Introdução à Simulação Computacional com ANSYS-CFX

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Introdução a Simulação 
Computacional pelo Software 
ANSYS-CFX
Ministrante: M.e. Eng. Giovanni M. Rech
Introdução
 Neste exemplo será de um ventilador axial 
operando a 2880 rpm
 Devido a periodicidade rotacional, uma 
única lâmina será modelada
Pré-Processamento
 Usando o modo CFX fora do Workbench (iniciar -> ANSYS 14.0 -> Fluid 
Dynamics -> CFX 14.0)
 Inicie CFX-Pre 
 Definir domínio estacionário e rotativo
 Definir condições de contorno
 Definir a interface do estator e do rotor
 Configurar pontos do monitoramento usando expressões simples
 Definir parâmetros de resolução de turbomáquinas específicos
Iniciar CFX-Pre
 Inicie o CFX-Launcher
 iniciar -> ANSYS 14.0 -> Fluid Dynamics -> CFX 14.0
 Inicie o CFX-Pre do CFX-Launcher
 Escolha “New Case”
 General
 O modo Turbomachinery pode ser usado para uma 
configuração automatizada. Usaremos o General 
para entender os fundamentos.
Importando a malha
 Importe a malha “Rotor.gtm”
 Importe a malha “Stator.gtm”
 Cuidado, a ordem é importante!
 As malhas estao no formato CFX-Mesh
 Foram criadas no ANSYS TurboGrid e exportados 
para esse formato
Defina as Expressões
 Crie expressões que serão usadas mais tarde para definir a velocidade de rotação e a 
escala de tempo para o controle de convergência
 myRotationSpeed = 2880 [rev min^-1]
 myPhysicalTimescale = 1 [rad]/myRotationSpeed
Criar Domínio
 Crie um domínio (Domain) estacionário denominado “S1”
 Localizado em “Passage 2”
 O fluido é “Air Ideal Gas” e a pressão de referência = 1 [bar]
 Para o modelo de transferência de calor, escolha Total Energy 
e selecione SST como modelo de turbulência
 Crie um domínio (Domain) rotacional denominado “R1”
 Localizado em “Passage”
 Troque a opção Option de Domain Motion para Rotating
 Define a velocidade angular usando a expressão 
myRotationSpeed e selecione Global Z como o eixo de 
rotação
 Por padrão, Constant Domain Physics está Case Options -> 
General Options -> Settings) e, portanto, outras opções já 
devem ser definidas.
Criar condições de contorno
 No domínio denominado “R1” crie uma condição de 
contorno Inlet, denominada “Inlet”
 Localiza em INFLOW
 Frame Type = Stationary
 Em Mass And Momentum:
 Stat. Frame Tot. Press. Option
 Relative Pressure = 0 [Pa]
 Flow Direction = Normal to Boundary Condition
 Em Turbulence escolha a opção Medium
 Stat. Frame Total Temperature = 288 [K]
Criar condições de contorno
 Crie uma condição de parede denominada “R1 Blade” em 
“Domain R1”
 Localizado em BLADE
 Frame Type = Rotating
 Crie outra com o nome “R1 Hub”
 Localizado em HUB
 Crie uma condicao de contorno denominada de “R1 
Shroud”
 Localizada em SHROUD
 Ative o Wall Velocity
 Defina Option para Counter Rotating Wall
Criar condições de contorno
 Crie uma condição de contorno outlet chamado “outlet” em “S1”
 Localizado em OUTFLOW 2
 Mass Flow Rate = 0,3 [kg/s]
 Crie as seguintes condições de parede localizadas em “S1”
 “S1 Hub” localizado em HUB 2
 “S1 Shroud” localizado em SHROUD 2
 “S1 Blade” localizado em BLADE 2
Interfaces Periódicas
Interfaces periódicas são definidas para 
conectar os dois lados de cada domínio
Interface periódica: domínio do rotor
 Crie um Domain Interface denominado “R1 Periodic”
 Interface Type = Fluid Fluid
 Domain (Filter): R1 (para ambos os lados)
 Region List: 
 PER1 (Lado 1)
 PER2 (lado 2)
 Interface Model: Rotational Periodicity 
 Rotation Axis: Global Z
 De forma semelhante, crie uma interface periódica 
chamada “S1 Periodic”
 Desta vez, defina o Domain (Filter) para S1 (para ambos os 
lados)
 Region List:
 PER1 2 (Side 1)
 PER2 2 (Side 2)
NOTA: Cada lado da 
interface é um limite no 
domínio
Interface periódica: rotor/estator
 Crie um Domain Interface denominado “R1 to S1”
 Domain (Filter): 
 R1 para o lado 1
 S1 para o lado 2
 Region List: 
 OUTFLOW (Lado 1)
 INFLOW 2 (lado 2)
 Interface Change/Mixing Model: Stage 
 Downstream Velocity Constraint: Stage Average 
Velocity
Condições e interfaces
 Verifique as condições e interfaces criadas
Solver Control
 Editar o Solver Control
 Max Iterations = 200
 Physical Timescale: myPhysicalTimescale
 Residual Type = MAX
 Residual Target = 0.001
Output Control
 Select Monitor Tab > Monitor Objects
 Selecione Efficiency Output
 Efficiency Type : Compression
 Value: Total to Total
Output Control
 Definir expressões para monitoramento durante a execução
 Pdiff dá o aumento de pressão desenvolvido pelo ventilador
Atenção: O nome do monitor 
deve ser diferente do nome da 
expressão!
Output Control
 Criar as seguintes expressões para calcular a 
potência consumida pelo ventilador:
 Expressão para o número de pás do rotor
 Nome: nRotor
 Valor: 30
 Expressão para o potência
 Nome: poder
 Valor: (torque_z()@R1 Blade + Torque_z()@R1 
Hub)*myRotationSpeed/1 [rad]*Nrotor
 Definir um ponto de monitoramento para a potência
 Name: Power
 Expression Value: power
Output Control
 Clique com o botão direito do mouse em 
Simulation Control e selecione Start Solver > 
Define Run
 Salve o arquivo (.def) em AxialStageFan.def 
quando solicitado
 O CFX-Solver Manager será aberto 
automaticamente
CFX-Solver
 O arquivo Solver Input File (arquivo de 
definição) para a execução já será 
especificado
 Clique em Start Run
 Os monitores de potência e diferença de 
pressão aparecerão automaticamente em 
uma janela denominada User Points
 O aumento da pressão desenvolvido pelo 
ventilador é de cerca de 1155 Pa
 A energia consumida é de cerca de 6452 W
Monitor (Eficiência)
 Para visualizar a Eficiência de saída, 
selecione Efficiency tab
CFD-Post
 Inicie o CFD-Post a partir do CFX-Launcher
 Carregue os resultados
 Selecione a guia Turbo
 Inicialize automaticamente os componentes 
do Turbo
 Conforme os nomes 
 Blade
 Hub
 Shroud
 Inlet
 Outlet
CFD-Post
 Após a inicialização, os locations específicos do 
Turbo estão disponíveis no CFD-Post
 Turbo Surface
 Turbo Line
 Criar uma Turbo Surface
 Constant Span = 0,5
CFD-Post
 Crie Contour Plots em Turbo Surface
 Número de Mach
 Pressão Total
 Pressao total em Stn Frame
CFD-Post
 Alterar Transformation
 Blade-to-blade (Theta-M’)
CFD-Post
 Crie Vetores em Turbo-surface
 Na vista Blade-to-Blade
CFD-Post
Relatorio do compressor axial
 CFD-Post fornece um modelo de relatório para 
apresentar o desempenho desse tipo de dispositivo
 Clique em File > Report > Report Templates, 
selecione Axial Compressor Report e depois Load
 Quando o relatório for gerado, vá para a guia 
Report Viewer e veja o conteúdo do relatório