelor i lichidelorFluide = gaze si lichideComputational = obinerea soluiei unor ecuaii matematice folosind metode de rezolvare numeric

**Ce nseamn CFD?


Dinamica Fluidelor = studiul curgerii gazelor i lichidelorFluide = gaze si lichideComputational = obinerea soluiei unor ecuaii matematice folosind metode de rezolvare numeric

Studiul curgerii gazelor si lichidelor folosind programe specializate (expert) rulate pe un computer

**Ce nseamn CFD?

**Ce nseamn CFD?

Dinamicafluidelor

**Ce nseamn CFD?

DinamicafluidelorInformatic

**Ce nseamn CFD?

DinamicafluidelorAnalizmatematicInformatic

**Ce nseamn CFD?

CFDDinamicafluidelorAnalizmatematicInformatic

**Utilizarea CFD Exemple

Curgerea apei peste un deversor la ridicareabrusc a unei stavile amplasat n amonte


Decantoare

Turnuri de apa

Curgerea intr-un rezervor de floculare(Courtesy of Veolia Environnement)

Rezervoare de sedimentare

Dispersia poluanilor n atmosfer


Transferul de caldur i convecia natural nIncinte cu ferestreCabine auto expuse radiaiei solareCourtesy of NREL, USA (National Renewable Energy Laboratory)Fluxul de energie solara (W/m2)Temperatura (oC)


Aerodinamica exterioara - vehicule terestre, aeriene, navaleCamioaneTrenuri

*Utilizarea CFD Exemple

Ingineria vntului, confort pietonal, CWE (Computational Wind Engineering)


Turbine cinetice (eoliene, hidroliene) cu ax orizontal i vertical


Curgeri incompresibile i compresibile, multifazice, cu cavitaie, prin ventilatoare, compresoare, pompe, turbine, motoare, conducte, supape i multe alte aplicatii

Utilizarea CFD Exemple

Scara de Lungime a Fenomenului RezolvatDe la Micrometri la KilometriScara de Timp a Fenomenului RezolvatDe la Microsecunde la ZileComplexitatea modeluluiIncluderea diverselor modele fizice turbulen, transfer de caldur, particule solide, suprafa liber, schimbari de faz, reacii chimice, efecte acustice, deformarea domeniului de calcul, interaciunea cu structuri solideNumarul de celule ale modeluluiS-au realizat grile de discretizare cu 1 miliard de celule de calculTimp de rulare i rspunsDe la Minute la Luni

**Scurt istorie a CFD

Anii 1970: Programe de casa n Industria Aerospaial (NASA, Boeing)Anii 1980: Apar primele softuri comerciale (FLUENT) i aplicatii CFD n alte industrii (Chimie, Energetic)Anii 1990: Softurile comerciale ptrund n mai multe ramuri industrialeAutoElectronicaMaterialeSe genereaz feed-back catre producatorii de programe CFD comerciale care cresc i prolifereaz

**Scurt istorie a CFD

Anii 2000-2005: Penetrare puternic a CFD n Industria Auto, Electronice, HVACSofturile comerciale nlocuiesc programele de cas n aceste industriincepe mbinarea testare fizica testare virtuala (simulare CFD) n dezvoltare2006+: Programele CFD devin o unealt recunoscut i standardizat n industrieCFD este complementar testrii i experimentelor, ns nu le nlocuieste completCFD reduce cheltuielile i timpul de dezvoltareUnul din cele mai puternice si rspndite programe de CFD: FLUENT (de la Ansys Inc.)Courtesy of nasa.gov

**Cum se rezolv o problem cu CFD?

Se identific un domeniu de calculBazat pe domeniul problemei fizicePoate fi restrns sau extins, n funcie de ce se cunoaste pe frontierele acestuia i de ipotezele adoptate

Masa de apa acumulatObstacol 1Obstacol 210040

Cum se rezolv o problem cu CFD?

Se genereaz un model virtual al domeniului de calculSe construiete domeniul de la zero Se importa din modelul CAD, dac este disponibilTrebuie sa fie complet, fara goluri


Se discretizeaz domeniul de calcul prin generarea unei reele de calcul de bun calitateElemente (celule) Tri, Quad n 2DElemente (celule) Hexa, Tetra, Penta (Prismatice), Piramide n 3D


Se alege cea mai potrivit metod de rezolvare CFD pentru problema fizicSolver 2D, 2D axi-simetric, 3DSolver segregatSolver cuplatSoluie stationarSoluie nestationar


Se aleg modele matematice pentru fenomenele fizice asociate curgeriiTurbulenTransfer de caldurReacii chimiceCurgeri MultifaziceSuprafat Liber


Se impun condiii la limit i iniiale din datele problemei fiziceVitezePresiuniTemperaturiConcentratiiIntensitatea Adimensional a Turbulenei


Se aleg metodele numerice i setrile programului CFDCele mai potrivite, stabile i eficiente pentru clasa de probleme n care se ncadreaz simularea care trebuie efectuatExperiena i recomandarile specialitilor sunt eseniale


Se ruleaz programul CFD cu urmrirea convergenei soluieiReziduurile ecuaiilorParametrii fiziciVitezePresiuniTemperaturi


Se postproceseaz soluia numericGraficeSuprafee i linii de conturLinii de curentVectoriValori medii i ali parametri


Se valideaz rezultatele, se trag concluziile i se decid aciuni ulterioareSe compar prezicerile simularii CFD cu realitatea fizicDate din experimente similareDate din experiena inginereascIn funcie de rezultatul validriiSe ruleaza problema pe o reea mai finSe schimba modelele fizice, mergnd spre o mai mare complexitateRezultatele validate se folosesc n procesul inginerescStudii de fezabilitateStudii de optimizareStudii de corectare a unui produs existent

**Programul expert ANSYS FLUENT

Dezvoltat n SUA ntre anii 1983 i 2006 de catre Fluent Inc., apoi ncepand cu 2006 de ctre Ansys Inc. Unul din primele programe comerciale de CFD, cu evoluie constant ascendent, avnd investiii continue i majore n perfecionarea schemelor numerice, introducerea de noi modele fizice i uurinta de a fi folositLeader de piaSolver i Postprocesare (FLUENT)Reeaua de calcul (mesh, grid) poate fi realizat n diverse programe specificeProducerea geometriei i a reelei nu face obiectul cursului si laboratorului prezent, dar:Cerinele i criteriile de apreciere a calitii, mrimii i acurateii reelei de calcul vor fi discutate n acest curs i laborator


Solver de tip Finite Volume (FV), de interes general, care rezolv ecuatiile Navier-Stokes dimensionale2D i 3DParalelizatSoluii Steady-State (curgere permanent) si Tranziente (curgere nepermanent)Grid Nestructurat, Celule 3D de tipTetraHexaPrismsPyramidsPolyhedraGridul poate fi in totalitate sau parialFixDinamic RotitorDeformabilGridul se poate rafina local pe baza soluiei (Grid Adaption)


Modele Fizice pentru CurgeriIncompresibileCompresibileInviscidLaminareTurbulenteTransfer de CaldurRadiaieMultifaziceTransformri de FazDifuzieReacii ChimicePoate fi completat i dezvoltat uor cu Funcii de Utilizator (UDF), documentaie i experien anterioar disponibil

**Tipuri de proiecte industrialen care se pot folosi simulrile CFDDesign: Optimizarea performanelor cu minimizarea perioadei de prototip, reducerea timpului i cheltuielilor de proiectareRetrofit: Validarea schimbarilor de proiectare i verificarea performanelor sistemului nainte de instalarea / re-instalarea n operareDiagnostic: nelegerea mai rapid a cauzelor de operare greitSiguran i Reguli: Cuantificarea accidentelor i scenariilor de risc, verificarea normelor

Mulumesc!

**

Curs 01 Introducere Cfd 2014

Documents

Transcript of Curs 01 Introducere Cfd 2014