ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ BIÊN MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY QUA VAN TRÊN PHẦN MỀM INSPIRE
- Thứ sáu - 11/10/2024 09:17
- In ra
- Đóng cửa sổ này
Trong quá trình mô phỏng dòng chảy sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) trên các phần mềm như ANSYS Fluent, COMSOL, STAR-CCM, Flow-3D, PIPESIM, Autodesk CFD, OpenFOAM, SU2… việc chia lưới (meshing) là một bước quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả.
Việc chia lưới thường sảy ra các lỗi như:
- Lỗi về kích thước phần tử: Sử dụng phần tử quá lớn có thể dẫn đến kết quả không chính xác, đặc biệt là ở những vùng có gradient ứng suất/biến dạng cao.
- Lỗi về hình dạng phần tử: Phần tử bị méo mó, ví dụ như phần tử tam giác có góc quá nhỏ hoặc phần tử tứ giác quá lệch, có thể làm giảm độ chính xác của kết quả.
- Lỗi về sự chuyển tiếp lưới: Chuyển tiếp lưới đột ngột: Sự thay đổi đột ngột về kích thước phần tử giữa các vùng có thể gây ra lỗi.
- Lỗi về loại phần tử: Mỗi loại phần tử có đặc tính và ứng dụng khác nhau. Sử dụng sai loại phần tử có thể dẫn đến kết quả không chính xác.
Để khắc phục các vấn đề trên, thường đơn giản hóa kết cấu cơ khí, dẫn đến kết quả không chính xác, đặc biệt đối với các cơ cấu có sự điều chỉnh trong quá trình làm việc như cơ cấu van thì cần sử dụng rất nhiều mô hình tương ứng với các vị trí mở khác nhau của van để mô phỏng, dẫn đến số lượng bài toán mô phỏng lớn, khó khăn cho việc phân tích kết quả và mất nhiều thời gian.
Trong bài toán mô phỏng dòng chảy bằng phương pháp phần tử biên sử dụng biên là thể tích chất lỏng trong khoang chứa của van bằng 0 hoặc đầy khoang, các khoảng điều chỉnh của van nằm trong giới hạn này.
Trong bài toán này đối tượng mô phỏng được chia thành 3 loại (điều kiện biên bổ xung), phần tĩnh của kết cấu, phần động của kết cấu và chất lỏng. Ngoài ra còn các thông số động lực học chất lỏng đầu vào, đầu ra và điều kiện môi trường, loại dòng chảy…
Các bước cơ bản khi thực hiện mô phỏng dòng chảy như sau:
- Bước 1: Xây dựng mô hình mô phỏng
- Lỗi về kích thước phần tử: Sử dụng phần tử quá lớn có thể dẫn đến kết quả không chính xác, đặc biệt là ở những vùng có gradient ứng suất/biến dạng cao.
- Lỗi về hình dạng phần tử: Phần tử bị méo mó, ví dụ như phần tử tam giác có góc quá nhỏ hoặc phần tử tứ giác quá lệch, có thể làm giảm độ chính xác của kết quả.
- Lỗi về sự chuyển tiếp lưới: Chuyển tiếp lưới đột ngột: Sự thay đổi đột ngột về kích thước phần tử giữa các vùng có thể gây ra lỗi.
- Lỗi về loại phần tử: Mỗi loại phần tử có đặc tính và ứng dụng khác nhau. Sử dụng sai loại phần tử có thể dẫn đến kết quả không chính xác.
Để khắc phục các vấn đề trên, thường đơn giản hóa kết cấu cơ khí, dẫn đến kết quả không chính xác, đặc biệt đối với các cơ cấu có sự điều chỉnh trong quá trình làm việc như cơ cấu van thì cần sử dụng rất nhiều mô hình tương ứng với các vị trí mở khác nhau của van để mô phỏng, dẫn đến số lượng bài toán mô phỏng lớn, khó khăn cho việc phân tích kết quả và mất nhiều thời gian.
Trong bài toán mô phỏng dòng chảy bằng phương pháp phần tử biên sử dụng biên là thể tích chất lỏng trong khoang chứa của van bằng 0 hoặc đầy khoang, các khoảng điều chỉnh của van nằm trong giới hạn này.
Trong bài toán này đối tượng mô phỏng được chia thành 3 loại (điều kiện biên bổ xung), phần tĩnh của kết cấu, phần động của kết cấu và chất lỏng. Ngoài ra còn các thông số động lực học chất lỏng đầu vào, đầu ra và điều kiện môi trường, loại dòng chảy…
Các bước cơ bản khi thực hiện mô phỏng dòng chảy như sau:
- Bước 2: Gán vật liệu chế tạo
- Bước 3: Tạo thể tích cho phần tử chất lỏng
- Bước 4: Thiết lập thông số đầu vào
- Bước 5: Thiết lập thông số đầu ra
- Bước 6: Mô phỏng, đưa ra kết quả
Với phương pháp phần tử biên cho kết quả mô phỏng như trên làm cơ sở cho việc xác định khoảng làm việc của sản phẩm và từ đó điều chỉnh kết cấu, kích thước cần thiết theo yêu cầu.