Подготовка расчетной модели волана для исследования

Спорт в жизни человека занимает не последнюю роль. Это не только хобби или развлечение, но и образ жизни для спортсменов. Для них очень важно, каким воланом будут играть на соревнованиях. Ошибка может стоить победы, карьеры.

Данная работа актуальна в сфере спорта, так как форма волана, размер, и другие особенности, влияют на то, как полетит волан, насколько точно он попадет туда, куда хочет спортсмен, точнее в какую область поля. Ошибки могут привести к защите очков другой команде. Поэтому мое исследование поможет разобраться в аэродинамических свойствах волана. Для задачи подобного рода будет использован метод, основанный на компьютерных технологиях.

Итак, продолжимс. В “предыдущей серии” было рассказано или, корректнее, написано что такое аэродинамика, теоретическая часть, постановка задачи, описание конструкции.

Далее речь пойдет о САПР-е.

Компьютерные пакеты для численного решения задач газо-динамики

Численные методы, применяемые для решения задач газо-динамики, по сути, являются инструментом, позволяющим использовать имеющуюся математическую модель – систему Навье-Стокса. Их использование в известном смысле расширило возможности исследователей, для которых стало возможным моделировать поведение жидкости или газа при самых разнообразных условиях, временами невыполнимых в реальном мире. С этой целью создавались программные алгоритмы, которые затем непосредственно использовались для расчетов на компьютерах. Однако число пользователей ограничивалось узким кругом специалистов, непосредственно занимающихся вычислительной газо-динамикой.

Естественным шагом в эволюции численного моделирования динамики жидкости и газа стало создание расчетных пакетов (CFD-пакетов или комплексов), ориентированных на широкую аудиторию пользователей – научных работников, студентов, инженеров и т. д. В таком виде математический аппарат, заключенный в численные методы, стал действительно универсальным, а с учетом стремительного развития вычислительной техники и мощным средством в проведении численных расчетов по газо-динамике.

Несмотря на разницу в возможностях программ разных классов, принципиальный порядок проведения расчета в них одинаков и представляет собой следующие действия:

1 Подготовка расчетной модели. В этот этап входят:

а) создание геометрической модели, описывающую расчетную область.

б) генерация сеточной модели на основе созданной геометрии.

в) задание граничных и начальных условий, выбор физической модели расчета (например, модели турбулентности, теплопроводности, горения и т. д.).

2 Препроцессинг.

3 Решение задачи в решателе.

4 Просмотр и оценка результатов – постпроцессинг.

5 При необходимости, коррекция расчетной модели (изменение геометрии, сеточной, физической модели). Проведение решения с учетом изменений.

Для проведения численного моделирования были выбраны следующие программные пакеты:

– Ansys Workbench;

– Autodesk Simulation CFD.

Построение компьютерной модели

За основу была взята модель, пластикового типа, с реальными размерами, рис.2. Размеры перьевого волана и пластикового совпадают.

В программном комплексе SolidWorks была создана и упрощена геометрия для исследования, рис.3.

Упрощение модели для расчета

Для расчета аэродинамики в Autodesk Simulation CFD, как и для Ansys Workbench, нужно рассчитывать не сам объект, а воздушное пространство, в котором он находится. Поэтому для более удобного расчета и для лучшей разбивки на элементы, было создана воображаемая воздушная область, и разбита на отдельные тела, рис.4.

Рисунок 4 – Разбитая на отдельные тела исследуемая область в разрезе

В дальнейшем, для расчетов, будет браться только ¼ от всей области.

Граничные условия:

– скорость на входе V=80 м/с;

– давление на выходе P=0 Па.

 

Рисунок 5 – Движение потока воздуха

Конечно-элементная сетка

В Ansys Workbench конечно-элементная сетка создавалась на основе CFX решателя, рис.6-7.

Рисунок 6 – КЭС в Ansys Workbench

Рисунок 7 – КЭС в Ansys Workbench

Рисунок 8 – КЭС в Autodesk Simulation CFD

В следующей статье будут результаты проделанной работы, а так же подведем итог.