UNIVERZITET U ZENICI MAŠINSKI FAKULTET

LABARATORIJA „LECAD“ ZENICA

ČESMA SKLOP-PARAMETARSKA ANALIZA

Seminarski rad iz predmeta CAD II-modeliranje i simulacije

Student: Profesor:Mandzuka Emir(5050/03) v.prof.dr.sc. Senad Balić

Zenica, 2014

1

Sadržaj:1. UVOD 32. PARAMETARSKA ANALIZA-„GOAL OPTIMIZATION“ 4

2.1 Izrada studija 5

2.2 Podešavanje računske domene 8

2.3 Definisanje ulaznih graničnih uslova 9

2.4 Definisanje izlaznih graničnih uslova 10

2.5 Definisanje aplikacije Global Goal 11

2.6 Definisanje aplikacije Surface Goals 11

3.POKRETANJE SIMULACIJE PROTOKA VODE 15

3.1. Definiasnje aplikacije „RUN“ 15

3.2. Pokretanje aplikacije RUN i tok simulacije 15

3.2.Prikaz rezultata simulacije pomocu aplikacije „CUT PLOTS“ 19

3.3.Prikaz rezultata preko aplikacije „GOAL PLOTS“ 21

4. ZAKLJUČAK 23

LITERATURA: 23

2

1. Uvod

Flow Simulation je softver u potpunosti integriran u SolidWorks-u za računanje protoka fluida (plina ili tekućine ) sa vanjske ili unutrašnje strane modela , kao i za prijenos toplote(sa, između ili u ) ovim modelima uslijed konvekcije, zračenja itd. Specifičnost Flow Simulation aplikacije je jasna granica između predprocesora za unos polaznih podataka, koprocesor za nadzor i kontrolu proračuna, postprocesor za pregled dobivenih rezultata. Tako imamo više vremena za proučavanje dobivenih rezultate i različite izračune.Flow Simulation se naširoko koristi u mnogim industrijama i za različite primjene , gdje su dizajn optimizacije i analiza učinka izuzetno važni, kao što su : ventili i regulatori, hidrauličke i pneumatske komponentie, izmjenjivači toplote, auto industrija, elektronika i mnogi drugi.

U ovom radu ćemo posvetiti pažnju parametarskoj analizi (često zvanoj optimizacija)u kojoj se pokreće set kalkulacija kod kojih se određeni parametri iterativno mijenjaju u okviru odabranih granica dok se ne postigne postavljeni cilj. Da bi optimizirali odredjeni proizvod, SolidWorks Flow Simulation osigurava snažan alat za automatizaciju tih ponavljanja i pronalazi najbolje rješenje pomoću studija „Goal optimization“ i „What if“ koji će biti detaljno objašnjeni u narednim poglavljima.Najveća prednost ovih studija se ogleda u tome da možemo koristiti dobivene rezultate ( protok fluida) kao 3D dizaj alat za testiranje različitih scenarija i ishoda s ciljem poboljšanja učinkovitosti proizvoda.

U ovom radu kao konkretan model smo koristili sigurnosni česmu za vodu(slika 1.). Voda ulazi u ventil kroz ulazni otvor (slika 1.)i kreće se aksijalno prema disku čija je uloga da ventil drži zatvorenim.Pritisak vode na ulazu u ventil je 5 bara što u stvari predstavlja pritisak u sistemu, a na izlazu 1 bar što predstavlja atmosferski pritisak. Sve navedene promjene nemaju uticaja na krajnji rezultat simulacije.

Slika 1. SKLOP ČESMA

2. Parametarska analiza-„Goal optimization“

3

U parametarskoj analizi (često zvanoj optimizacija) pokreće se set kalkulacija kod kojih se određeni parametri iterativno mijenjaju u okviru odabranih granica dok se ne postigne postavljeni cilj.

Svaka iteracija u parametarskoj analizi stvara novu konfiguraciju sklopa sa različitom vrijednošću promjenljivog parametra (definisan ili kao dimenzija ili granični uslov) koja mijenja polje strujanja. Kod svake iteracije, izračunava se vrijednost karakteristike koja se prati i koja je postavljena za cilj simulacije i upoređuje sa postavljenim ciljem. Pri tome, postavljeni cilj može biti definisan kao konstanta, pomoću tabele ili funkcionalne zavisnosti. Nakon toga, model se automatski ažurira mijenjajući vrijednost promjenljivog parametra upotrebom metode sječice (sekante) i provodi se se nova numerička analiza. Navedeni postupak se ponavlja dok se:

(1) ne postigne željena vrijednost karakteristike koja se prati, (2) dok se ne dostigne ranije definisani maksimalni broj iteracija ili (3) dok se ne ustanovi da se željeni cilj ne može dostići unutar definisanih granica promjene vrijednosti parametra koji se mijenja.

Ovakve parametarske studije mogu obuhvatiti samo vremenski nezavisne analize modela sa fiksnom geometrijom. Ako se želi odrediti vrijeme potrebno da se postigne stabilno strujanje, onda se mora provesti tranzientna analiza i u tom slučaju parametarska analiza nije upotrebljiva. Tada se svaka studija mora pripremiti i provesti individualno.Da bi se pokrenuo studij parametaske analize potrebno je sprovesti određene korake koji su pojašnjeni u nastavku.

2.1 Izrada studija

Projekat Wizard nas vodi kroz osnovne postavke definiranja novog projekta na slijedeći način.

4

a.)Unošenje imena projekta

b.)Definisane vrijednosti UNIT SYSTEM

5

c.)Tip analize mi uzimamo INTERNAL

d.)Odabir fluida tecnosti gasa vode u našem slučaju itd.

e.)Odabir wall codnitions

6

f.)Unošenje vrijednosti 5 m/s u x velocity direction ostalo se ne dira u našem slučaju

g.)Završna unošenja u našem slucaju

Kao što smo vidjeli u prethodnih 8 slika objašnjeno je unošenje naših podataka u aplikaciju wizard.Gdje smo unjeli naše podatke kao sto je brzina protoka 5 m/s odbair fluida u našem slučaju voda i ostalih pojedinostii što nam simulaciju olakšava.

7

2.2 Podešavanje računske domene

U stablu analize SolidWorks Flow Simulation, desni klik na Computational Domain i odaberemo Edit Definition.

Vrijednosti koje su korištene za podešavanje domene ( opcija „Size and Conditions“) su prikazane na slici 2. i određene su na osnovu same geometrije ventila tj. sve površine koje dolaze u dodir sa fluidom moraju biti unutar zadane domene.

Slika 2. Podešavanje računske domene

2.3 Definisanje ulaznih graničnih uslova

Omogućuje nam stvaranje ulaznog protoka i izlaznih graničnih uslova, kao i zidne uslove na površinama koje dolaze u kontakt sa fluidom za unutaršnju i vanjsku analizu protoka fluida.Za interne analize protoka, granični uslovi su potrebni na ulaznim i izlaznim otvorima modela. Jedina iznimka je za interne analize prirodne konvekcijom, koji zahtijevaju potpuno zatvorene modele bez otvora, a za takve analize nisu potrebni unutarnji granični uslovi.

U stablu analize SolidWorks Flow Simulation, desni klik na Boundary Conditions i odaberemo Insert Boundary Condition.

Locirajte i označite unutrašnju površinu ulaznog poklopca koji je izradjen pomoću aplikacije „Create lids“. U slučaju interne analize Flow Simulation možemo analizirati protok tekućine samo u potpuno zatvorenom prostoru. Dakle, prije nego što analiziramo određeni model moramo promijeniti geometriju i zatvoriti sve otvore poklopcima. Ovaj alat nam omogućuje da dizajniramo te poklopce automatski.

Pod Type , kliknemo na FLOW OPENINGS i odaberemo INLET VELOCITY.

Pod FLOW PARAMETERS, ukucamo 5 m/s. (slika 3).

8

Slika 3. Definisanje ulaznih graničnih uslova

2.4 Definisanje izlaznih graničnih uslovaU stablu analize SolidWorks Flow Simulation, desni klik na Boundary Conditions i odaberemo Insert Boundary Condition.

9

Locirajte i označite unutrašnju površinu ulaznog poklopca koji je izradjen pomoću aplikacije „Create lids“. U slučaju interne analize Flow Simulation možemo analizirati protok tekućine samo u potpuno zatvorenom prostoru. Dakle, prije nego što analiziramo određeni model moramo promijeniti geometriju i zatvoriti sve otvore poklopcima. Ovaj alat nam omogućuje da dizajniramo te poklopce automatski.

Pod Type , kliknemo na Pressure openings i odaberemo Enivroment pressure.

Tu uzimamo zadane podatke (slika 3).

2.5 Definisanje aplikacije Global Goal

Global Goal je fizički parametar koji se izračunava unatar cijele domene. On ustvari predstavlja slijedeći odnos:

10

∑cells

Ai⋅dVi

∑cells

dVi

Gdje je Ai srednja prosječna vrijednost određenog parametra (npr. temperatura), dVI je volumen i-te ćeliji, a suma predstavlja zbir svih ćelija unutar računske domene.U stablu analize SolidWorks Flow Simulation, desni klik na Goals i odaberemo Insert Global Goal.Parametar od interesa je protocni i pritisak i to njegova srednja vrijednost. Označimo okvir Av za parametar velocity te provjerimo da li je odabrana opcija Use for Conv slika 5.

Slika 5. Definisanje aplikacije Global Goal

2.6 Definisanje aplikacije Surface Goals

Omogućuje nam da odredimo površinske ciljeve za svoj projekat.Surface goals je fizički parametar izračunat na odabranim površinama.Površina može biti bilo koje lice ili u kontakt s tekućinom (model, zid ili otvor) ili raspoređeni u tekućini. SolidWorks izračunava ovaj parametar na osnovu slijedeće formule:

∑cells

Ai⋅dSi

∑cells

dSi

Gdje je dSi-presječna površina i-te ćelije.

U stablu analize SolidWorks Flow Simulation, desni klik na Goals i odabiremo Insert Surface Goal.

Označimo parametar velocity i provjerimo da li je odabrana opcija Use for av.

Odabiremo određene površine koje su izložene strujanju fluida i prikazane su na slici 6.

11

a.)Insertovanje surface goals

b.)Oznacavanje ulaza brzine protoka vode kroz cesmu velocity(brzina).

12

c.) Oznacavanje izlaza brzine protoka vode kroz cesmu velocity(brzina).

d.)Insert equation goal

13

e.)Racunanje equation goal pomocu odzuminja izlaza od ulaza vode u cesmu

Slika 6. Definisanje aplikacije Surface goals

Kao sto je prikazano na slici 6 u 5 koraka sam pokazao zadavanje operacije surface goals za VELOCITY (brzinu) protoka vode kroz cesmu . Oduzimali smo s 4 opeciju brzinu ulaza vode od brzine izlaza vode na cesmi.

3.POKRETANJE SIMULACIJE PROTOKA VODE

14

U oom poglavlju bavimo se pokretanjem simulacije protoka vode kroz cesmu

3.1. Definiasnje aplikacije „RUN“

Ovde pokrecem aplikaciju RUN sa kojom pokrecemo simulaciju koja je opisana u slijedecoj tacki .

3.2. Pokretanje aplikacije RUN i tok simulacije

a.)Pokretanje aplikacije RUN

Gdje pritiscemo RUN i nedriamo nista ako ne treba

15

b.)SOLVER ekran sa podacima o strat i kraju simulacije

c.)Solver ekran sa podacima o iteracijam i ostalim podacima

d.)Lista zadanih zadataka

16

e.) Dijagram zadataka

f.)Slika simulacije

Kao sto vidimo sa slike prikazana nam je simulacija protoka brzine vode kroz cesmu.

Puna plava prestavlja vodu dok svijetila pokazuje djelovanje vnajskih particija itd

17

g.)Slika simulacije

Kao sto vidimo sa slike prikazana nam je promjena pritiska vode kroz cesmu.

18

3.2.Prikaz rezultata simulacije pomocu aplikacije „CUT PLOTS“

U ovoj aplikaciji prikazaju rezulati simulacije ko sto smo mi u nasem slucaju radili za velocity (brzinu). Na slici je pokazano gdje idemo sa klikom u nasem slučaju CUT PLOTS. Onda nam izbaci ekran gdje klikamo dalje i onda nam on na trecoj slici izbaci sa dijagramom cesmu i sa djelvanjem unutra vode.

a.) Odabir cut plots

19

b.)Odabir povrsine presjeka

c.)Rezultat simulacije

3.3.Prikaz rezultata preko aplikacije „GOAL PLOTS“

U ovoj aplikaciji mi izbacivamo razultate nase simulacije u MICROSOFT EXCEL.

Prvo idemo na aplikaciju goal plots. Drugi oznacimo sve sta cemoda nam izbaci u MICROSOFT EXCELU. I klikamo na EXPORT TO exel. Nakon svega vidimo u slijedecem dijelu tableta tabelu U microsot exel

20

a.)odabir rezultata analize

b)Odabir sta hocemo za rezultate u EXCEL

c.)Tabela prikazana u microsoftu excelu

21

4. Zaključak

Parametarska analiza nam omogućava optimizaciju određenog problema ili procesa koji se odvijaju unutar modela pri različito zadanim početnim uslovima. Nakon izvršene analize rezultata moguće je korigovati sam model u cilju pospješivanja određenih performansi samog proizvoda kako bi taj proizvod imao što bolji plasman na tržištu ili učinkovitiju primjenu u procesima kojima podliježe.

LITERATURA:

(1) Analyzing the Flow in Products –CAD Dimensions

22