Manuel CACF  
    Utilisation d'un cas test :   
  Flow through an Engine Inlet Valve - Validation 12   

    Ce document HTML tient lieu de manuel et se veut donc représentatif de la succession d'étapes incontournables à la réalisation d'un calcul complet avec FLUENT.    Nous avons décidé de reproduire avec FLUENT le cas de validation 12 : Ecoulement à travers une soupape d'admission dans un cylindre. Il s'agit de reprendre toute la chaîne de modélisation en partant de la géométrie jusqu'au traitement des résultats. Les nombreuses images présentent dans ce manuel permettent d'illustrer les différentes étapes du calcul et permettent de mesurer la progression. Nous conseillons également de suivre ce manuel en parallèle avec le guide de validation de Fluent.        

      

1-Obtention de la géométrie
2-Manipulation du maillage
3-Initialisation des paramètres du calcul
4-Post-processing
5-Validation
6-Adaptation du maillage
7-Un peu plus loin que le cas test
8-Conclusion

 

   

1.Obtention de la géométrie

   La géométrie du cas de validation 12 - Flow through an Engine Inlet Valve - se trouve dans le répertoire "/usr/local/MFN/PRODUITS/Fluent.Inc/tgrid3.0/tut/valve". Toutes les données fournies par M. Fluent se trouvent dans le rapport FLUENT/UNS and RAMPANT 4.2 - Validation Guide. sommaire  Le fichier "valve-sf.msh" ne contient que le maillage non structuré de la surface du domaine. Cette surface a été générée par GEOMESH.
  sommaire  

2-Maillage de l'intérieur du domaine

   Seul le maillage de la surface est donc fourni. Il faut réaliser le maillage intérieur à l'aide de TGRID. Il s'agit donc d'un maillage non structuré identique à celui du cas test. On l'obtient à l'aide de la commande "Auto-Mesh". Toutefois TGRID permet d'obtenir des maillages raffinés en fonction de différents critères.  
 
   Avec Tgrid, il est possible de visualiser la qualité du maillage (skewness) par la commande "DISPLAY-Plot-cell distribution": cliquer sur le bouton quality et sélectionner skewness
     Le caractère skewness d'une cellule représente ses propriétés angulaires: il ne faut pas d'angle trop aigü ni trop obtu. Le cas favorable est inférieur à 0.5. Dans notre cas cela concerne plus de la moitié des cellules. Toutefois, peu de cellules sont dans les cas les plus favorables inférieurs à 0.2.

Par la suite, ce maillage sera adapté à l'aide de paramètres issus d'un premier calcul. sommaire

 

3-Initialisation des paramètres du calcul

   Les paramètres de la simulation du cas test sont fournis sous forme d'un listing, qui ne ressemble pas aux options activables à la souris sous UNS. Comme dans tout calcul, il faut spécifier:

Les 4 premières étapes se font à l'aide du menu "DEFINE" et de ses sous-menus "Models, Material, Boundary Conditions". Les conditions initiales sont fixées à l'aide du menu Initialize.

Après avoir cliquer sur "Init", on peut lancer le calcul. sommaire  

4-Post-processing

Quelques conseils.

   La géométrie 3D du problème ne facilite pas la visualisation des résultats. Pour cela, il faut réaliser créer une surface auxiliaire, un plan de coupe identique à celui du cas test.

1ere étape : création du plan

2ième étape : visualisation du plan

Une visualisation plus esthétique :

   On peut, en général, enlever l'option "Node Values" ce qui améliore l'affichage, mais le plus important est d'enlever l'option "lights on" dans le menu "DISPLAY-Options". Placer une lumière n'est utile que pour visualiser la géométrie d'un objet.

La sauvegarde des visualisations peut se faire à l'aide de la commande "FILES-Hardcopy". Nous ne conseillons pas l'utilisation de cette commande pour deux raisons:

La dégradation de la palette de couleurs

La susceptibilité de la commande preview qui peut interdire toute autre visualisation et obliger à quitter Fluent/Uns.

Il est donc préférable de sauver les images avec l'utilitaire de capture SNAPSHOT, qui fournit un meilleur résultat graphique. sommaire  

5-Validation du cas test


 
   N'ayant pas pu effectuer un raffinement correct du maillage, nos résultats sont ceux obtenus avec un schéma de discrétisation du second ordre avec le maillage initial. Les résultats sont cependant conforme avec ceux décrit dans le manuel des cas tests obtenus aprés raffinage du maillage.              
 

Cette image représente l'énergie cinétique turbulente. Elle est globalement satisfaisante, à part la singularité au bas de la partie droite.      
 
 
 

   Ce champ de vitesse n'est pas strictement identique à celui fournit dans le manuel. En effet notre champ de vitesse a été obtenu sur un maillage non raffiné.

    sommaire  
 

6-Adaptation du maillage

   L'adaptation du maillage est faite selon les critères contenus dans le tutoriel/tutorial de Fluent. Les commandes d'adaptation sont activables par les sous-menus du menu "ADAPT". La succession des commandes à utiliser est complètement décrite dans le manuel; elle n'est pas reprise ici. Dans notre cas, qui peut être facilement extrapolé à un grand nombre de calculs, l'adaptation se fait en trois étapes:
 

  • En fonction des gradients


    •  

     

  • En fonction de la géométrie


    •  

     

  • En fonction des grandeurs turbulentes


    •  

                            |
                            |
                            |
                      ------>Nouveau maillage
     

        Il faut un temps de calcul considérable (plus de 2 heures !) pour obtenir le nouveau maillage (Attention, celà demande une taille mémoire assez imposante). De plus le nombre de cellules a augmenté de façon considérable à tel point qu'il n'est plus raisonnablement possible de lancer le calcul: plus d'un quart d'heure pour une seule itération et le cas test mentionne que près de 1000 itérations sont nécessaires pour converger !
     

    Problèmes de visualisation

        Il est difficile de visualiser un maillage non structuré 3D. Les deux images ci-dessous sont des coupes dans le plan de symétrie. Elles permettent d'estimer la différence du nombre de mailles. Toutefois elles ne permettent pas de juger de la qualité du maillage: en effet la coupe peut passer proche d'un angle d'une maille et en plein milieu d'une autre faisant apparaître la première maille nettement plus petite que la seconde. Une meilleure méthode de visualisation figure dans le manuel de la tâche UACG concernant le mailleur CFD-Geom.
        sommaire  
     

    7-Un peu plus loin que le cas test

    - Changement de fluide  -

       Il est possible de changer la nature du fluide. Fluent contient une librairie importante de matériaux gazeux, fluides ou solides prédéfinis. Nous avons remplacé l'huile par de l'air. La viscosité est divisée par 100, le Reynolds est donc multiplié par 100. La convergence se fait dans le même nombre d'itérations. Toutefois les résultats obtenus sont loin d'être satisfaisants avec une énergie cinétique turbulente de l'ordre de 1E10 !
     

    - Initialisation avec une rotation à l'entrée  -
       

       L'initialisation se fait à l'aide de la boîte de dialogue Boundary Conditions, il suffit alors de choisir les coordonnées cylindriques et spécifier une vitesse tangentielle. Le calcul converge avec le même nombre d'itérations que précédemment mais l'énergie cinétique turbulente est mal calculée 1e10. C'est d'autant plus surprenant que le calcul est fait avec le modèle k-epsilon, normalement incapable de voir les effets de la rotation sur la turbulence. (voir cours de P.Chassaing) sommaire

     

    8-Conclusion


     
       Ce manuel doit être poursuivi notamment dans l'exploration des possibilités de postprocessing de Fluent: par exemple, le tracé de profils, de courbes, les vues éclatées tridimensionnelles, des isosurfaces etc...
       Ce manuel doit être mis en relation avec les autres manuels annexes au manuel de la tâche IFLU. L'utilisation combinée de l'ensemble de ces manuels doit permettre  une prise en main rapide et assez complète de PreBFC, TGRID et Fluent/UNS.
       sommaire