1.5.1.1 Решение задач CFD. Анализ постановки
Общая концепция решения задач:
Концепция решения расчетных задач включает несколько основных этапов:
- Анализ постановки задачи. Это первый и самый важный этап.
- Подготовка геометрической модели. Необходим, когда без CFD-системы не обойтись.
- Работа в CFD-системе. Включает этапы препроцессинга, расчета и постпроцессинга (которые будут рассмотрены позже).
- Подготовка отчета. Завершающий этап, который выходит за рамки данного онлайн-курса.
Важность этапа анализа постановки задачи:
Многие начинающие инженеры уделяют этому этапу слишком мало внимания, что приводит к крайне низкой эффективности процесса решения задач.
На этапе анализа может выясниться, что:
- Дорогостоящая CFD-система вообще не нужна.
- Задачу можно решить беззатратно, используя подходящий инженерный справочник, ручку с бумагой или офисное приложение с электронной таблицей, если прикладная задача поддается одной из полуаналитических расчетных методик.
Ключевые вопросы для анализа постановки задачи (инженер должен ответить):
На этапе анализа инженеру необходимо:
- Разобраться, что дано по условиям и что нужно рассчитать.
- Ответить, достаточно ли входных данных для полного описания физики моделируемого процесса.
- Задаться вопросом: нужен ли программный комплекс вычислительной гидродинамики для решения поставленной задачи?.
- Если CFD необходим, попытаться максимально упростить постановку задачи, чтобы минимизировать время на решение с минимальной потерей точности.
- Обязательно определить, какой должна быть качественная картина результирующего течения.
Кроме того, на этом этапе следует выделить основные особенности физического процесса для выбора верификационных и валидационных модельных задач. Важно учитывать тонкости, без которых не всегда удается получить корректное численное решение.
Пример прикладной задачи:
Для иллюстрации общей концепции будет рассмотрен наглядный пример:
- Задача. Имеется нефтепровод (цилиндрическая труба круглого сечения диаметром 1 м).
- Цель. Определить величину напора, который должен создавать магистральный нефтяной насос, чтобы обеспечить требуемый расход нефти на заводе-потребителе.
Оговорки курса:
- В демонстрационных материалах курса, как правило, будет использоваться Международная система СИ (метры, килограммы, секунды).
- Графические схемы не будут следовать ГОСТам, а будут изображаться так, как инженер рисовал бы от руки на этапе анализа постановки.
Последовательные ответы на перечисленные выше вопросы анализа постановки задачи будут даны на этом и нескольких следующих уроках.