Parametrická studie v Ansys Fluent

Úvod

Představme si následující situaci – navrhujeme potrubní systém, v němž potřebujeme umístit armatury, sondy atd. Abychom zjistili, zda bude stačit naše čerpadlo, použijeme Bernoulliho rovnici, kde na pravou stranu umístíme člen s disipační energií obsahující sumu dílčích ztrátových koeficientů vynásobenou dynamickým tlakem.

Nám se ovšem může stát, že dané ztrátové koeficienty nejsou v katalogu, například proto, že my danou armaturu navrhujeme. Pro zisk ztrátové charakteristiky provedeme parametrickou studii, tedy měníme vstupní průtok trubky a vyhodnocujeme rozdíl tlaku před a za armaturou. Taková úloha se dala dosavadně v Ansys Fluent řešit dvěma způsoby: 

1. Parametrická studie pomocí Ansys Workbench
2. Žurnál (sada instrukcí pro Ansys Fluent – změň rychlost, spočítej, vyexportuj data... změň rychlost...)

S verzí 2022R2 přišla, bohužel trochu potichu, možnost parametrické studie a tou je parametrická studie prováděná přímo v Ansys Fluent bez nutnosti psát Workbench či žurnál.

Příklad

Parametrickou studii v Ansys Fluent si předvedeme na následujícím příkladě – potřebuji zjistit tlakové charakteristiky plastového roštu a studii preferuji provést bez Workbench. V CAD si vyříznu symetrický úsek mřížky a ten vložím do „větrného tunelu“, kde vyhodnocuji na dvou rovinách před a za mřížkou statické tlaky, které rovnou od sebe odečítám do parametru „tlaková ztráta“. Měním vstupní rychlost. Okraje geometrie („plášť kvádru“) jsou nastaveny jako symetrická okrajová podmínka (free slip condition).

Spuštění parametrické studie v Ansys Fluent

Pro spuštění parametrické studie v Ansys Fluent verze 2022R2 potřebujeme licenci Premium či Enterprise. Následně potřebujeme zakliknout v Preferences na kartě General políčko Enable Parametric Study a Ansys Fluent restartovat. 

Nyní si nastavíme naši úlohu stejně jako při práci bez parametrické studie (okrajové podmínky, report definitions a monitory, vyhodnocovací povrchy a post-processingové objekty (kontury, atd).

Pro okrajové podmínky, materiálové vlastnosti, či zdrojové prvky diferenciálních rovnic (např. příkon topné spirály) přiřadíme vstupní parametry. Viz příklad níže pro okrajovou podmínku – rychlost na vstupu do geometrie. Parametr rychlost jsem si připravil kliknutím na New Input Parameter...

Pro monitory (například report definition typ expression pro výpočet tlakové ztráty) nastavíme výstupní parametry – viz příklad níže pro tlakovou ztrátu. V panelu od Report Definition si zakliknu Create Output Parameter.

Na kartě Ribbon Parametric, která se objeví po restartu Ansys Fluent klikneme na Initialize a náš projekt si uložíme pod námi zvoleným názvem.

Inicializovaný projekt nyní má zpřístupněná tlačítka, pomocí tlačítka Add Design Point si naklikáme všechny možné scénáře, které potřebujeme (v mém případě rychlosti od do). Kliknutím na tlačítko Update All se nám všechny scénáře spočítají. Pokud chceme spočítaná data do souborů, zaklikneme Write data. Sloupeček Capture Simulation Report Data slouží k ukládání dat do reportů – v základu je políčko zakliknuté. 

Spočítanou parametrickou studii následně můžeme uložit do tabulky pomocí tlačítka Export v podkartě Design Point. Formát je csv. Stejným způsobem také můžeme design pointy importovat do jiného výpočtu. Mimochodem, karta Parametric obsahuje i nástroje na tvorbu automatizovaných reportů.

Závěr

Parametrická studie přímo v Ansys Fluent je velmi příjemnou novinkou, pokud potřebujeme zjistit provozní charakteristiky zařízení. Návrhové body můžeme exportovat a importovat z csv souborů a zároveň můžeme naši simulaci nechat zpracovat do automatizovaného reportu. Bohužel, jelikož pracujeme čistě v programu na řešení fyziky, parametrická studie je limitovaná na změny provozních parametrů. V případě změny geometrie musíme mít připraveno několik základních případů a pro ty spočítat provozní parametrické studie, případně použít Ansys Workbench, kde se dá snadno parametrizovat i geometrie.

Autoři: Tomáš Prejda, Richard Paulas