Numeryczna mechanika płynów jest narzędziem umożliwiającym przeprowadzenie wirtualnych eksperymentów, które pozwalają uzyskać szczegółowe informacje o przepływie, bez budowania kosztownych prototypów. Inżynierowie potrzebują jednak dużo więcej informacji niż otrzymywane podczas klasycznej symulacji pole prędkości i ciśnień dla jednego przypadku.

Adam Piechna

W obliczu rosnącej konkurencji i silnego nacisku na zwiększanie efektywności działania produktów, konieczne jest uzyskanie wiedzy o zależności parametrów najważniejszych dla działania danego urządzenia od jego kształtów i parametrów pracy. Przy klasycznym podejściu konieczne jest wykonanie dużej liczby symulacji, co jest czasochłonne i generuje dodatkowe koszty. W programie ANSYS Fluent dostępna jest możliwość wykorzystania dodatkowego solvera który na podstawie uzyskanego rozwiązania, jest w stanie przeprowadzić analizę wrażliwości wykonując tylko jeden cykl obliczeniowy.

Analiza wrażliwości
Chcąc wykonać komputerową symulację przepływu przy wykorzystaniu klasycznych solverów, użytkownik definiuje układ poprzez podanie: geometrii w postaci siatki numerycznej, własności materiałowych symulowanego medium, warunków brzegowych różnych typów oraz definiując odpowiedni model fizyczny. Po uzyskaniu zbieżności rozwiązania otrzymujemy zbiór danych wynikowych dokładnie opisujących zachowanie się płynu w modelowanym układzie. Następnie może zostać wykonana analiza wyników dostarczająca informacji o wydajności działania układu.


Rys. 1  Analiza wrażliwości przy wykorzystaniu klasycznych solverów obliczeniowych. Konieczne jest przeprowadzenie szeregu symulacji dla różnych wartości danych wejściowych.

Jeżeli zostanie dokonana zmiana jednego z parametrów opisujących dany układ (danych wejściowych) wynik obliczeń może się zmienić. To jak duże będą te zmiany zależy od tego, jak bardzo przepływ jest wrażliwy na ten konkretny parametr wejściowy. Obliczając pochodną obserwowanego wyniku po zmienianym parametrze uzyskamy wartość wrażliwości w postaci liczby. Określanie tego typu zależności jest głównym zadaniem analizy wrażliwości. Pochodnych, które możemy obliczyć jest niezwykle dużo; w zależności od celów analizy tylko część z nich będzie niosła informacje istotne z punktu widzenia inżyniera i projektanta. W klasycznym podejściu do numerycznej mechaniki płynów, konieczne jest wykonanie szeregu obliczeń – dla różnych wartości parametrów wejściowych wpływających na działanie układu. Proces ten jest niezwykle czasochłonny. W przypadku, kiedy chcemy zbadać wpływ zmian geometrii, cykl obliczeniowy będziemy musieli poprzedzić ponowną generacją (całości lub części) lub modyfikacją siatki obliczeniowej, co dodatkowo komplikuje i wydłuża cały proces.
Jednak kosztowne w uzyskaniu informacje o wrażliwości układu potrafią nieść ze sobą niezwykle cenne wskazówki dla inżyniera. Przede wszystkim duża wrażliwość układu może powodować wahania jego wydajności, wskutek występujących niedokładności produkcyjnych lub małych zmian występujących w warunkach pracy. Jednocześnie w szeregu zagadnień właśnie duża wrażliwość może być czymś pożądanym. Wyobraźmy sobie mały element wykonawczy mogący efektywnie regulować przepływem.


cały artykuł dostępny jest w wydaniu 10 (61) Październik 2012

Czytaj także:

Modelowanie połączenia rury z obejmą z uwzględnieniem obciążenia typu „bolt load”

Modyfikacja częstotliwości drgań własnych maszyn z wykorzystaniem MES

Obliczenia połączeń spawanych konstrukcji ramowych

Krzyżowy układ napędowy; cz. 1; Pojazd mechatroniczny – badania wirtualne