Сборники трудов ИСП РАН


Особенности построения расчетной схемы для моделирования динамики стабилизатора расхода в пакете OpenFOAM

В.Г. Мельникова (МГТУ, Москва, Россия)
О.С. Коцур (МГТУ, Москва, Россия)
Г.А. Щеглов (МГТУ, Москва, Россия)

Аннотация

Представлены результаты методического исследования, направленного на тестирование возможностей свободно распространяемого пакета OpenFOAM по построению расчетной схемы для моделирования динамики гидравлических агрегатов с помощью метода контрольного объема и подвижных сеток. Рассмотрены выбор наиболее подходящих технологий динамических скользящих сеток; построение расчетной схемы для сопряженной задачи FSI о взаимодействии подвижного регулирующего элемента (золотника) с течением рабочей жидкости; расчет переходного режима движения золотника для прототипа стабилизатора расхода новой конструкции; анализ нестационарных течений во внутренней полости агрегата; анализ устойчивости и производительности счета. На примере упрощенной осесимметричной модели стабилизатора расхода несжимаемой среды описаны основные этапы подготовки расчетной схемы для моделирования задачи об установлении золотника в положение равновесия под действием гидродинамической силы и силы реакции пружины. Приведены результаты предварительного стационарного расчета при фиксированном золотнике, которые использовались в качестве начального условия. Подробно описаны методы реализации движения сетки, отслеживающей движение золотника и технология скользящих сеток GGI, которая использовалась для моделирования перекрытия отверстия. Приведены результаты расчета переходного режима: поля скоростей и давления, графики обобщенных сил, действующих на золотник, график перемещений золотника от времени. Расчеты показали механизм возникновения нестационарных струйных и вихревых течений в проточной части стабилизатора. Проведенное методическое исследование позволяет сделать вывод о том, что пакет с открытым исходным кодом OpenFOAM в версии extend может быть успешно использован в качестве альтернативы коммерческим пакетам программ вычислительной гидродинамики (CFD), поскольку в нем имеются все необходимые средства для построения расчетных схем с деформируемыми сетками и расчета переходных режимов в агрегатах гидравлической автоматики, имеющих в конструкции подвижные элементы.

Ключевые слова

численное моделирование; вычислительная гидродинамика; FSI; OpenFOAM; открытое программное обеспечение; стабилизатор расхода

Издание

Труды Института системного программирования РАН, том 29, вып. 1, 2017, стр. 53-70.

ISSN 2220-6426 (Online), ISSN 2079-8156 (Print).

DOI: 10.15514/ISPRAS-2017-29(1)-4

Полный текст статьи в формате pdf Вернуться к содержанию тома