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ELMER User’s Guide

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About this Manual

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ELMER Installation

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Contents

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List of Figures

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1

Chapter 1

Introduction

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1.1 ELMER Capabilities

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1.2 ELMER Structure

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1.3 ELMER Work flow

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8

Chapter 2

ELMER Front

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2.1 Input to ELMER Front

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2.1.1 CAD file

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10

2.1.2 Mesh file

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2.1.3 Model file

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2.1.4 Structural overview

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2.2 ELMER Front main window

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14

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2.3 General user interface features

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2.3.1 Standard window buttons

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2.3.2 Windows with body and boundary tables

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2.3.3 Attaching parameter sets to bodies and boundaries

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2.4 Starting ELMER Front

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2.5 ELMER Front settings file

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2.6 File menu

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2.6.1 Opening commands

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2.6.2 Load/Unload Mesh

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2.6.3 Save model

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2.6.4 Browser windows

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2.6.5 Save mesh

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2.6.6 Exit

8 : ! ! !

2.7 Edit menu

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2.7.1 Bodies

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24

2.7.2 Boundaries

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2.7.3 Element Selection method

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2.7.4 Selection mode

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2.7.5 Remove CAD geometry

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2.7.6 Remove inactive parameter data

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2.7.7 Solver input file

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2.7.8 Working directory

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2.7.9 User level

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2.7.10 Settings

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2.8 Display menu

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32

2.8.1 Display model

$ 1 ! $ 1

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2.8.2 Reset

$

2.8.3 Labels

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$

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2.8.4 Bodies

2 2

2.8.5 Boundaries

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2.9 Problem menu

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34

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2.9.1 Model Name and directories

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36

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2.9.2 Datafiles

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2.9.3 Coordinate settings

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2.9.4 Timestep settings

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2.9.5 Physical constants

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42

2.9.6 Equations

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2.9.7 Attachment

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46

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2.9.8 Advection-diffusion equation

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$ B ! !&

2.9.9 Data checking

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A ' ! (' !! ! ) $ !

! ' ! ! !&

2.9.10 Equation solving order

$ ! % $ $ ! ! = !

$ ! '

* A

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48

4 !

>

3 0 $

- !& ( !& !)

2.10 Model menu

! $

7 4*.

Figure 2.16: $

2.10.1 Model info

$ % % % '

1 %' 1 %

%' 8 %

'

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" 49

B % $ ? 8 % !

= % C 9 % 8 : 9 (9) 1 $

' ! L "

2.10.2 Body info

2 1

2.10.3 Body list

2 2 $

2.10.4 Initial conditions/Body forces/Materials

: : ! !

: 2 8 &

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50

:

8 % $ ? : 8

Figure 2.17: (/

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" 51

Figure 2.18:

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52

Figure 2.19:

: $ ?

% ; ! ! ! ! 7 8 ? % ! !

"

: 7 4*+ 2 * R0 S $ A

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" 53

2 4'

* $ L;"

4 $ L;" L; "

> $ ! % ?

Figure 2.20: $ 0$

2

(H) : 8 L; " L;"

#

% % @ % % $ % ! 7 8 %# 8 % ! !

; ! % !

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54

% ! !% $ % ! %

: % ( % ) % : ! ! = ! % % ( 8 % 7)

: % ! % ! ! %

@ %

#

@ 8' 8 % $ 7 4*53 % '

= ' %

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" 55

7 '

B' ! $ ! ! !

7 44* ! ! 41 ?

Figure 2.21: ,$ )

%' %

' 8

'

' %

' %

$%

$ 8' 8 $ 7 4*53 % '

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56

B' !

9 *' %

9 4'

7 % ( ) ! !

%' % 7! ! % ! $ ! !

'

:' !

#'

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" 57

1'

'

2.10.5 Boundary conditions

$ 2 & ! % ! $ 8 8 8

Figure 2.22: (/

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58

% :

; 8 ( !) 8 8

$ 2 C 8

2 ( >1 41) ( 41) ! ? ! ( >1) 1 7 8 & ! ! !8 % ! !8 : ! 7 & ? ! $ !

A! ! 8 % % ! : ! ! ! ! ! ! 78 ?8 !8

& %

7 & % 7 L=" ! 7 : % ! A!

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" 59

$

2.11 Mesh menu

2.11.1 Background

41 & ! A! 8

$ $ 9 ! = $ % ! $ %

$ ! % ! 1 ! ! & $ %

; % ! !8 A! ! 9 ! !8 ! ! ;! ! ! % ! C !

: ! ( ) $ % : % C A! %

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60

% 8

$ 8 7 443

%

: ! B

'

41 7 44>

Figure 2.23: $ /

2.11.2 The three mesh definition levels:

$ ! (*)

$ 2 ! (4)

$ 2 ! (>) !

: % (4) (>) ! ! (*)

2.11.3 Mesh example

7 443 8 & 2 * ()

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" 61

2 4 ()

Figure 2.24: 0$

$ & ! $ ! (>) ( !) ! (4) ! % ! ! (*) !

2=1O *'

7 2 * % * > ! *5 4 3 45 455

2=1O 4'

7 2 4 % B8- ! !8

: ! % ! B8- ! ! ! ! ! - .

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62

2.11.4 Define mesh

Figure 2.25: *# $

! $ & ! & : ! ! $ %

$ 1% % $ ! $ ! %

: 8 % ; 8 ! % 6 ; % % $ ! %

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" 63

$

$ % '

'

'

1'

1 '

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'

'

A ! JK' 9 % ! B % ! ! ! 1 ! ! !

' ! ! ! % 1! *5

' % ! !!

1' % ! !

' ! % (4)

' ! % (>)

6 ' % !

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64

2.11.5 Mesh structure

Figure 2.26:

$ 1% @ % ! (4)

= $ !

Page 77: ELMER User’s Guide · 73 Figure 2.32: $ 2.13.1 Generate mesh: 6 % 2.13.2 Calculate View factors: B : B % %

" 65

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$ $ F : 9 ! 7 4**-

' @ 8

' 2 () ! B !8 1 ! !7 = !

7!7 ( ) 7!7 ( ) $ $ %

2 ' 7 () 1 = ' 6 6 16 6

= 7 4**-

! '

' ! ! !

A' ! A % ! !

!' ! ! A %

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66

! $ ! ! ! !

; F % !

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" 67

(* > )' () % 8

(4 3 )' () 8

2.11.6 Mesh Density

$ 1% $ % & ! (>) ! ! A! % !8 ! ! $ ! & L" $ L " % ! !8 !

Figure 2.27: /

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68

! & '

' ! ! !

A' ! A % ! !

!' ! ! A % ! $ ! ! ( ) ! !

' %8 ()

' (

; % ( !) 8 % 744, $ % ! @

Figure 2.28: # 0$

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" 69

2.12 Solver menu

2.12.1 Solver settings

$ ! 7 44+ ! : 8 % ! !

Figure 2.29:

! !$ ! $ !& & ! ! ! ! ! $ ! B !

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70

Figure 2.30: ,-. 0$

; % ! % ! # ! ! ! A! ! ! & !

7 % 9 7 !

$2::P$:=' ! 9 : !

#@1 $:N' 8 8

::P$:='

8 ' 9 8

$' 9 9

8 ' ! *5 9 ! = !

# ' " 9 : (@) 8 $ % " '

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" 71

' " %

1' ! 7 ! ! 7 !! $ ! !

:!' ! ! '

26' 2C 6 9

$7F' $ 7 F

6' C 6

6' C 6

6' 69

8 ' 8 !!

$' :

' !Q (9 ! )

@' ! ! = '

'

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72

1' 1 8 7 ! &!

:#' 1& ! :# :#5

( )' % 7

2.12.2 Processor settings

$ ! $ !

Figure 2.31:

2.13 Run menu

$ 2 % : 8 :

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" 73

Figure 2.32: $

2.13.1 Generate mesh:

6 %

2.13.2 Calculate View factors:

B B : B % % @ < 1% 56 * " $ 7

$ $" 3 : %

2.13.3 Calculate Gebhardt factors:

6 6 : 6 % % @ < 1% 56 * " $ 7

$ $" 3 : %

2.13.4 Solver:

$ ! : %

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74

2.13.5 Postprocessor:

@ @

2.13.6 Select result file

$ 2 %

% 8 %

% % ( )

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" 75

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$ % %'

@ %' %

' ! %

% ' %

' %

' % ! %

2.13.7 Process table

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@ '

@'

'

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@' !

' B '

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7:1 I

0:1 I

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76

! %

1'

;' (;)

Figure 2.33: )

@ $ % % 2 $ @

@ '

' ()

' ()

0' ( %) '

1' ! ( %)

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" 77

@ ' ! = 7! 6#: 7! $ ! ! ! % 7! 6#: !6! !

2.14 Window menu

; ! 7 '

' (8 )

%' % (8 )

; ' $ 7 4>3 !

Figure 2.34: % 0$

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78

2.15 Help menu

Figure 2.35: 1 $

2.15.1 Graphics info

Figure 2.36:

$ 6 =6 $ %

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" 79

2.15.2 System info

Figure 2.37: /$

$ 8 $ %

2.15.3 About

$ !

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80

2.16 Model window toolbar

Figure 2.38: )

$ 7 '

! 9

N O P 8' 8 8

1 ' 1 (41 ) 7 !

1 ' % ( >1 )

1 ' 1

1 ' !<! 1 ( 1 !)

' !<! ( !)

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" 81

' ! % : ! ! !

'

1 ' 9

'

2.17 Model Window

$ % 7 $ & ?8 ; C ? C 8 =

: 8 ; 2

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82

Figure 2.39: 0$

$ 1 ! 1 $ (9) ( 4 )

2 & $ % 2

( !) $ 1 &

2.18 Control toolbar

! !

! ' ! %

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" 83

' 1%

<# '

!' !

'

2' 7

'

@'

:'

2.19 Message area

$ ! ! $ ! $

2.20 Status area

7 % % % A!

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84

Figure 2.40:

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$' % : 8

' ! % <

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2 ' ! % <

= ' ! <

: ' ! <

' !

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2 85

Chapter 3

ELMER Solver

: % (7) 8 ' 9 ! () ! 7 ! &

$ ! !! ! 8 !

! 7 4 8 % ! !9 << $ 8 8 % (! :7) 8 7

3.1 Overview

! 7 8 " % % !"

! % % !

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86

! (! ) ! ! % ! !

7 % ! $ % ! 4

! ' ? ? % $ ! : ?8 " ! 8 !"

! 7 +5 #8 (6: 1 8) ; $ ! $ ! ! :

3.2 Capabilities

! $ " ( 2) & (217 *T-)

! !& 41 >1 41 >1 $ 8 ! % ( ! ) : ! 9 : 8 9 ! 9

$ ! ? ! !& ?? (? ) ( ) ( ! )

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2 87

: ! !& $ & 7 ! *3

Heat transfer &! : ! ? ( ) ! :

: ? ? ! % ! $ ?

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: 9 & ! 8

: & 8

: & ') ( $ ! % C $ ! & : >1 ! U 7 ! * ( &!

$ & ! '

!

6

8 !

7 B 6 7

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88

! % " !

The Navier-Stokes equations ( ) ? ? $ ! ! ! !

:

9 ! ( ! ! ) @ : % @ 9 9 ! ! @

Advection-diffusion equation : ! & ? % : &

: ! ! !& ! 9 7 !

: structural analysis ! $ ! % 8 < $ ! 7 !*3 &

$ % @

! ! ' % !

$ ! ! $ ! # @0 9 0 8 @

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2 89

$ ! ! A#$:$ ! (6 26 $7F 6) :#() ! C 9 (26) # 9 :#(5)

3.3 Structure of a Simulation

$ % : & ! &

: % ! !

! !

! ! $ ! %+ ' >>*

, ( % & $ ! 9

, 9 : % 7 9 ?8

- ! ! % ! $ ! ! $ ! %

!

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90

!

V V ! % $ 8 7

! 7

%

3.3.1 Equation Solvers

: ! ! % ( ) ! ( ! ) ! % 9 ! $ ! !

; ! >4 ! !'

!

!&

$ !! '

1 ! ! ! (6)! 7 ? 2 8 !

U ! ! ( !)

$ $! ! ! %

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2 91

$ ! !& ! %

B ! %

$ %

! ! ! ! (9) ! !

$ ! & ! 8 $ ! % !

: %

3.4 Structure of the Base FEM Code

$ 7 & (@1) ! ! ! ! 9 9 @1 $ ! 8 ( 8)

! 7 ! !

! ! 7 '

6 &

B !

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92

2 % !!

D "

& !!

! ! !

! !

!

!

$ % !! & 8

$ 7 2 & & 1&

; ! ! $ ! *3 # 8 ! = ! : !

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2 93

3.4.1 Additional Utilities

2 7 ! ! '

2 9 @0! 8 $ 9 % ! ! % :#()

#

# () 7

% ! ! !

!

# 29 $ !

7

$ O ! !

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94

Chapter 4

The Post processor

$ !! @ & $ ! % 8

4.1 General Overview

$ ! @ @ 9 % @ 41 >1 @ & 8

7 "$ 7" 7 '

$<$0

=6

=6 =6 !

$ ! #8 ! ! ; $

: !

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3 ' 95

7

4.2 Performance:

$ ! ! ! % !'

!

: @ !

2 8 !

1 9 !

? :<=

1!! % ' !

6

$ $<$0 ! 8 ! 8 %

# !

!

= A$ ( A$ )

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96

8 $ : % 7 ! $ ! 7 @

8 "$$" ""9 + &+ ! $ & $ < $ 8 $

@ 8 ! 8 $ 8 @ =6 $ !

4.3 Element Types

$ @ !$ ! 8 <<

4.4 Input Format

$ % @ 8 << : @ 7:1@ % $ ! @

1 9 $ '

!

:<=

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4 % - 0$ 97

Chapter 5

Walk-through example

: 8 !' % 7 41 ! ! !9 @

: #" 6 8

: 7 8 7 L" 7 #" 6 4

7 ! % L!" ! # ! $ ! ! % !

5.1 Boiler: heating water in a kettle

: 8 $ ?

: B ! !

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98

= !

$ 2 8 41

5.1.1 Input geometry

$ 8 % % ! '

#$%

$ % 7 = % 7 $ % ! % %

; % 7 : 7-*

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4 % - 0$ 99

Figure 5.1: (5 $ $/

' 8 41 % %

: 7 -* % % : 1 % $ 1

5.1.2 Defining names and directories

# ! % 7 % ! $ & !

A! 8 % % $ 2 2

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100

$ 2 7 -4

Figure 5.2: (5 )/ $

$ % 2 % ! $ 1 8 4

: ! % ! % 7 % $ @ % %

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4 % - 0$ 101

%

: 8 % 8 % 7 -> &! $' ()%( % =

Figure 5.3: (5 $ $

@ = $ % ! ! ! 7 $ ! %' &$' ()%(

5.1.3 Problem definition

$ ! !

@ $ L8 " 7 -3 $

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102

Figure 5.4: (5 /$

% $ $ $ @

Page 115: ELMER User’s Guide · 73 Figure 2.32: $ 2.13.1 Generate mesh: 6 % 2.13.2 Calculate View factors: B : B % %

4 % - 0$ 103

% $ L$*" 8 % ; $ $ % $ ' 9 ! ! ; ( 8) ! %

: 7 -- ! $ 9 ,5 ! ,5 : ? !

Figure 5.5: (5 $

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104

% 8 $ @ $ 7 -.

: % : L0" 7 L;" % ? : 8

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4 % - 0$ 105

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5.1.4 Model parameters

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106

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108

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110

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5.1.5 Mesh generation

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112

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4 % - 0$ 113

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5.1.6 Solving

$ % % ! ! ! ! ! %

$ ! !

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114

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116

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5.2 Visualization with ELMER Post

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4 % - 0$ 117

5.2.1 ELMER Post User Interface

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118

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5.2.2 Reading the postprocessor file

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120

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5.2.3 Model Display properties

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122

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124

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4 % - 0$ 125

5.2.4 Timestep control

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$ 8 8 % ($ ) $ 7 8 *.5

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126

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128

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Appendix A

Mathematical Background

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A.1 The Governing Equations

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$

(4)

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130

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132

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A.2 The Boundary Conditions

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134

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136

A.3 Numerical Methods

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138

Appendix B

ELMER Geometry File format

B.1 Introduction

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140

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B.2 The format

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B.2.1 The section

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B.2.2 The section

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142

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B.2.4 The section

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B.2.5 The section

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B.3 An example file

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144

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Appendix C

ELMER Front settings file format

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146

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148

Appendix D

ELMER Mesh Generator inputfile format

D.1 Model description

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$ ! ! ! ! % @ %

D.2 Mesh density control

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D.3 File structure

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150

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D.4 The header

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D.5 The vertices

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D.6 The edges

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152

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D.7 The bodies

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Appendix E

ELMER Mesh File Format

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Appendix F

ELMER Solver Input File Format

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F.5 Using the Advection-Diffusion Equation Solver

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F.6 An Example of Using the Input File

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190

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Results

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Appendix G

ELMER Solver Output FileFormat

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G.1 The Header

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192

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G.2 The Output Data

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194

Appendix H

ELMER Post File Format

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H.1 The Header

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H.2 The Mesh

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196

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H.3 The Solution Data

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H.4 An example file

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Appendix I

ELMER Solver Element Types

$ !

( 454) (45>) *1

( >5>) (>5.) (> . 7 :*)

u

v

1 2

3

u

v

1 2

3

4

56

Figure I.1: ' 2 :282; < :28<; $

(353) (35,35+) (3, + 7 :4)

(-53) (-*5) (3 *5 7 :>)

Page 210: ELMER User’s Guide · 73 Figure 2.32: $ 2.13.1 Generate mesh: 6 % 2.13.2 Calculate View factors: B : B % %

198

u

v

(0,0)

1 2

34

u

v

(0,0)(−1,0) (1,0)

(0,−1)

(0,1)

1 2

34

5

6

7

8

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u

w

v

1 2

4

3

u

w

v

1 2

4

3

5

98

7 6

10

Figure I.3: ' 3 :483; 8 :48; $

(,5,) (,45,4/) (, 45 4/ 7 :3)

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u

w

v

(0,0,0)

1

2

6

5

4

3

7

8

u

w

v

1

2

6

5

4

3

7

8

9

14

17

13

12

10

18

20

11

15

19

16

Figure I.4: ' 7 :787; "8 :7"8; ) $

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200

Index

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0 201

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