1.Especificación del problema

Considérese un fluido que fluye a través de una placa plana, como se ilustra arriba. Obtener la distribución de velocidad y presión cuando el número de Reynolds basado en la longitud de la placa es de 10,000. Este número de Reynolds se obtiene utilizando los siguientes ajustes. La longitud de la placa es de 1 m. El fluido entrante fluye en la dirección x con una velocidad de 1 m / s. La densidad del fluido es 1 kg / m ^ 3 y la viscosidad es de 1 x 10 ^ (- 4) (kg / ms). Tenga en cuenta que estos valores no son necesariamente física. Se han recogido para producir el número de Reynolds deseado.

Compruebe sus resultados mediante la comparación de la distribución de la velocidad y la presión con la teoría de la capa límite clásico.

2.Pre-AnálisisPara un flujo externo de este tipo, hay que determinar dónde colocar el límite exterior. Un dominio rectangular será utilizado para esta simulación. La altura del dominio rectangular será determinado por el espesor esperado de la capa límite. Para una capa límite de placa plana, se puede utilizar la siguiente aproximación para encontrar el espesor de la capa límite.

Cuando x = 1m, = 0,05 m. La altura del dominio se ajustará a diez veces el espesor de la capa límite. Por lo tanto, la altura de la frontera se ajustará a 0,5 m. La siguiente figura muestra las dimensiones del dominio, y las etiquetas de contorno que se utilizarán para establecer las condiciones de contorno.

3.Inicialización ANSYS FLUENTAntes de abrir ANSYS, cree una carpeta llamada FlatPlateCFD en un lugar conveniente. Vamos a utilizar esto como la carpeta de trabajo en la que los archivos creados durante la sesión se almacenarán. Para esta simulación FLUENT se llevará a cabo dentro de la interfaz de ANSYS Workbench.

Iniciar ANSYS Workbench:

4.Geometría

Saving

Sería de interés, guardar el proyecto en este punto. Haga clic en el botón "Guardar

como . , que se encuentra en la Workbench Project Page . Guarde el proyecto como "FlatPlateFlow" en su directorio de trabajo. Cuando se guarda en un archivo de ANSYS y se creará una carpeta. Por ejemplo, si se guarda como "FlatPlateFlow", un archivo "FlatPlateFlow" y una carpeta llamada "FlatPlateFlow_files" aparecerá. Para volver a abrir los archivos de ANSYS en el futuro tendrá que tanto el archivo ".wbpj" y la carpeta. Si usted no tiene AMBOS, usted no será capaz de acceder a su proyecto.

Selección del proyecto

En el lado izquierdo de la ventana de workbench, verá una caja de herramientas completa de los diferentes sistemas de análisis. A la derecha, se ve un espacio de trabajo vacío. Este es el lugar donde va a organizar su proyecto. En la parte inferior de la ventana, verá los mensajes de ANSYS. Pulse el botón izquierdo (y mantener) en Fluid Flow (FLUENT) y arrastrar el icono en el espacio vacío en Project Schematic . Su ventana de ANSYS debe ser ahora comparable a la imagen de abajo.

 

Puesto que hemos seleccionado Fluid Flow(FLUENT), cada celda del sistema corresponde a un paso en el proceso de la realización de análisis CFD usando FLUENT. Cambie el nombre del proyecto a "FlatPlate". Vamos a trabajar a través de cada paso, de arriba hacia abajo para obtener la solución a nuestro problema.

Tipo de Análisis

En el  Project Schematic de la ventana de Workbench, click derecho en Geometry y selecciona  Properties. 

 

. 

El menú de propiedades aparecerá a la derecha de la ventana de Workbench. Bajo Advance Geometry Options , cambiar el tipo de análisis a 2D como se muestra en la imagen de abajo.

Modelador de diseño

En el Project Schematic , haga doble clic en Geometry  para iniciar la preparación de la geometría. En este punto, se abrirá una nueva ventana, ANSYS Design Modeler. Se le pedirá que seleccione la unidad de longitud deseada. Utilice la unidad de metro predeterminado y haga clic en OK .

Creación de un Sketch

Comience por crear un boceto en el XYPlane. Bajo Tree Outline , seleccione XYPlane , luego haga clic en Sketching justo antes Details View . Con ello se abre la Sketching Toolboxes.

Haga clic en el eje +Z en la esquina inferior derecha de la ventana Graphics para tener una mirada normal del plano XY.

En la Sketching toolboxes, seleccione Rectangle. En la ventana Graphics, crear un rectángulo áspero haciendo clic una vez sobre el origen y luego haciendo clic una vez en algún lugar en el plano positivo XY. (Asegúrese de que usted ve una letra P al origen antes de hacer clic. El P implica que el cursor se encuentra directamente sobre el punto de intersección.) En este punto, usted debe tener algo comparable a la imagen de abajo.

Dimensiones

En este punto, el rectángulo se dimensiona correctamente. Bajo Sketching Toolboxes , seleccione la pestaña Dimensions, utilice las herramientas de acotación por defecto. Acote la geometría como se muestra en la siguiente imagen.

Click Here for Higher Resolution

Bajo la tabla Details View  (ubicado en la esquina inferior izquierda), ajuste V1 = 0,5m y establecer H2 = 1 m, como se muestra en la imagen de abajo.

 

Creación de la superficie

Con el fin de crear el cuerpo de superficie, primero(Click )Concept > Surface From Sketches  como se muestra en la imagen de abajo.

 

Esto creará un nueva superficie SurfaceSK1 . En Details View , seleccione Sketch1 como Base Objects . Por último, haga clic en Generate para generar la superficie.

En este punto, puede cerrar el Design Modeler  y volver a Workbench Project Page.  Guarde su trabajo hasta el momento en Workbench Project Page .

5.MalladoIn this section the geometry will be meshed with 3000 elements. That is, the field will be divided into 50 elements in the x direction and 60 elements in the y direction.

Launch Mesher

In order to begin the meshing process, go to the Workbench Project Page, then (Double Click) Mesh.

Default Mesh

En esta sección se generará la malla por defecto. Con el fin de generar la malla por defecto haga clic primero en Mesh,, y luego haga clic en Update, como se muestra en la siguiente imagen.

A continuación, debe obtener la malla siguiente.

Mapped Face Meshing

Para este problema en particular, estamos interesados en la creación de un estilo de cuadrícula de malla que se puede asignar a un dominio rectangular. Este estilo mallado se llama asignada called Mapped Face Meshing (Cara mallado). Para incorporar este estilo mallado (Click) Mesh Control > Mapped Face Meshing  como puede verse a continuación.

Now, the Mapped Face Meshing still must be applied to the geometry. In order to do so, first click on the surface body(filled rectangle), which should then highlight green. Next, (Click) Apply in the Details of Mapped Face Meshing table, as shown below. 

Ahora, el Mapped Face Meshing  todavía se debe aplicar a la geometría. Para hacerlo, primero haga clic en el conjunto de superficies (rectángulo relleno), que luego debe resaltar verde. A continuación de un click en Apply en Details of Mapped Face Meshing , como se muestra a continuación.

Este proceso se muestra en el siguiente enlace.

Ahora, generar la malla haciendo clic en Update. 

Dimencionamiento

La malla deseado tiene un número específico de divisiones en la dirección x y un número determinado de divisiones en la dirección y. Con el fin de obtener el número especificado de divisiones debe ser utilizado Edge Sizing . Las divisiones en la dirección x se especificarán primero. Ahora, un Edge Sizing  necesita ser insertado. En primer lugar, (Click) Mesh Control > Sizing  como se muestra a continuación.

Ahora, es necesario especificar la geometría y el número de divisiones. En primer lugar Click Edge Selection Filter (Filtro de selección de borde) Luego mantenga pulsado y el botón "Control" y luego haga clic en la parte inferior y el borde superior del rectángulo. Ambas partes deben poner de relieve verde. A continuación, dar click en Apply bajo los Details of Sizing  (detalles de Dimensionamiento) de la tabla como se muestra a continuación.

Ahora, defina Type to Number of Divisions  (Tipo de Número de divisiones) como se muestra en la imagen de abajo. 

A continuación, establezca Number of Divisions  (número de divisiones) de 50, como se muestra a continuación.

A continuación, establezca el Behavior  (comportamiento) como Hard  (duro) como se muestra en la imagen de abajo. Este paso se desactivará el ANSYS Mesher sobrescribir cualquiera de nuestras especificaciones de tamaño del borde.

En este punto, se especificará el borde de tamaño en la dirección de la y. Siga el mismo procedimiento que para el dimensionamiento borde en la dirección x, empezando primero por la selección (Click) Mesh Control > Sizing.. Seleccione sólo el lado izquierdo en lugar de la parte superior e inferior y establecer el número de divisiones a 60. Recuerde que debe establecer el Behavior de Hard. A continuación, haga clic en Actualizar para generar la malla con las nuevas especificaciones. Usted debe obtener la malla siguiente.

Your mesh should now have 3,000 elements (50x60). In order to check how many elements your mesh has, expand Statistics under "Details of Mesh" as shown below. Su malla debe tener ahora 3.000 elementos (50x60). Para comprobar cuántos elementos de su malla ha, ampliar Statistics bajo "Details of Mesh "(Detalles de malla"), como se muestra a continuación.

Asegúrese de que usted también tiene 3000 elementos

Cesgo de la malla en el borde

We would like to have more elements in the region very close to the flate plate and less elements in the far field. In order to do this, we must bias the edge sizing. First, click on Edge Sizing 2, then click on Bias Type and set it to the first option as shown below. 

Nos gustaría tener más elementos en la región muy cercana a la placa flate y menos elementos en el campo lejano. Para ello, se debe sesgar el dimensionamiento borde. En primer lugar, haga clic en Edge Sizing 2 (Dimensionamiento Edge 2), a continuación, haga clic en Bias Type  y lo puso a la primera opción, como se muestra a continuación

Next, set the Bias Factor to 70 as shown below. The Bias Factor is defined in this case to be the ratio of the longest division and the shortest division. That is, the last division will be seventy times longer than the length of the first division. 

A continuación, establezca el Bias Factor  (factor de cesgo) a 70 como se muestra a continuación. El Bias Factor  (factor de desviación) se define en este caso como la relación de la división más largo y el más corto división. Es decir, la última división será setenta veces más larga que la longitud de la primera división.

Now, the biasing needs to be specified for the right side of the geometry. In order to incorporate the biasing on the right side a new Edge Sizing needs to be implemented. First, (Click) Mesh Control > Sizing. Then, select and apply the left side of the geometry. Then, change Type to Number of Divisions and set Number of Divisions to 60. Next, set Behavior toHard and set Bias Type to the second option, as shown below. 

Ahora, la desviación tiene que ser especificado para el lado derecho de la geometría. Con el fin de incorporar la desviasión en el lado derecho un nuevo Edge Sizing  necesita ser implementado. En primer lugar, (Click) Mesh Control > Sizing (Malla de control> Dimensionamiento). Luego, seleccionar y aplicar la parte izquierda de la geometría. Entonces, el cambio Type a Number of Divisions  y establecer Número de divisiones a 60. A continuación, establezca Behavior  (Comportamiento) a Hard  (Duro) y establezca Bias Type  a la segunda opción, como se muestra a continuación.

A continuación, establezca el Bias Factor  (factor de sesgo) a 70. Por último, haga clic en Update (actualizar) para generar la nueva malla. Usted debe obtener la malla siguiente.

Nombrar secciones

Here, the edges of the geometry will be given names so one can assign boundary conditions in FLUENT in later steps. The left side of the geometry will be called "inlet" and the right side will be called "outlet". The top side of the rectangle will be called "far_field" and the bottom side of the rectangle will be called "plate" as shown in the image below. 

Crear Selecciones temporales

Aquí, los bordes de la geometría se dan nombres, así uno puede asignar condiciones de contorno en FLUENT en pasos posteriores. El lado izquierdo de la geometría se llamará "inlet" y el lado derecho se llama "outlet". El lado superior del rectángulo se llamará "far_field" y el lado inferior del rectángulo será llamada "plate" como se muestra en la imagen de abajo

Con el fin de nombrar las secciones primero (Click) Edge Selection Filter (Filtro de selección de borde). Luego haga clic en el lado izquierdo del rectángulo y debería resaltar verde. A continuación, haga clic derecho en el lado izquierdo del rectángulo y seleccione Create Named Selection  (Crear Selección) como se muestra a continuación.

Seleccione el borde izquierdo y haga clic derecho y seleccione Create Named Selection. Enter "inlet" y haga clic en OK, como se muestra a continuación.

Ahora, crear selecciones para los tres lados restantes y nombrarlos según el diagrama. Una vez que haya creado las cuatro selecciones, expanda Named Selections  y debería ver las cuatro selecciones temporales, como se muestra a continuación.

Guardar, Salir & Actualizar

Primero guarde el proyecto. A continuación, cierre la ventana Mesher. Luego, vaya a Workbench Project Page y haga clic en el botón UpdateProject 

6.Propiedades físicasSu banco de trabajo Workbench Project Page  debe mirar comparable a la siguiente imagen. Independientemente de si usted descargado los archivos de malla y geometría o si los ha creado usted mismo, usted debe tener marcas de verificación a la derecha de Geometry  y Mesh. 

The question mark to the right of right of the Setup cell is normal and indicates that the Setup process has not yet been completed. 

El signo de interrogación a la derecha de la derecha de la celda de Setup  (configuración) es normal e indica que el proceso de instalación aún no se ha completado.

Fluido

Haga doble clic en Setup  Configuración en Workbench Project Page  que traerá el FLUENT Launcher. Cuando el FLUENT Launcher  parece cambiar las opciones de "doble precisión", y luego haga clic en OK como opción below. La doble precisión mostrada se utiliza para seleccionar el solucionador de doble precisión. En el solucionador de doble precisión, cada número en coma flotante se representa usando 64 bits en contraste con el solucionador de precisión simple

que utiliza 32 bits. Los bits adicionales aumentan no sólo la precisión, sino también la gama de magnitudes que se puede representar. La desventaja de usar doble precisión es que requiere más memoria.

Twiddle your thumbs a bit while the FLUENT interface starts up. This is where we'll specify the governing equations and boundary conditions for our boundary-value problem. On the left-hand side of the FLUENT interface, we see various items listed under Problem Setup. We will work from top to bottom of the Problem Setup items to setup the physics of our boundary-value problem. On the right hand side, we have the Graphics pane and, below that, the Command pane. 

Mientras la interfaz de Fluent inicia. Aquí es donde vamos a especificar las ecuaciones que gobiernan y las condiciones de contorno para nuestro problema de valores en la frontera. En el lado izquierdo de la interfaz fluida, vemos varios aspectos indicados en Problem Setup Vamos a trabajar de arriba a abajo de los elementos de Problem Setup (configuración del Problema) para configurar la física de nuestro problema valores en la frontera. En el lado derecho, tenemos el panel de gráficos Graphics  y, debajo de eso, el panel de comandos Command.

Checar malla

First, the mesh will be checked to verify that it has been properly imported from Workbench. In order to obtain the statistics about the mesh (Click) Mesh > Info > Size, as shown in the image below. 

Entonces, usted debe obtener el siguiente resultado en el panel de comandos Command 

La malla que se creó a principios de 3000 tiene elementos (50 x 60). Tenga en cuenta que en los elementos FLUIDAS son llamados células. La salida indica que hay 3.000 células, lo cual es una buena señal. A continuación, FLUENT se le pedirá que verifique la malla de errores. Con el fin de llevar a cabo el procedimiento de comprobación de malla (Click) Mesh > Check  como se muestra en la imagen de abajo

Usted debe ver ningún error en el panel de comandos Command . Ahora, que la malla ha sido verificada, se discutirán las opciones de visualización de malla. Con el fin de que aparezcan las opciones de visualización (Click) General > Mesh > Display  como se muestra en la imagen de abajo

The previous step should cause the Mesh Display window to open, as shown below. Note that the Named Selections created in the meshing steps now appear. El paso anterior debe causar la ventana de visualización de malla Mesh Display  para abrir, como se muestra a continuación. Tenga en cuenta que las Selecciones temporales Named Selections  creados en los pasos de mallado aparecen ahora.

You should have all the surfaces shown in the above snapshot. Clicking on a surface name in the Mesh Display menu will toggle between select and unselect. Clicking Display will show all the currently selected surface entities in the graphics pane. Unselect all surfaces and then select each one in turn to see which part of the domain or boundary the particular surface entity corresponds to (you will need to zoom in/out and translate the model as you do this). For instance, if you select far_field, inlet, and plate and then click Display you should then obtain the following output in the graphics window. Usted debe tener todas las superficies que se muestran en la foto arriba. Al hacer clic en el nombre de superficie en el menú de la pantalla de malla alternará entre

seleccionar y deseleccionar. Al hacer clic en la Mesh Display  mostrará todas las entidades de superficie seleccionados actualmente en el panel de gráficos. Deseleccione todas las superficies y luego seleccione cada uno a su vez para ver qué parte del dominio o límite la entidad superficie particular corresponde a (necesitará para hacer zoom in / out y traducir el modelo como lo hace). Por ejemplo, si selecciona far_field, inlet, y la plate y luego haga clic en Mostrar Display a continuación, debe obtener la siguiente salida en la ventana gráfica

Ahora, asegúrese de que los 5 elementos bajo superficies son seleccionados. El botón situado junto a superficies Surfaces selecciona todos los límites, mientras que el botón se anula la selección de todos los límites a la vez. Una vez, todos los 5 límites se han seleccionado clic en Pantalla Display, cierre la ventana de visualización de malla Mesh Display . El rectángulo que se muestra en la ventana gráfica corresponde a nuestro dominio de la solución. Algunas de las operaciones disponibles en la ventana de gráficos para interrogar a la geometría y la malla son:

Translación: El modelo se puede transladar en cualquier dirección manteniendo pulsado el botón izquierdo del ratón Left Mouse Button y moviendo el ratón en la dirección deseada.

Zoom in: Mantenga pulsado el botón central del ratón y arrastre un cuadro de la parte superior izquierda de la mano de la esquina a la esquina inferior derecha sobre el área que desea ampliar.

Alejar: Mantenga pulsado el botón central del ratón y arrastre un cuadro en cualquier lugar de la parte inferior derecha de la mano de la esquina a la esquina superior izquierda de la mano de la esquina.

Utilice estas operaciones para acercar e interrogar a la malla.

Propiedades del solucionador

En esta sección las diversas propiedades del solucionador se especificarán con el fin de obtener la solución apropiada para el flujo de la capa límite de placa plana. En primer lugar, se especificarán los parámetros de modelo energético. Con el fin de abrir los Modelos Models > Energy-Off > Edit...,..., como se muestra en la siguiente imagen.

Para el flujo incompresible, la ecuación de energía se desacopla de las ecuaciones de continuidad y momento. Tenemos que resolver la ecuación de energía sólo si estamos interesados en determinar la distribución de la temperatura. No vamos a lidiar con la temperatura en este ejemplo. Así que deja el conjunto de ecuaciones para la Energía Energy Equation  apagado y haga clic en Cancel para salir del menú. A continuación, el Modelo Viscoso parameters se especificará. Con el fin de abrir los modelos viscosos Models > Viscous - Laminar > Edit...,..., como se muestra a continuación.

Por defecto, las opciones de modelos viscosos se establecen para laminar, por lo que no se necesitan cambios. Haga clic en Cancel para salir del menú.

Propiedades del material

Ahora, se especificarán las propiedades del fluido que se está modelando. Las propiedades del fluido se especifican en la sección Especificación del Problema. Con el fin de crear un nuevo fluido (Click) Materials > Fluid > Create/Edit... como se muestra en la imagen de abajo.

. En el menú Create/Edit Materials  ajustar la densidad Density de 1 kg / m ^ 3 (constante) y ajuste la viscosidad a 1e-4 kg / (ms) (constante) como se muestra en la siguiente imagen

Haga clic en Cambiar / Crear Change/Create. Cierre la ventana

Definir las condiciones de frontera

En este punto se especificarán las condiciones de contorno para los cuatro Selecciones Named Selections . La condición de frontera para la entrada se especifica primero.Condición de frontera en la entrada “inlet”

Con el fin de iniciar el proceso (Click) Boundary Conditions > inlet > Edit como se muestra en la siguiente imagen.

Tenga en cuenta que el límite Para Estado Boundary Condition Type  debería haberse fijado automáticamente a la velocidad-entrada velocity-inlet. En el menú de velocidad de entrada Velocity Inlet fijado la especificación de velocidad Método de Componentes Velocity Specification Method , y establecer X-Velocity (m/s) a 1 m / s, como se muestra a continuación.

A continuación, haga clic en Aceptar OK para cerrar el menú de velocidad de entrada Velocity Inlet 

Condición de frontera en la salida “outlet”

En primer lugar, (Click) Boundary Conditions > outlet > Edit... como se muestra en la imagen de abajo.

Note that the Boundary Condition Type should have been automatically set to pressure-outlet. For the outlet boundary condition the gauge pressure needs to

be set to zero. The default gauge pressure is zero, thus no changes need to be made. Close the Pressure-Outlet menu. 

Condición de frontera para el plato

El Boundary Condition Type  debería haberse fijado automáticamente a la pared, como se muestra en la imagen de abajo.

If the Boundary Condition Type is not set to wall, then set it to wall. We will use the default setting for the wall boundary condition, thus no changes are needed. 

Si el Boundary Condition Type  no está ajustado a la pared wall, y luego ponerlo a la wall. Vamos a utilizar la configuración predeterminada para la condición de la wall  frontera, por lo tanto no se necesitan cambios.

Campo lejano condición de contorno

Para el far_field, establezca Boundary Condition Type  de simetría to symmetry, como se muestra a continuación.

En el primer cuadro de diálogo, haga clic en sí yes y en el segundo cuadro de diálogo dejar el nombre tal como está y haga clic en Aceptar OK. La simetría límite condiciones establece las velocidades normales al límite igual a cero.

En este punto, guardar su trabajo en la ventana de FLUENT haciendo clic en el

botón Guardar,.

7.Solución Numérica

Esquema de segundo orden

Un esquema de discretización de segundo orden se utiliza para aproximar la solución. Con el fin de poner en práctica el segundo esquema de orden haga click en métodos de solución Solution Methods a continuación haga clic en Momentum y seleccione Second Order Upwind  como se muestra en la imagen de abajo.

Establecer criterio de convergencia

El residual es una medida de lo bien que la solución actual satisface la forma discreta de cada ecuación que gobierna. Vamos a iterar la solución hasta que el residual para cada ecuación cae por debajo de 1e-6. Con el fin de especificar los criterios residuales (click) criteria (Click) Monitors > Residuals > Edit.., como se muestra en la imagen de abajo

A continuación, cambiar el residual bajo Convergence Criterion  para la continuidad, x-velocidad y y-velocidad, continuity, x-velocity,and y-velocity, todo para 1e-6, como puede verse a continuación.

Por último, haga clic en Aceptar OK para cerrar el menú Residual Monitors 

Establecer el inicio del flujo

Aquí, el campo de flujo se inicializará con los valores en la entrada. Es decir, los valores iniciales de todas las células se establecerá en 1 m / s y 0 Pa para x velocidad y presión manométrica respectivamente. Con el fin de llevar a cabo la inicialización, haga clic en Solution Initialization a continuación, haga clic en Compute from  desde y seleccione inlet como se muestra a continuación.

A continuación, haga clic en el botón Inicializar,.  Initialize  Esto completa el proceso de inicialización.

Alternativamente, podría configurar el Indicador de presión Gauge Pressure  a 0 y ajustar la X Velocity  de 1 m / s, como se muestra a continuación.

Entonces, usted tendría que presionar el botón Inicializar Initialize  para aplicar los valores iniciales especificados a todas las celdas. Cualquier método le dará los mismos resultados.

Iterar hasta la convergencia

Antes, para ejecutar el cálculo se debe establecer el número máximo de iteraciones. Para especificar el número máximo de iteraciones haga clic en Run Calculation  a continuación establezca el número de iteraciones a 1000, como se muestra en la imagen de abajo.

Como medida de seguridad, guarde el proyecto ahora. Ahora, haga clic en Calculate dos veces con el fin de ejecutar el cálculo. Los residuales para cada iteración se imprimen así como trazado en la ventana gráfica, ya que se calculan. Después de ejecutar el cálculo, debe obtener el siguiente gráfico de residuos.

The residuals fall below the specified convergence criterion of 1e-6 in about 557 iterations, as shown below. Actual number of convergence steps may vary slightly. 

8.Resultados numéricos

Postprocesador

Exporting Skin Friction from FLUENT into the Post-processor (CFD-Post)

FLUENT calcula el coeficiente de fricción de la piel de la siguiente manera (véase la sección 34.4 del Manual del usuario de Fluent que es accesible desde el botón de "ayuda" en la interfaz fluida. En ANSYS 15.0, véase la sección 33.4 Listado alfabético de variables de campo y sus definiciones).

El esfuerzo cortante en el numerador de esta expresión se calcula a partir del gradiente del campo de velocidades. La densidad de "referencia" y la velocidad utilizada en el denominador se especifican a través del panel de valores de

referencia.

Entidades básicas tales como la velocidad y la presión se exportan automáticamente de FLUENT en CFD-Post. Otros, como el coeficiente de fricción de la piel debe ser exportado manualmente. Para exportar manualmente el coeficiente de fricción de la piel, en FLUENT, haga clic en Archivo> Las

antidades de archivos de datos:

In Data File Quantities dialogue, select skin friction coefficient and click on OK.

Note

Los estudiantes de MAE 6510 tendrán que seleccionar el Coeficiente de calor de la superficie de transferencia (NO la Superficie Número de Nusselt) además del Coeficiente de fricción de la piel para su asignación HW, con el fin de calcular el número de Nusselt local. Usted tendrá que especificar la densidad apropiada de referencia, la velocidad, la longitud y la temperatura en un fluido antes de exportar el coeficiente de fricción de la piel y el coeficiente de transferencia de calor en el post-procesador. Uno puede usar el coeficiente de transferencia de calor para luego calcular el número de Nusselt local en el post-procesamiento. Si selecciona exportar la Superficie Número de Nusselt directamente de las cantidades de archivos de datos, se le exporta un número de Nusselt que se calcula en un valor x solamente (la longitud de referencia de 1 m en nuestro caso). Siempre es una buena práctica para buscar la manera de ANSYS calcula cantidades como estos cada vez que se decide exportar.

Double click on Results from the Workbench Window to launch CFD-Post.

Velocity Vectors

Haga clic en el eje z, para ver el plano XY. Haga clic en el icono del vector para insertar un vector parcela. Nombre que Velocity Vector.

Un panel nombrado "Details of Velocity Vector" aparecerá justo debajo de la ventana del esquema. Establecer Locations to symmetry 1Haga clic en Apply para visualizar los vectores de velocidad.

The velocity vectors will be displayed in the view window.

You can use the wheel button of the mouse to zoom into the region that closely surrounds the plate, to get a better view of the boundary layer velocities:

Pressure Contour

Insert > Contour. Name it Pressure contour.

Vw

In Details of Pressure contour, change the locations to symmetry 1, change the variable to Pressure, and change the number of contours to 50.

Click on Apply to view the contour.

Outlet Velocity Profile

We will create a line that corresponds to the x=1 line (outlet). Then the velocity along this line can be plotted against the Y axis. From the toolbar, insert > location > line. Name it "Outlet"

In the Details of Outlet panel, enter the following coordinates. Change the number of samples to 50. Click on Apply to create a line at the outlet.

Insert a chart from the menu: insert > chart. Name the chart "Velocity Profile". Change the title to "Velocity Profile" in the General tab. In the Data Series tab, rename Series 1 toFLUENT and select Outlet for location. Select Velocity as the variable in the X Axis tab and select Y as the variable in the Y Axis tab. Click on Apply to generate the chart.

The velocity profile at the outlet is shown below:

We would like to compare the FLUENT result to the Blasius boundary layer solution. Download the Blasius solution here. Return to the Data Series tab and insert another data set. Rename it Blasius. Instead of specifying the location of the data, select the Blasius solution file you have downloaded.

Click on Apply. The comparison should look like the following plot:

Normalized velocity profile

We will observe the normalized velocity (u/U_infinity) at the outlet. Insert a point and call it free stream. The velocity at this point will be extracted and set to the free stream velocity (U_infinity). The velocity profile found in the previous step will be divided by U_infinity.

Enter the following coordinates and click on Apply.

The location of this point can be visualized in the 3D viewer:

In the expressions tab, create a new expression and name it "Uinf". In Details of Uinf, enter the following command and click on Apply:

Notice Uinf returns 1 m/s as the velocity at the point where we defined as free stream. This is the same free stream velocity that we have set up in FLUENT.

Insert another expression and name it "u normalized". Enter the following command and notice its value is a variable. This is because the u-velocity varies in the y direction.

In the Variables tab, create a new variable and name it "normalized u". Retain Expression for the Method and change the expression to "u normalized" from the drop down list. Click on Apply. normalized u now appears as an variable.

No

Insert a chart and name it "normalized velocity". Select Outlet for the location in Data Series. Select normalized u for the X variable and Y for the Y variable. Click on Apply to view the chart.

Notice the scale of this profile is exactly the same as that of the outlet velocity profile. This is because the free stream velocity, Uinf, is 1 m/s.

Mid-Section Velocity Profile

Here, we will plot the variation of the x component of the velocity along a vertical line in the middle of the geometry. In order to create the profile, we must first create a vertical line at x=0.5m. Insert another line, same as the previous step, and name it Mid section. Enter the following numbers to create a vertical line at x=0.5m. Set the number of samples to 50. Remember to click on Apply to finish.

Insert another chart and name it Mid Section Velocity Profile. In the General tab, change the title to "Velocity profile". Select Mid Section as the location and rename Series 1 to Mid section. We will compare the velocity profiles at the mid section and at the outlet. Repeat the procedure in the previous step to insert the velocity profile at the outlet. Change the variable to Velocity in the X Axis tab and change the variable to Y in the Y Axis tab. Click on Apply to generate the chart.

Inserte otro gráfico y el nombre de Sección del medio Perfil de velocidad. En la ficha General, cambie el título a "Perfil de velocidad". Seleccione Mid Section  como la ubicación y cambiar el nombre de la Series 1 a Mid section.. Vamos a comparar los perfiles de velocidad en la sección media y en la salida. Repetir el procedimiento en el paso anterior para insertar el perfil de velocidad en la salida. Cambie la variable de la velocidad en la pestaña Eje X y cambiar la variable Y en la pestaña Eje. Haga clic en Aplicar para generar el gráfico.

The velocity profile comparison is shown below:

Skin Friction Coefficient

We can plot the skin friction coefficient imported from FLUENT as a function of distance along the plate. Insert a line and name it "plate wall". Enter the end points of the line and the number of samples as the following:

Insert a chart and name it "Cf along wall". Use the same name for the chart title.

From the Data Series tab, Select "plate wall" for the location.

In the X Axis tab, select X as the Variable. In the Y Axis tab, select Skin Friction Coefficient as the Variable.

The skin friction coefficient along the plate is shown below:

It is of interest to compare the numerical skin friction coefficient profile to the skin friction coefficient profile obtained from the Blasius solution. We will compare the FLUENT result to the Blasius solution. Download the Blasius solution here. The comparison is shown below:

You can export the skin friction coefficient for data manipulation.

9.Verification & ValidationIt is very important that you take the time to check the validity of your solution. This section leads you through some of the steps you can take to validate your solution.

Refine Mesh

Let's repeat the solution on a finer mesh. For the finer mesh, we will increase the total number of elements(cells) by a factor of four. In order to accomplish this, we double the number of divisions on each section. Instead of modifying the project that was just created, we will duplicate it and modify the duplicate. In the Workbench Project Page right click on Mesh then click Duplicate as shown below. 

Vamos a repetir la solución en una malla más fina. Para la malla más fina, vamos a aumentar el número total de elementos (células) por un factor de cuatro. Con el fin de lograr esto, duplicamos el número de divisiones de cada sección. En lugar de modificar el proyecto que se acaba de crear, la duplicaremos y modificar el duplicado. En el Proyecto Página Workbench, haga clic derecho en malla a continuación, en Duplicar como se muestra a continuación.

Rename the duplicate project to FlatPlate (mesh 2). You should have the following two projects in your Workbench Project Page. 

Next, double click on the Mesh cell of the FlatPlate (mesh 2) project. A new ANSYS Mesher window will open. Under Outline, expand Mesh and click

on Edge Sizing. Under Details of "Edge Sizing", enter 100 for Number of Divisions. Next set the number of divisions for Edge Sizing 2 and Edge Sizing 3 to 120. Then, click Update to create the new mesh. The new mesh should now have 12000 elements (100 x 1200). A quick glance of the mesh statistics reveals that there is indeed 12000 elements. 

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Compute the Solution

Close the ANSYS Mesher to go back to the Workbench Project Page. Under FlatPlate (mesh 2), right click on Fluid Flow (FLUENT) and click on Update, as shown below. 

Now, wait a few minutes for FLUENT to obtain the solution for the refined mesh. After FLUENT obtains the solution, save your project.

Convergence

In order to launch FLUENT double click on the Solution of the "FlatPlate (mesh 2)" project in the Workbench Project Page. The new mesh has significantly more cells, thus it is likely that the solution did not converge to the tolerances we have previously set. Therefore, we will iterate the solution further, to make sure that the solution converges. In order to do so click on Run Calculation, set Number of Iterations to 1000 and click Calculate, as shown below. 

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Once you rerun the calculation, you will quickly see that the solution did not converge for the finer mesh within 1000 iterations. The solution should converge by the 1784th iteration as shown below. 

Outlet Velocity Profile

Now, the variation of the x component of the velocity will be plotted with the results of the original mesh to determine whether the solution is mesh converged. Set up a plot for the variation of the x component of the velocity along the outlet as was done in the solution section. Then load the XVelOutlet.xy file into the plot and generate the plot. You should obtain the following image. 

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As one can see from the image above, the numerical solution does not vary much at all between the two meshes. Thus, it has been confirmed that the solution is mesh converged.