Lâu lâu ko có bài nào đóng góp cho diễn đàn, hôm nay mình bớt chút time chơi bời viết đôi dòng về mấy cái block của ANSYS ICEM CFD vậy. Hy vọng sẽ giúp ích cho những người quan tâm và có cái mới để đọc cho người ít quan tâm
.
Như mọi người đã biết, sau khi dựng hình mô hình cho mô phỏng chúng ta sẽ chuyển qua bước chia lưới để rời rạc hóa miền tính toán. Rất nhiều người mong muốn lưới cho mô hình của mình có dạng Quad (2D), Hexa (3D), vì nó có thể giảm lượng phần tử -> giảm thời gian tính toán; các phần tử đi theo 1 dòng nhất định -> giảm sai số trong tính toán số (2 cái hơn mà ANSYS đưa ra). Tuy nhiên điều này là không dễ dàng, đặc biệt là lưới hexa (3D). ANSYS ICEM CFD sử dụng pp block cho tạo lưới quad và hexa một cách dễ dàng, mô hình hình học sẽ được phân khối để chia lưới ánh xạ. Đối vs các khối là các cạnh thẳng thì điều này khá dễ dàng, tuy nhiên với các đường cong và góc nhọn thì lại là một vấn đề khác. Sau đây mình xin giới thiệu 2 kỹ thuật block cho đường cong và góc nhọn.
Để xử lý cho các hình thể dạng cong, tròn ta sẽ sử dụng block O-Grid. Tùy vào dạng hình thể cong kín hay hở mà ta sẽ dùng block dạng chữ O, C, hay L như dưới đây:
" />
" />
" />
" />
" />
" />
" />
" />
" />
" />
" />
" />
" />
" />
Dần dần, vs các yêu cầu cao hơn trong kỹ thuật mô phỏng số, các mô hình lưới có chất lượng hình học lưới cao luôn là cần thiết. Hiện tại, còn có rất nhiều vấn đề về việc tiền xử các mô hình bài toán, một bài toán khá hot hiện nay là bài toán cánh quay: mô hình tuabin gió điện, máy bay quad rotor... các mô hình này việc chia lưới cho chúng khá là khó khăn và rất nhiều người đã lựa chọn lưới tetra nhằm điền đầy thể tích miền tính toán và dễ thao tác. Tuy nhiên, khi sử dụng lưới này, rất nhiều vết rách và các phần tử không bám sát đc trên biên dạng cánh quay làm cho kết quả mô phỏng ko chính xác. Liệu có thể dùng toàn lưới hexa cho các mô hình này? Một công cụ được ANSYS đưa ra là Turbo Grid nhằm giải quyết các bài toán cánh quay, tuy nhiên cần có một sự kết hợp cs ICEM CFD để mở rộng miền tính toán :?:
Ngoài ra, còn một phương pháp đang được áp dụng cho rất nhiều bài toán lớn và bài toán tối ưu hình dạng - pp Mesh Morphing đã được tích hợp trong ANSYS Fluent. Đây là một phương pháp làm giảm đáng kể thời gian xử lý bài toán mô hình lớn cũng như đem lại lợi ích to lớn về thời gian cũng như chi phi tính toán cho bài toán tối ưu, pp này ko phải là một pp chia lưới mà nó mà một pp dịch lưới sử dụng thuật toán. Điều này sẽ làm giảm thời gian khi thay đổi mô hình, tham số mô hình cũng như hạn chế việc có thêm các phần tử xấu, đặc biệt là các mô hình lớn.
Như mọi người đã biết, sau khi dựng hình mô hình cho mô phỏng chúng ta sẽ chuyển qua bước chia lưới để rời rạc hóa miền tính toán. Rất nhiều người mong muốn lưới cho mô hình của mình có dạng Quad (2D), Hexa (3D), vì nó có thể giảm lượng phần tử -> giảm thời gian tính toán; các phần tử đi theo 1 dòng nhất định -> giảm sai số trong tính toán số (2 cái hơn mà ANSYS đưa ra). Tuy nhiên điều này là không dễ dàng, đặc biệt là lưới hexa (3D). ANSYS ICEM CFD sử dụng pp block cho tạo lưới quad và hexa một cách dễ dàng, mô hình hình học sẽ được phân khối để chia lưới ánh xạ. Đối vs các khối là các cạnh thẳng thì điều này khá dễ dàng, tuy nhiên với các đường cong và góc nhọn thì lại là một vấn đề khác. Sau đây mình xin giới thiệu 2 kỹ thuật block cho đường cong và góc nhọn.
Để xử lý cho các hình thể dạng cong, tròn ta sẽ sử dụng block O-Grid. Tùy vào dạng hình thể cong kín hay hở mà ta sẽ dùng block dạng chữ O, C, hay L như dưới đây:
Còn đối với các vật thể dạng góc nhọn như hình nêm chẳng hạn. Các phần tử xấu sẽ xuất hiện ở phần góc nhọn, hoặc sẽ là các phần tử tam giác (2D) lăng trụ tam giác (3D)
Cần một block chữ Y để giải quyết vấn đề này
[LEFT]Thực tế, trong nhiều bài toán ta gặp phải các mô hình có các hình dạng phức tạp, nó là tổ hợp của các hình dạng đơn giản như trên, điển hình như các mô hình giàn ống tản nhiệt, mô hình cánh máy bay, mô hình van...Ở đây mình xin giới thiệu luôn một mô hình cánh máy bay mà mình đã xử lý trong ĐATN của mình trước đây. Đây là mẫu cánh 3D, biên dạng là profile NACA 23015.[/LEFT]
Mô hình cánh 3D có ngoặt cánh, profile NACA 23015
[LEFT]Thông thường, với các mô hình cánh 3D, rất nhiều người đã phải cắt phần đuôi, làm tròn phần đuôi vì nếu không trong quá trình chia lưới sẽ xuất hiện rất nhiều các phần tử xấu ở phần đuôi, hoặc bên cạnh khu vực đầu cánh.[/LEFT]
Lưới Tetra có thể không bám sát biên dạng bề mặt cánh
Phần đuôi cánh nhọn sẽ xuất hiện một số phần tử xấu, một trong nhưng pp được chọn là cắt thẳng hoặc làm tròn
Tuy nhiên, việc làm tròn này đã làm thay đổi biên dạng thật của profile, có thể dẫn đến một kết quả mp không thật sự ưng ý? Chúng ta muốn một mô hình lưới bám sát hình dạng thật của mô hình thực tế, chất lượng hình học các phần tử phải đạt yêu cầu? Trước đây mình đã thực hiện mp một profile cánh NACA đặt trong ống khí động được thổi với vận tốc V. Lúc đó, trong quá trình chia lưới, việc gặp các phần tử quá xấu ở phần đuôi proflie đã khiến mình phải cắt cái góc nhọn ở đuôi để có thể chia được lưới vs chất lượng hình học lưới tương đối để mô phỏng. Sau khi mô phỏng mình đã thu được kết quả là vs mẫu profile của mình đã cho ra một số kết quả có chút khác so với kết quả mà đã được kiểm nghiệm. Mình cảm thấy nó gần giống như lai giữa profile và bản mỏng chữ nhật? Sau đó, đến lúc thực hiện ĐATN, mình đã nghĩ buộc phải tìm ra các để khắc phục điều này. Đó là sự kết hợp giữa block chữ C và chữ Y để cải thiện chất lượng hình học và đảm bảo khả năng bám sát bề mặt lẫn số lượng phần tử. Sau khi mất khoảng vài ngày test cách block và một buổi sang để giải quyết mô hình đang làm cuối cùng cũng có kết quả:
Block miền tính toán
2 block chữ C cho đầu cánh và chữ Y cho đuôi cánh
Ở đây, ngoài việc sử dụng 2 pp block chữ C và Y thì mình có sử dụng thêm một số thao tác khác như việc sát nhập cạnh hay đỉnh block để đảm bảo việc ánh xạ đến các cạnh. Kết quả thu được
Lưới trên bề mặt cánh
Lưới ở bên cạnh đầu cánh
Lưới toàn bộ mô hình và Skew Min = 0.257 -> Skewness Max = 0.743
Orthogonal Quality Min = 0.386
Số lượng phần tử ở đây khoảng 680k, 100% là phần tử dạng Hexa, vs chất lượng hình học như ở trên cho một mô hình cánh 3D ở trên nó là tương đối tốt. Chạy trên máy CPU core 2 duo E7500, ram 4GB mất khoảng hơn 30 phút, mức hội tụ ở 10^-5 cho lược đồ giải bậc 2. Do lười up ảnh nên mình ko show kết quả tính toán mô phỏng ra ở đây. Thực sự thì việc chia lưới bằng pp block trong ICEM CFD là tương đối mất thời gian và công sức, tuy nhiên kết quả mà nó đem lại lại rất đáng được mong chờ. Ngoài ra, việc cung cấp các tính năng về copy lưới, nhập lưới sẽ giúp ta giải quyết rất tốt các mô hình có tính tuần hoàn hay đối xứng nhưng yêu cầu full mô hình như các dàn ống tản nhiệt, dàn ngưng,..(sau này mình sẽ show tiếp).
Dần dần, vs các yêu cầu cao hơn trong kỹ thuật mô phỏng số, các mô hình lưới có chất lượng hình học lưới cao luôn là cần thiết. Hiện tại, còn có rất nhiều vấn đề về việc tiền xử các mô hình bài toán, một bài toán khá hot hiện nay là bài toán cánh quay: mô hình tuabin gió điện, máy bay quad rotor... các mô hình này việc chia lưới cho chúng khá là khó khăn và rất nhiều người đã lựa chọn lưới tetra nhằm điền đầy thể tích miền tính toán và dễ thao tác. Tuy nhiên, khi sử dụng lưới này, rất nhiều vết rách và các phần tử không bám sát đc trên biên dạng cánh quay làm cho kết quả mô phỏng ko chính xác. Liệu có thể dùng toàn lưới hexa cho các mô hình này? Một công cụ được ANSYS đưa ra là Turbo Grid nhằm giải quyết các bài toán cánh quay, tuy nhiên cần có một sự kết hợp cs ICEM CFD để mở rộng miền tính toán :?:
Ngoài ra, còn một phương pháp đang được áp dụng cho rất nhiều bài toán lớn và bài toán tối ưu hình dạng - pp Mesh Morphing đã được tích hợp trong ANSYS Fluent. Đây là một phương pháp làm giảm đáng kể thời gian xử lý bài toán mô hình lớn cũng như đem lại lợi ích to lớn về thời gian cũng như chi phi tính toán cho bài toán tối ưu, pp này ko phải là một pp chia lưới mà nó mà một pp dịch lưới sử dụng thuật toán. Điều này sẽ làm giảm thời gian khi thay đổi mô hình, tham số mô hình cũng như hạn chế việc có thêm các phần tử xấu, đặc biệt là các mô hình lớn.
