6.2.4. 3D-зони вентиляторів

1. 6.2.4.1. Рівняння імпульсу для 3D-вентиляторних зон
2. 6.2.4.2. Входи користувача для 3D-вентиляторних зон
3. 6.2.4.2.1. Визначення геометрії 3D-фан-зони
4. 6.2.4.2.2. Визначення властивостей 3D-фан-зони

Зони 3D-вентиляторів являють собою зони рідинних клітин, які імітують вплив осьового вентилятора, застосовуючи джерело розподіленого імпульсу в тороїдальному об'ємі рідини (тобто обтікання леза). Це на відміну від граничних умов вентилятора (наприклад, прикордонної зони типу вентилятора або впускного вентилятора ), які базуються на моделі з зосередженими параметрами, в якій вентилятор вважається нескінченно тонким, а переривчасте підвищення тиску задається як функція швидкості. Зони 3D-вентиляторів мають такі переваги:

6.2.4.1. Рівняння імпульсу для 3D-вентиляторних зон

Наступні рівняння використовуються в 3D-зоні вентиляторів для джерел імпульсу в осьовому, тангенціальному і радіальному напрямках, які імітують вплив вентилятора на рідину. Джерело тангенціального імпульсу базується на відношенні турбомашини, тоді як джерело радіального імпульсу базується на балансі відцентрової сили.

(6–47)

(6–48)

(6–49)

Для обчислення тангенціального джерела необхідні три інші вирази:

(6–50)

(6–51)

(6–52)

Підвищення тиску в 3D-зоні вентилятора задається як функція об'ємної швидкості потоку через вентилятор. Зв'язок може бути константою або кривою вентилятора, тобто поліноміальною або кусково-лінійною функцією. У випадку полінома, зв'язок має вигляд

(6–53)

де - коефіцієнти напірних поліномів (розраховані Fluent), і - нормальна швидкість потоку до вентилятора.

Важливо: швидкість потоку може бути як позитивним, так і негативним. Ви повинні бути обережні, щоб моделювати вентилятор так, щоб відбувалося підвищення тиску для прямого потоку через вентилятор.

Дані кривої вентилятора, як правило, збираються за встановленим набором умов випробування. Тим не менш, робочі умови вашого моделювання CFD можуть бути несумісні з цими даними (наприклад, швидкість обертання або температура рідини можуть бути різними). Щоб врахувати це, модель 3D-вентилятора може налаштувати дані кривої вентилятора відповідно до наступних співвідношень масштабування:

(6–54)

(6–55)

(6–56)

де і є температурою випробування і усередненою за обсягом температурою зони осередку вентилятора (яка обчислюється внутрішньо) відповідно.

6.2.4.2. Входи користувача для 3D-вентиляторних зон

3D-фан-зона моделюється як особливий тип рідинної зони. Зона клітини повинна мати тороїдну форму, яка має розмір, що відповідає обертовому лопаті вентилятора, який ви моделюєте (тобто має внутрішній і зовнішній радіус, який відповідає радіусу концентратора вентилятора і кінчиків лопаток, відповідно, також як довжина, яка відповідає товщині тороїдного ділянки, пронесеної лопатями в осьовому напрямку). Крім того, зона текучого середовища повинна бути "внутрішньою", тобто мати принаймні дві прикордонні зони внутрішнього типу, які межують з іншою зоною текучого середовища, і виступають в якості входу і виходу вентилятора (інші межі також можуть бути внутрішніми ) .

Щоб позначити зону комірки як 3D-зону вентилятора, у діалоговому вікні Fluid увімкніть параметр 3D Fan Zone (Зони 3D-вентилятора ), а потім визначте геометрію та властивості вентилятора на вкладці 3D-зона фанатів .

Рисунок 6.15: Діалогове вікно рідини для 3D-зони вентилятора

6.2.4.2.1. Визначення геометрії 3D-фан-зони

Після увімкнення параметра 3D Fan Zone у діалоговому вікні Fluid можна розпочати її налаштування, визначивши параметри у вікні "Група геометрії " на вкладці 3D-зона "Фан-зона" зони флюїдної комірки:

1. Виберіть граничну зону з розкривного списку " Вхідні зони вентилятора" , яка буде діяти як зона входу для зони 3D-вентилятора і поверхню, на якій буде розташований вентилятор. Ця межа повинна відповідати певним вимогам: вона повинна бути типу інтер'єру ; вона повинна бути плоскою; і вона повинна діяти як межа між 3D-зоною вентилятора і іншою зоною рідинної комірки. Зверніть увагу на те, що напрямок, з яким обдувається вентилятор, буде знаходитись у зоні 3D-вентилятора, перпендикулярній цій граничній зоні.

2. Визначте габаритні розміри вентилятора, ввівши значення для радіуса концентратора і радіуса наконечника , а також товщину тороїдного ділянки, переміщеної лопатями в осьовому напрямку. Зверніть увагу, що значення повинні відповідати межах 3D-зони вентилятора, а товщина буде застосовуватися від зони вентилятора входу до 3D-зони вентилятора.

3. Вкажіть відношення точки перегину . Коефіцієнт точки перегину являє собою частку довжини лопаті вентилятора (починаючи з вузла), над якою тангенціальна швидкість розряду вентилятора зростає із збільшенням радіусу і піків, перед тим як зменшитися. Подивитися Рисунок 6.16: Коефіцієнт точки перегину турбіни з розрізаним лезом для ілюстрації. Це співвідношення можна отримати емпірично з експериментальних даних; інакше, ви можете спочатку використовувати ANSYS Fluent для моделювання фактичної геометрії вентилятора (наприклад, за допомогою імітації рухомого опорного кадру), а потім скористатися цими результатами для визначення вхідних параметрів для більш простого моделювання за допомогою опції 3D Fan Zone .

   Рисунок 6.16: Коефіцієнт точки перегину турбіни з розрізаним лезом

   
   

4. Введіть координати походження вентилятора . Це повинно визначати точку, яка знаходиться на площині вхідної зони вентилятора і розташована таким чином, що діаметри вентилятора потрапляють у межі зони вхідного вентилятора .

6.2.4.2.2. Визначення властивостей 3D-фан-зони

Щоб завершити налаштування 3D-фан-зони, необхідно визначити параметри у вікні " Властивості " на вкладці " 3D-зона" вентилятора зони текучих клітин:

1. Визначте напрямок обертання вентилятора. Поворот вважається позитивним, якщо він слідує за правилом правої руки відносно вектора спрямованості вентилятора (тобто вектора від джерела вентилятора, який вказує на 3D-зону вентилятора, перпендикулярну до вхідної зони вентилятора ).

2. Вкажіть операційну кутову швидкість вентилятора. Це повинно бути позитивне ненульове число.

3. Ви можете ввімкнути опцію обмеження потоку через вентилятор і тим самим визначити максимально допустимі та мінімальні витрати.

4. Можна ввімкнути параметри Tangential Source Source , Radial Source Source та / або Axial Source Source , щоб увімкнути джерела імпульсу в заданих напрямках. Зауважимо, що тангенціальні і радіальні джерела визначаються за теорією робочого колеса, тому ніякі додаткові входи не потрібні, тоді як осьовий термін джерела вимагає додаткового введення (як описано в наступному кроці).

5. Якщо ви увімкнули параметр " Осьовий джерело терміну ", це джерело потрібно визначити у вікні " Осьове джерело ". Для способу можна вибрати один з наступних варіантів:

   • постійний тиск

     За допомогою цього методу необхідно вказати постійний стрибок тиску, який застосовується до всіх осередків у 3D-зоні.

   • крива вентилятора

     Цей метод дозволяє вказати стрибок тиску через криву вентилятора (підвищення тиску проти об'ємної швидкості потоку). Використовуючи кнопку " Прочитати криву вентилятора ..." , ви можете прочитати у файлі ASCII, розділеному табуляцією, що визначає взаємозв'язок між тиском і швидкістю потоку для зони 3D-клітинок вентилятора (див. Формат файлу кривої 3D-вентилятора для деталей). Потім необхідно вказати метод Curve Fitting, який слід використовувати для точок даних у файлі, вибравши або поліноміальний, або кусково-лінійний (для першого потрібно визначити порядок полінома ). Нарешті, ви повинні надати оцінку початкової швидкості потоку через вашу фан-зону, а також тестову кутову швидкість і температуру випробування експерименту, який створив точки даних.

     Зауважте, що один файл може визначати декілька зон клітини, але цей файл потрібно прочитати в кожному з відповідних діалогових вікон Fluid .