В данной статье будет проведено сравнение двух программных продуктов — ЛОГОС Аэро-Гидро и ANSYS Fluent — в решении задач с деформируемыми сетками. Оба продукта используются для численного моделирования физических процессов в инженерии и обладают широким набором функций.
ЛОГОС Аэро-Гидро является отечественным программным пакетом, разработанным для решения воздушно- и гидродинамических задач. Он имеет мощные возможности по созданию и анализу деформируемых сеток, что позволяет моделировать сложные геометрии и деформации материалов. Программа обладает интуитивным интерфейсом и достаточно широким набором модулей для проведения различных расчетов.
ANSYS является промышленным стандартом в области численного моделирования и расчета инженерных конструкций. Он также предоставляет возможности для работы с деформируемыми сетками, позволяет моделировать различные физические явления, такие как теплопередача, сопротивление материалов и др. Программа обладает мощными инструментами по сеточно-генерационным операциям, анализу и визуализации результатов.
Часто в инженерных задачах присутствуют движущиеся или деформирующиеся элементы, которые тем или иным образом влияют на картину течения. Среди примеров таких задач:
- Перемещение поршня в цилиндре (автомобильная промышленность);
- Расширение и сжатие сосудов (область медицины);
- Открытие/закрытие закрылков самолета (авиационная промышленность);
- Движение морских судов, плавучих платформ (область судостроения);
Для того, чтобы корректно учесть перемещение подвижных частей, необходимо иметь возможность деформировать расчетный домен. Один из способов это сделать – перемещение и деформация ячеек сеточной модели для «поглощения» движения тела. В рамках расчетного пакета Ansys Fluent данный метод называется «Smoothing».
В отечественном программном продукте для газодинамических расчетов ЛОГОС Аэро-Гидро также имеется возможность деформации сеточной модели. В рамках программы данная модель называется «Движение твердого тела».
Рис. 1 Конструкция поршня и цилиндра
В настоящей статье будет рассмотрен процесс решения задачи с перемещением поршня в цилиндре (рис. 1) в расчетных пакетах Ansys Fluent и ЛОГОС Аэро-Гидро.
/ Описание задачи
Необходимо выполнить анализ процессов сжатия и расширения воздуха вследствие движения поршня в цилиндре. Постановка задачи – нестационарная (параметры меняются во времени). Скорость движения поршня – 0,1 м/с. Для воздуха используется модель идеального газа.
/ Сравнение ЛОГОС Аэро-Гидро и ANSYS
Подготовка геометрии и сеточной модели
Для подготовки геометрии использовался пакет Spaceclaim. Был извлечен внутренний объем конструкции (рис. 2) и назначены основные границы для расчета. Цилиндрические границы будут деформироваться, поверхности поршня – перемещаться.
Рис. 2 Расчетная геометрия
Сеточная модель для расчета в Fluent была подготовлена с помощью Fluent Meshing, для расчета в ЛОГОС Аэро-Гидро – в собственном сеточном построителе. В обоих случаях использовался тетраэдрический тип элемента (рис. 3).
Рис. 3 Сеточная модель Fluent (слева) Сеточная модель ЛОГОС (права)
/ Результаты расчета
Обработка результатов в Fluent проводилась в встроенном пост-обработчике, в ЛОГОС – в пост-процессоре ScientificView. На рис. 4 показаны поля давлений в конструкции при движении поршня вверх. В верхней части давление повышается (происходит сжатие), в нижней – понижается (происходит расширение). Также можно заметить, что в обоих пакетах деформированная сетка выглядит очень похоже, из чего можно сделать вывод, что ЛОГОС Аэро-Гидро можно использовать для решения подобных задач.
Рис. 4 Поле давлений в Fluent (слева) и в ЛОГОС (справа)
Ниже, на рис. 5 представлены контурные графики скоростей (в направлении Y) в сечении для Fluent и ЛОГОС Аэро-Гидро. Можно заметить, что характер распределения и величины также очень похожи.
Рис. 5 Контур скоростей в Fluent (слева) и в ЛОГОС (справа)
/ Заключение
По итогам проведенных расчетов можно сделать вывод, что отечественный продукт ЛОГОС Аэро-Гидро может служить аналогом Ansys Fluent в части расчетов с деформируемыми сетками (метод «Smoothing»).
