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.
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:
le domaine
la nature du fluide
les conditions aux limites
le modèle de turbulence
les conditions initiales
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
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
Créer un tel plan se fait à l'aide du menu "SURFACE-Plane", et la sélection de 3 points du plan. L'affichage du plan se fait par défaut dans un domaine tridimensionnel. Il faut effectuer une rotation correcte pour achever la visualisation.
2ième étape : visualisation du plan
Aprés avoir choisir un paramètre
à visualiser dans le plan(menu "DISPLAY-Contour/Velocity
Vectors"), on peut effectuer des rotations et/ou des
zooms à la souris, cependant il semble bien plus pratique d'utiliser
le menu "DISPLAY-Views"
on double-clique alors sur la vue choisie (left, right,top ...). On peut
aussi choisir l'angle de rotation et l'amplitude de la translation en indiquant
les valeurs dans le menu "DISPLAY-Scene"
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
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.
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:
Détection des gradients de vitesse, de pression et d'énergie cinétique turbulente
Définition de la zone géométrique à raffiner
Déraffinement pour les y+ inférieurs à 15.
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------>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