Zadanie wprowadzające

Należy znaleźć zależność pomiędzy prędkością na wylocie z rurociągu o przekroju kołowym a średnicą rurociągu, przy zachowaniu niezmiennego strumienia masy wody przepływającej przez ten rurociąg i stałej długości przewodu. Analizę wykonać dla 5 średnic z zakresu d=<100,300mm>, dla strumienia masy 7,5 kg/s i długości rury 1,5 m

1. Logowanie i uruchamianie Workbencha

1.1 Dostęp zdalny

Uruchom sesję pro-viz na zeusie i uruchom Workbench-a zgodnie z opisem  Obliczenia ANSYS w usłudze pro-viz .

1.2 Uruchom platformę zarządzania projektami ANSYS Workbench:

Otwórz zakładkę Education → ANSYS w oparciu o indywidualny kod dostępu, jak widać poniżej:

Domyślnie otworzy się platforma zarządzania projektem ANSYS Workbench.

Przed przystąpieniem do kolejnych kroków koniecznie zapisz projekt (CTR+S).

2. Tworzenie projektu ANSYS Workbench

2.1 Dodawanie komponentów

Na przestrzeń roboczą dodaj wskazane poniżej komponenty projektu. Komponenty te domyślnie znajdują się po lewej stronie w zakładce: Component Systems. Komponenty dodajemy metodą „chwyć i upuść”.

Komponenty do dodania:

• Geometry
• Mesh
• CFX

  Poniżej pokazano zrzut panelu i okien dialogowych projektu w Workbench

2.2 Łączenie komponentów  w projekt.

Chwyć komórkę:  Geometry z komponentu w bloku A (Geometry) i przeciągnij na komórkę Geometry w komponencie B (Mesh). Następnie z komponentu B przeciągnij komórkę: Mesh na komórkę: Setup w komponencie C (CFX), zgodnie z pokazaną niżej sekwencją

3. Przygotowanie  geometrii

1. Dwukrotnie kliknij  na komórce: Geometry w komponencie A, domyślnie otworzy się wówczas Design Modeler (DM).
2. W drzewie projektu klikając wybierz układ współrzędnych XY  (XYPlane), następnie utwórz nowy szkic klikając na ikonie  (New Sketch) lub przechodząc z zakładki: Modeling do zakładki: Sketching zacznij tworzyć nowy szkic jak to pokazano poniżej

3.1 Tworzenie geometrii

Korzystając w Menu z zakładki: Sketching, rysujemy okrąg o średnicy około 100mm. Używamy w tym celu polecenia: Sketching → Draw  → Circle, patrz niżej

3.2 Definiowanie wymiaru parametrycznego

Zdefiniuj średnicę jako wymiar parametryczny szkicu deklarując kolejno:  Sketching → Dimensions  → Diameter.

Następnie kliknij na okrąg w obrębie szkicu, dodany zostanie wymiar D1. W oknie detali wymiaru kliknij na pusty kwadrat obok symbolu D1, w aktywnym oknie wpisz nazwę parametru jako „Srednica” (patrz rysunek). Po zatwierdzeniu, obok wymiaru pojawi się symbol D, oznaczający wartość sparametryzowaną. Dodatkowo w oknie projektu na platformie Workbench dodana zostanie nowa szyna parametrów.

3.3 Generowanie geometrii przestrzennej rury

Utwórz geometrię przestrzenną rurociągu, poprzez „wyciągnięcie” szkicu na długość 1,5 m wykonując polecenia: Create → Extrude  . W oknie detali wyciągnięcia jako geometrię wskazujemy: Sketch1 i wymiar 1500 mm, patrz rysunek poniżej

Zatwierdzamy zmiany klikając na: Generate

3.4 Definiowanie charakterystycznych przekrojów

W celu ułatwienia opisu modelu wprowadź nazwy charakterystycznych powierzchni. Charakterystyczne przekroje kontrolne na końcach rury nazywamy odpowiednio: WLOT i WYLOT.

Z narzędzia: Selection Filter  wybieramy wskazywanie powierzchni:  

Następnie z narzędzi wybieramy nazwy powierzchni wprowadzając: Tools  → Named Selection → Wybieramy wskazaną powierzchnię → Wpisujemy nazwę → Generujemy , sposób  postepowania w przypadku wlotu pokazano na rysunku poniżej

Operację należy powtórzyć dwa razy (dla Wlotu  i Wylotu).

Zamykamy Design Modeler i zapisujemy projekt.

W oknie projektu, przy właściwie wprowadzonej geometrii pojawia się znak poprawnego zdefiniowania komórki .  W kolejnym kroku należy wygenerować siatkę numeryczną.

4. Generowanie siatki numerycznej

4.1 Uruchamianie

Dwukrotnie kliknij  na komórce Mesh w komponencie B. Domyślnie otworzy się zawartość Ansys Meshing z załadowaną wcześniej przygotowaną geometrią.

4.2 Wygeneruj siatkę dla solvera CFX z ustawieniami domyślnymi.

Kliknij na ikonę siatki  (Mesh) w drzewie projektu. Następnie  w oknie detali ustaw następujące preferencje:

• Physics Preference: CFD
• Solver Preference : CFX

Wygeneruj siatkę używając polecenia: . Obraz rury i siatki pokazano poniżej

UWAGA: Istnieje ryzyko, że siatka po wygenerowaniu nie jest wyświetlana, pomimo jej istnienia. Wstawienie przekroju siatki rozwiązuje problem doraźnie (Zespół pracuje nad całkowitym rozwiązaniem problemu). 

Zamknij ANSYS Meshing i zapisz projekt.

5. Nadawanie cech fizycznych modelowi geometrycznemu w CFXPre

5.1 Uruchom ANSYS CFX Pre.

Dwukrotnie kliknij  na komórce Setup w komponencie C, domyślnie otworzy się Ansys CFXPre z załadowaną wcześniej przygotowaną siatką numeryczną.

5.2 Zdefiniuj domenę jako płyn

Wczytana wcześniej geometria trafia do domeny domyślnej. Kliknij dwukrotnie w drzewie projektu na domenę domyślną  (Default Domain) i w pozycji: Material dokonaj zmiany na wodę (Water).

5.3 Zdefiniuj warunki brzegowe (Boundary Conditions) na wlocie.

5.3.1 Na wlocie strumień masowy równy 7,5 kg/s.

Kliknij prawym przyciskiem w drzewie projektu na wcześniej zmodyfikowanej domenie. Z menu wybierz i wstaw (Insert): Boundary .  Nazwij warunek: WlotRury. 

W zakładce: Basic Settings ustaw typ warunku na: Inlet i wybierz alokację dla warunku na powierzchni zdefiniowanej w geometrii jako wlot, zgodnie z przedstawionym poniżej postępowaniem 

W zakładce: Boundary Details, w pozycji: Mass and Momentum , w Opcjach wybierz: Mass Flow Rate i ustaw jego wartość na 7.5 kg/s, patrz rysunek

Następnie zatwierdź ten wybór.

5.3.2 Analogicznie do warunku na  wlocie ustaw wymagane dane na wylocie.

Dodaj następny warunek nazywając go: WylotRura.

W zakładce: Basic Settings ustaw typ warunku na: Opening i wybierz alokację dla warunku na powierzchni zdefiniowanej w geometrii jako: Wylot.

W zakładce: Boundary Details, w pozycji: Mass and Momentum , w Opcjach wybierz: Opening Pres. and Dirn i ustaw ciśnienie względne (Relative Presssure) na wartość równą 0 Pa.

Zatwierdź wprowadzone zmiany.

Zamknij CFX-Pre i zapisz projekt.

6. Rozwiązanie zadania – Solver CFX

W komponencie C klikamy prawym na: Solution, wybieramy: Edit.  W oknie: Define Run ustawiamy:

• Run Mode na: Platform MPI Local Parallel
• Partitions ustawiamy np. na 4 (patrz rysunek)

Uruchamiamy obliczenia za pomocą: Start Run.

Po zakończeniu iteracji zamykamy CFX Solver Manager i zapisujemy projekt.

7. Opracowanie wyników – Post Processing

Dwukrotnie klikamy na polecenie: Results w komponencie C.

7.1 Wyświetlanie rozkładu prędkości na wylocie z rurociągu.

Kliknij dwukrotnie na: WylotRura w drzewie projektu.  W detalach ustaw: Mode na: Variable. Jako Variable wybierz: Velocity (prędkość).  Zatwierdź zmiany. Rysunek poniżej pokazuje obliczony rozkład prędkości na wylocie z rury

7.2 Dodawanie parametrów wyjściowych

Przejdź do zakładki Expressions. Kliknij w obrębie listy z równaniami, a następnie z menu prawego klawisza myszki wybierz wstaw nowe równanie (NEW), jak to widać na rysunku

Równanie nazwij: PrędkoscWylot  i zdefiniuj jako wartość średnią w przekroju wylotowym. Skorzystaj z podanego poniżej równania:

areaAve(Velocity)@WylotRura

Zatwierdź wprowadzone równanie. Równanie zostało dodane do listy. Kliknij na nim i z menu rozwijanego wybierz opcję „użyj jako parametr wyjściowy” (Use as Workbench Output Parameter). 

Zauważ, że po tej operacji (zgodnie z rysunkiem) pętla parametrów w Workbenchu się zamknęła

Zamknij CFX Post i zapisz projekt.

8. Plan eksperymentu – automatyczne obliczenia wielu wariantów

8.1 Ustawienie macierzy eksperymentu

Dwukrotnie  kliknij na szynę parametrów (Parameter Set). W nowym widoku otworzona zostanie między innymi „Tabela Eksperymentu” (Table of Design Points).

Dodaj kolejne Punkty Projektowe (Design Points) wprowadzając do tabeli kolejne wartości średnic: 100, 150, 200, 250, 300. Rozszerzenie tabeli następuje poprzez wpisanie wartości w komórkę wiersza poniżej aktualnego i jej zatwierdzenie enterem.

8.2 Podgląd wyników globalnych dla kolejnych Punktów Projektowych

W oknie: Outline of All Parameters klikamy na: Charts. Następnie  wybieramy: Parameters Charts i ustawiamy osie współrzędnych w następujący sposób:

• X-Axis (Bottom) : Srednica
• Y-Axis (Left) : PredkoscWylot

Dodane zostało nowe okno wykresu.

8.3 Obliczenia dla wszystkich punktów

Na głównym pasku narzędziowym klikamy: Update All Design Points.  Kolejne wartości w miarę postępu obliczeń zostaną dodane do wykresu.

Każdorazowo wykonane też zostanie przejście przez wszystkie komórki zdefiniowane w ramach projektu na platformie Workbech.

Macierz eksperymentu i wykres końcowy przyjmują wartość jak pokazano poniżej

Następnie zapisz swój projekt.

9. Przekierowanie obliczeń na klaster Zeus

W bieżącym punkcie zostanie przybliżona procedura przekierowania obliczeń z maszyny dostępowej na klaster obliczeniowy Zeus z użyciem RSM (Remote Solve Manager).

9.1. Przygotowanie  dodatkowych punktów obliczeniowych w macierzy eksperymentu

Analogicznie jak w punkcie  8.1. wprowadź do tabeli dodatkowe punkty projektowe odpowiadające pośrednim wartością średnic tj.  125, 175, 225, 275.

9.2.  Konfiguracja RSM

Uruchamiamy RSM z menu Workbencha:  Wybieramy Tools → Launch Remote Solve Manager.

Po uruchomieniu   Launch Remote Solve Manager czekamy na wyświetlenia listy kolejek,  następnie klikamy prawym na My Computer →  Set Password i wypełniamy naszym hasłem PLGrid. Zatwierdzamy OK.

Następnie klikamy na "+" pod Queues → plgrid i kilkamy prawym na "gui.zeus.cyfronet.pl" → Test. Nastąpi rozpoczęcie testowania poprawności konfiguracji. Po zakończeniu testu (do kilku minut) status Joba zmieni się z Running na Finished. Klikając na wiersz  TestJob dostaniemy informację o jego wyniku.

Po pozytywnym wyniku testu przechodzimy do zlecenia zadania.

9.3. Zlecanie obliczeń na klaster

Przechodzimy do okna głównego platformy Workbench → Klikamy prawym na komórkę Setup w komponencie C → Wybieramy Properties.

W oknie właściwości (wyświetlone po prawej stronie) zmieniamy ustawienia odpowiednio w pozycjach:

14.  Update Option  -  Submit to  Remote Solve Manager
16.  Queu - plgrid

Po poprawnym ustawieniu klikamy w głównym pasku narzędziowym Workbench na Update All Design Points.   Kolejne zadania obliczeniowe będą zlecane na klaster.

Po zakończeniu obliczeń na klastrze tabela eksperymentu i  wykres powinny przyjąć następującą formę.

Zapisz projekt.

Zamykamy platformę Workbench i wylogowujemy się z maszyny dostępowej za pomocą  LogOut.