Постановка задачи
В данной инструкции рассматривается моделирование теплового режима грунтов вокруг нефтяной скважины (Рис. 1.1) в программе Frost.Термо. Размер моделируемой области 40х40х100 м. Необходимо произвести тепловой прогнозный расчет на 10 лет с 15.04.2012 с учетом теплового воздействия нефтяной скважины на грунт.
Наружный диаметр нефтедобывающей скважины равен 0,5 м, тепловое сопротивление между перекачиваемым продуктом и наружной стенкой скважины равно 2,5 м2∙К/Вт. Температура перекачиваемого продукта равна 15 оС. Климатические данные и теплофизические свойства грунтов приведены в Табл. 1.1 и Табл. 1.2 соответственно. Мощности слоев грунта для геологических скважин приведены в Табл. 1.4.
Рис. 1.1 – Схема расположения грунтов на моделируемой геометрии
Табл. 1.1 – Климатические данные
| Параметр | Месяц | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | |
| Температура, оС | -26,2 | -26,5 | -19,6 | -13,8 | -3,8 | 6,7 | 14,3 | 11,4 | 4,8 | -6,2 | -18 | -23,7 |
| Скорость ветра, м/с | 5,4 | 5,4 | 5,6 | 5,8 | 5,7 | 5,3 | 4,9 | 4,6 | 4,9 | 5,5 | 5,4 | 4,3 |
| Высота снегового покрова, м | 0,68 | 0,77 | 0,85 | 0,76 | 0,56 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0,16 | 0,41 | 0,55 |
Табл. 1.2 – Теплофизические свойства грунтов
| Наименование параметра материала | Наименование материала | |||
|---|---|---|---|---|
| Торф | Суглинок | Песок | Супесь | |
| Температура, оС | Табличная зависимость (Табл. 1.3) | |||
| Использовать конвекцию | нет | |||
| Объемная теплоемкость талого грунта, Дж/(м3∙К) | 4×106 | 3,17×106 | 2,78×106 | 2,31×106 |
| Объемная теплоемкость мерзлого грунта, Дж/(м3∙К) | 2,31×106 | 2,41×106 | 2,06×106 | 2,14×106 |
| Теплопроводность талого грунта, Вт/(м∙К) | 0,81 | 1,57 | 1,91 | 1,62 |
| Теплопроводность мерзлого грунта, Вт/(м∙К) | 1,34 | 1,8 | 2,14 | 1,74 |
| Суммарная весовая влажность грунта, д.е. | 3,47 | 0,29 | 0,24 | 0,38 |
| Плотность скелета (сухого) грунта, кг/м3 | 250 | 1450 | 1550 | 1710 |
| Зависимость количества незамерзшей воды от температуры | Аналогичная торфу слаборазложившемуся верховому | Аналогичная суглинку (0,07< Ip <=0,13) |
Аналогичная пескам пылеватым | Аналогичная супеси (0,02< Ip <=0,07) |
| Влажность грунта на границе раскатывания, д.е. | – | 0,212 | 0 | 0,155 |
| Температура фазового перехода, оС | -0,16 | -0,3 | -0,1 | -0,2 |
Табл. 1.3 – Температурное распределение грунта на 15.04.2012
| Абсолютная отметка, м | Температура, оС |
|---|---|
| 0 | -6,35 |
| -0,5 | -4,99 |
| -1 | -4,01 |
| -1,5 | -3,31 |
| -2 | -2,64 |
| -2,5 | -2,1 |
| -3 | -1,72 |
| -3,5 | -1,39 |
| -4 | -1,18 |
| -4,5 | -1,01 |
| -5 | -0,95 |
| -6 | -0,99 |
| -7 | -1,08 |
| -8 | -1,1 |
| -9 | -1,03 |
| -10 | -1,11 |
| -11 | -1,07 |
| -12 | -1,13 |
| -13 | -1,02 |
| -14 | -1,09 |
| -15 | -1,05 |
| -16 | -1,14 |
| -17 | -1,16 |
| -18 | -1,13 |
| -19 | -1,07 |
| -20 | -1,11 |
Табл. 1.4 – Мощность слоев грунта для геологических скважин
| Скв. 1 | Скв. 2 | Скв. 3 | |
|---|---|---|---|
| X | -20 | 0 | 20 |
| Y | 0 | 0 | 0 |
| Отметка устья | 0 | 0 | 0 |
Создание нового проекта
После запуска программы Frost.Термо появится окно, изображенное на Рис. 2.1. Чтобы создать новый проект, необходимо нажать на соответствующую кнопку в панели быстрого доступа к проектам. После выбора места сохранения и названия проекта будет автоматически открыта вкладка «Редактор 2D». На данной вкладке представлен вид сверху двумерного чертежа расчетной области с заданными по умолчанию линейными размерами (Рис. 2.2).
Рис. 2.1 – Стартовая страница Frost.Термо
Рис. 2.2 – Вид вкладки «Редактор 2D» в новом проекте
Настройка размерностей
Для изменения размерностей вводимых величин необходимо воспользоваться Главным меню и выбрать в нем пункт «Настройки размерностей» (Рис. 3.1).
Рис. 3.1 – Переход в пункт «Настройки размерностей» в Главном меню
В появившемся окне следует выбрать необходимые размерности для параметров «Высота» и «Длина» (Рис. 3.2). В данном проекте была изменена размерность величин «Высота» и «Длина» с миллиметров на метры.
Рис. 3.2 – Окно «Настройки размерностей»
Изменение линейных размеров моделируемой области
После создания нового проекта, как правило, возникает необходимость изменить линейные размеры моделируемой области. Для этого необходимо нажать кнопку «Настройки» в меню переходов (Рис. 4.1). В появившемся окне, изображенном на Рис. 4.2, следует установить начало координат и линейные размеры двумерной площадки вдоль направлений X и Y в соответствии с рисунком.
Рис. 4.1 – Переход в настройки вкладки «Редактор 2D»
Рис. 4.2 – Установка
параметров расчетной области в окне «Настройки»:
1 – Пункт настройки размера и стиля изображения расчетной области; 2 –
Поле задания начальной координаты по оси Х; 3 – Поле задания начальной
координаты по оси Y; 4 – Поле задания размера расчетной области по оси
X; 5 – Поле задания размера расчетной области по оси Y
В результате пользователь получит двумерную геометрию моделируемой области, ограниченную красной рамкой. Масштабирование и центрирование вида расчетной области производится соответствующими средствами на боковой панели инструментов (Рис. 4.3).
Рис. 4.3 –
Изменение масштабирования и центрирование вида расчетной области:
1 – Кнопка «Центр вида на все объекты»; 2 – Кнопка «Показать всю рабочую
область»
Создание используемых материалов и задание для них физических свойств
В рамках компьютерной модели геологические слои, искусственные инженерно-геологические элементы, инженерные сооружения и охлаждающие устройства являются объектами. Объекты обладают геометрией (формой и позицией в трехмерном пространстве), а также теплофизическими свойствами. В программном комплексе Frost 3D полный набор физических свойств объекта называется материалом. Материалы хранятся в специальной базе данных (библиотеке), что позволяет задавать один материал нескольким объектам (иными словами, задавать одинаковые физические свойства различным по форме и положению объектам). Программа Frost.Термо позволяет редактировать материалы (физические свойства существующих объектов) на любом этапе создания компьютерной модели.
Чтобы создать или отредактировать материалы, необходимо вызвать «Базу данных материалов, физических свойств и условий теплообмена» (Рис. 5.1).
Рис. 5.1 – Вызов «Базы данных материалов, физических свойств и условий теплообмена»
В появившемся окне «База данных материалов, физических свойств и условий теплообмена», путем нажатия кнопки «Добавить», создается новый материал с физическими свойствами, используемыми по умолчанию. Через контекстное меню или при нажатии клавиши F2 имеется возможность изменить название материала (Рис. 5.2).
Рис. 5.2 – Редактирование физических свойств материалов: 1 – Кнопка «Добавить»; 2 – Имя созданного материала; 3 – Пункт контекстного меню для переименования материала; 4 – Поля ввода и редактирования теплофизических свойств материалов
В создаваемой компьютерной модели рассматриваемый участок грунта образован четырьмя инженерно-геологическими элементами (ИГЭ). Таким образом, в окне «База данных материалов, физических свойств и условий теплообмена» (Рис. 5.2) создаются 4 различных материала для соответствующих ИГЭ. Теплофизические свойства созданных материалов редактируются в соответствии с Табл. 1.2, а распределение начальной температуры приведено в Табл. 1.3 (Рис. 5.3). Справочная информация по заданию физических свойств материалов и соотношения, по которым они вычисляются, приведены в пункте 2.2 «Руководства пользователя Frost.Термо».
Рис. 5.3 – Задание распределения начальной температуры по глубине грунта: 1 – Поля ввода значений вертикальной координаты (глубины); 2 – Поля ввода значений начальной температуры
Тепловые процессы, протекающие непосредственно в самой скважине, в программе моделируются посредством граничных условий. Поэтому для геометрии, представляющей собой скважину, в окне «Базы данных материалов, физических свойств и условий теплообмена» указывается, что эта геометрия состоит из материала, который является внешней средой, и для него на вкладке «Материалы» необходимо задать только температуру продукта, перекачиваемого по скважине (Рис. 5.4). Толщина материалов, входящих в конструкцию скважины (цементный камень, стенки труб колонн, термокейс и др.), и их теплопроводность учитываются при задании граничных условий (раздел 10 настоящей инструкции).
Зависимость содержания незамерзшей воды от температуры можно задать в программе как в соответствии с СП 25.13330.2020, со СНиП 2.02.04-88, так и самостоятельно, таблично. Более подробную информацию по заданию содержания незамерзшей воды см. в пункте 2.2.3 «Руководства пользователя Frost.Термо».
Рис. 5.4 – Задание температуры в скважине: 1 – Наименование материала, который будет задан для скважины; 2 – Флаг, указывающий, что объект с данным материалом является внешней средой для расчетной области; 3 – Поле ввода температуры в скважине
Создание инженерно-геологической модели рассматриваемого участка на основании данных геологических скважин
Для создания инженерно-геологической модели рассматриваемого участка следует выбрать инструмент «Открыть редактор геологических скважин» на панели инструментов (Рис. 6.1).
Рис. 6.1 – Добавление геологических скважин через редактор геологических скважин
Далее необходимо вставить информацию о скважинах из буфера обмена или добавить скважины в ручном режиме (Рис. 6.3). Так как геологическое строение участка имеет сложный вид, создается несколько инженерно-геологических скважин, в каждой из которых задаются свои значения мощности инженерно-геологических элементов. Эти скважины располагаются пользователем в соответствующих местах моделируемого участка. Впоследствии на основании этих данных в программе методом пространственной интерполяции восстанавливается трехмерная геометрия инженерно-геологического строения участка.
Рис. 6.2 – Создание геологических скважин в окне «Редактор геологических скважин»: 1 – Инструменты для работы в окне «Редактор геологических скважин»
В области свойств на панели «Положение и принадлежность» отображается информация о каждой скважине по отдельности, также здесь можно отредактировать координаты положения скважины относительно моделируемой области.
Рис. 6.3 –
Размещение геологической скважины на моделируемом участке:
1 – Геологическая скважина; 2 – Наименование элемента геометрии; 3 –
Поля ввода координат положения геологической скважины по осям X и Y; 4 –
Поле ввода абсолютной отметки устья геологической
скважины
Чтобы изменить имя «Скв. 1», данное по умолчанию, на «Геологическая скважина», необходимо выделить элемент геометрии, выбрать в контекстном меню пункт «Переименовать выделенные» или нажать на клавишу F2, после ввести новое имя элемента геометрии. Изменение названия скважины доступно и в окне Редактора геологических скважин.
Рис. 6.4 – Переименование элемента геометрии: 1 – Элемент
геометрии, подлежащий переименованию;
2 – Пункт контекстного меню, осуществляющий вызов диалогового окна для
переименования объектов;
3 – Окно переименования выделенных элементов
Также для созданной скважины на панели «Геологические слои» можно изменять порядок инженерно-геологических элементов (ИГЭ) и, при помощи инструмента «Добавить слой» (Рис. 6.5), добавлять слои. В выпадающем списке выбираются материалы для ИГЭ, образующих рассматриваемый участок (эти материалы должны быть созданы в «Базе данных материалов, физических свойств и условий теплообмена»). На панели «Скважина», по аналогии с окном «Редактор геологических скважин», можно задать их мощности. В результате получится следующая структура ИГЭ в скважине (Рис. 6.5).
Рис. 6.5 – Результат построения инженерно-геологических элементов, образующих рассматриваемый участок возле определенной скважины: 1 – Геологическая скважина, определяющая инженерно-геологическое строение; 2 – Инженерно-геологические элементы в скважине;3 –Кнопка для добавления нового инженерно-геологического элемента в скважину; 4 – Мощности инженерно-геологических элементов в скважине
Построение геометрии добывающей скважины
Чтобы построить геометрию добывающей скважины, необходимо на боковой панели инструментов выбрать инструмент «Построить элемент геометрии (круг)», находясь в «Режиме построения строительных объектов (Рис. 7.1).
Рис. 7.1 – Выбор инструмента «Построить элемент геометрии (круг)»
Далее необходимо начертить круг, указав две точки на расчетной области: центр круга и произвольную точку его окружности (Рис. 7.2).
Рис. 7.2 – Добавленный строительный объект (круг) на расчетную область
После создания круга на панели «Ограничивающий контур» необходимо задать корректные координаты центра и значение радиуса скважины. На панели «Положение и принадлежность» нужно задать значения абсолютной координаты основания (в данном случае равна 100 м) и высоты скважины, равной 100 м (Рис. 7.3).
Рис. 7.3 – Заданные размеры добывающей скважины
Чтобы изменить имя «Линия строительного объекта», данное по умолчанию, на «Скважина», необходимо выделить элемент геометрии, выбрать в контекстном меню пункт «Переименовать выделенные» или нажать на клавишу F2, после ввести новое имя элемента геометрии.
Задание материала на объект осуществляется в режиме редактирования объектов во вкладке «Положение и принадлежность».
После того как скважина была создана, необходимо перейти в режим редактирования объектов (Рис. 7.4), выделить объект скважины и в области свойств в панели «Положение и принадлежность» в поле «Материал объекта» выбрать ранее созданный материал «Скважина» (Рис. 7.5).
Рис. 7.4 – Переход в режим редактирования объектов в Редакторе 2D из контекстного меню (слева) и в выпадающем списке под меню переходов (справа)
Рис. 7.5 – Задание материала на объект
Построение маркеров сетки для строительного объекта – скважины
Для более качественной дискретизации сложных строительных объектов необходимо задавать маркеры сетки. Для этого на боковой панели инструментов необходимо выбрать инструмент «Добавить маркер», находясь в «Режиме построения маркеров сетки» (Рис. 8.1) и установить два маркера сгущения на крайней левой (X = -0,25 м) и крайней правой (X = 0,25 м) точках окружности (которая является геометрией скважины) по оси X (Рис. 8.2). Аналогичным образом добавляются маркеры для сгущения сетки по оси Y (Y = 0,25 м и Y = -0,25 м) (Рис. 8.3).
Рис. 8.1 – Выбор инструмента построение маркера расчетной сетки
Рис. 8.2 – Задание маркеров для сгущения расчетной сетки по оси X: 1 – Крайний левый маркер (Маркер 1);
2 – Крайний правый маркер (Маркер 2); 3 – Наименования
редактируемых маркеров;
4 – Поле выбора типа маркера; 5 – Поле выбора координаты, по которой
осуществляется сгущение сетки
Рис. 8.3 – Задание маркеров для сгущения расчетной сетки по оси Y: 1 – Крайний верхний маркер (Маркер 3); 2 – Крайний нижний маркер (Маркер 4); 3 – Наименования редактируемых маркеров;
4 – Поле выбора типа маркера; 5 – Поле выбора координаты, по которой осуществляется сгущение сетки
Поскольку в модели присутствует инженерно-геологический слой с
небольшой мощностью – 0,2 м, то для его качественной дискретизации можно
выбрать маркер разбиения сетки по оси Z
(Z = -0,1 м) в середине этого слоя (Рис.
8.4).
Рис. 8.4 – Задание маркеров для разбиения расчетной сетки по оси Z: 1 – Маркер;
2 – Наименование редактируемого маркера; 3 – Поле установки абсолютной координаты маркера;
4 – Поле выбора типа маркера; 5 – Поле выбора координаты, по которой осуществляется сгущение сетки
Восстановление построенной двумерной геометрии в 3D
Для восстановления трехмерной геометрии по заданным в Редакторе 2D геометрическим объектам в меню переходов необходимо нажать кнопку «Следующий этап» (Рис. 9.1).
Рис. 9.1 – Переход к трехмерной геометрии
Поскольку инженерно-геологические слои в данной задаче не обладают существенными особенностями, то в появившемся диалоговом окне значения всех параметров можно оставить по умолчанию (Рис. 9.2).
Рис. 9.2 – Диалоговое окно восстановления трехмерной геометрии
В результате восстановления во вкладке «Редактор 3D» будет построена трехмерная геометрия компьютерной модели. Для контроля размеров трехмерной геометрии необходимо вызвать диалоговое окно «Настройки редактора» (Рис. 4.1) и в появившемся диалоговом окне включить флаг «Показать линейку» (Рис. 9.3).
Рис. 9.3 –
Диалоговое окно настроек Редактора 3D: 1 – Вкладка «Общие настройки
сцены»;
2 – Флаг, который включает/выключает отображение линейки на трехмерной
сцене
Далее необходимо перейти в режим редактирования объектов (Рис. 9.4). При необходимости можно изменить прозрачность выделенных объектов (Рис. 9.5).
Рис. 9.4 – Переход в режим редактирования объектов в Редакторе 3D из контекстного меню (слева) и в выпадающем списке под областью переходов (справа)
Рис. 9.5 – Установка прозрачности инженерно-геологических элементов: 1 – Выделенные инженерно-геологические элементы; 2 – Инструмент установки прозрачности объекта
В результате получится изображение, представленное на Рис. 9.6, из которого видно, что созданная трехмерная геометрия является корректной.
Рис. 9.6 – Полученная восстановленная трехмерная геометрия
Создание граничных условий
В компьютерной модели необходимо определить условия теплообмена рассматриваемого участка с внешней средой. Чтобы задать условия теплообмена, необходимо вызвать из меню переходов «Базу данных материалов, физических свойств и условий теплообмена» (Рис. 5.1), в которой создаются граничные условия.
В появившемся окне «База данных материалов, физических свойств и условий теплообмена» необходимо перейти на вкладку «Граничные условия» (Рис. 10.1). С помощью кнопки «Добавить», создать 3 граничных условия. Данное по умолчанию имя граничного условия изменяется посредством команды контекстного меню «Переименовать» или нажатием на клавишу F2.
Рис. 10.1 – Создание граничных условий: 1 – Кнопка «Добавить»; 2 – Имя созданного граничного условия;
3 – Выбор типа граничного условия
Предполагается, что на боковых и нижней гранях соблюдается тепловое равновесие, т.е. температура грунта с обеих сторон вблизи границы расчетной области одинакова. Поэтому на этих боковых и нижней границах расчетной области необходимо задать тепловой поток, равный нулю (граничное условие второго рода) (Рис. 10.2).
Рис. 10.2 – Создание граничного условия для боковых и нижней граней расчетной области: 1 – Наименование граничного условия; 2 – Тип граничного условия; 3 – Поле ввода значения теплового потока
На границе расчетной области с окружающей средой, т.е. на поверхности
грунта, задаются граничные условия третьего рода (Рис. 10.3). Здесь пользователь задает
периодические зависимости от времени: температуру окружающей среды,
конвективный коэффициент теплообмена между поверхностью грунта и
окружающей средой, задав скорость ветра, и высоту снегового
покрова
в соответствии с Табл. 1.1.
Рис. 10.3 – Создание граничного условия для граней расчетной области: 1 – Наименование граничного условия; 2 – Область значений учитываемых параметров; 3 – Область настройки учитываемых параметров
На границе грунта со скважиной также задаются граничные условия третьего рода (Рис. 10.4). Здесь температура равна температуре продукта в скважине, а коэффициент теплообмена, исходя из постановки задачи равен 0,4 Вт/м2∙К.
Рис. 10.4 – Создание граничного условия для задания между грунтом и скважиной: 1 – Наименование граничного условия; 2 – Тип граничного условия; 3 – Поле ввода температуры продукта в скважине; 4 – Поле ввода коэффициента теплообмена со скважиной
Назначение граничных условий граням области моделирования
После того как были созданы граничные условия в «Базе данных материалов, физических свойств и условий теплообмена», их необходимо применить к определенным граням расчетной области (Рис. 11.1).
Рис. 11.1 – Схема ГУ на трехмерной модели
Для этого необходимо перейти в режим редактирования граней объектов (Рис. 9.4), выделить соответствующую грань на трехмерной геометрии расчетной области и в панели «Свойства» в поле «Граничное условие» выбрать наименование граничного условия, соответствующего этой грани. На Рис. 11.2 представлено назначение граничных условий всем боковым и нижней граням расчетной области. Установка граничных условий для остальных граней выполняется аналогично.
Рис. 11.2
– Назначение граничных условий на боковых и нижней границах расчетной
области:
1 – Выделенные грани; 2 – Наименования выделенных
граней;
3 – Граничное условие «q=0», установленное на выделенных гранях
Для удобства установки граничных условий на грани скважины, которая находится внутри расчетной области, можно отключить визуализацию граничных условий инженерно-геологических элементов. Для этого необходимо убрать флаг перед именем грани (Рис. 11.3 №2).
Рис. 11.3
– Назначение граничного условия на грань скважины: 1 – Выделенная
грань;
2 – Грани, для которых отключена визуализация на рабочей сцене; 3 –
Наименование выделенных граней;
4 – Граничное условие «ГУ со скважиной», установленное на выделенной грани
Построение адаптивной расчетной сетки
Чтобы построить расчетную сетку, необходимо в меню переходов нажать кнопку «Следующий этап» (Рис. 9.1). В появившемся окне приоритетов оставить список материалов по умолчанию и нажать кнопку «Применить». Далее в появившемся диалоговом окне необходимо выбрать тип сетки «Адаптивная» и установить минимальный и максимальный шаги по каждой из осей (Рис. 12.1). При задании минимального шага по оси X и Y необходимо иметь в виду, что радиус скважины равен 0,25 м, а для ее хорошей дискретизации минимальный шаг по этим осям рекомендуется принимать не более 0,025 м. При задании минимального шага по оси Z следует учесть, что в расчетной области находится инженерно-геологический элемент мощностью 0,2 м, а значит, для его дискретизации хотя бы на две ячейки (минимальное количество ячеек, на которое требуется дискретизировать объекты), минимальный шаг по оси Z должен составлять 0,1 м.
Рис. 12.1 – Установка параметров построения расчетной сетки: 1 – Тип сетки; 2 – Поля задания минимального и максимального шагов по оси X; 3 – Поля задания минимального и максимального шагов
по оси Y; 4 – Поля задания минимального и максимального шагов по оси Z
Т.к. были созданы маркеры сгущения сетки возле скважины, необходимо в области «Настройки переноса маркеров» данного диалогового окна отключить флаг использования автоматических маркеров разбиения для строительных объектов (Рис. 12.2).
Рис. 12.2 – Настройки переноса маркеров: 1 – Наименование области; 2 – Флаг, который включает/отключает использование автоматических маркеров разбиения для строительных объектов
После нажатия кнопки «Продолжить» создается расчетная сетка, корректность построения которой необходимо проверить на вкладке «Расчетная сетка».
Чтобы сделать переходы между слоями на расчетной сетке более плавными, необходимо увеличить количество маркеров на границах грунтов. Для этого на вкладке «Редактор 2D» необходимо задать вручную или скопировать из табличного редактора (например, из Microsoft Excel) «Координаты маркеров.xlsx», находящегося в корне папки C:\Users\Public\Documents\Frost3D\Samples\01 Добывающая скважина на ММГ) и вставить в программе с помощью инструмента «Вставить маркеры из буфера обмена» (Рис. 12.3).
Рис. 12.3 – Инструмент «Вставить маркеры из буфера обмена»
После чего вернуться на вкладку «Редактор 3D» и в меню переходов нажать кнопку «Следующий этап» (Рис. 9.1). Задать в окне «Параметры сеточного генератора» шаг по оси OZ от 0,05 до 1 и включить флаг использования автоматических маркеров разбиения для строительных объектов.
Результат построения расчетной сетки с увеличенным количеством маркеров представлен на Рис. 12.4.
Рис. 12.4 – Результат построения расчетной сетки: 1 – Материал «Суглинок»; 2 – Строительный объект, представляющий собой скважину; 3 – Визуализированные объекты
На созданную расчетную сетку переносятся все параметры материалов и граничных условий, назначенные соответствующим объектам и граням (см. разделы 5 и 10 настоящего руководства). После построения расчетной сетки необходимо проверить правильность переноса материалов и убедиться в отсутствии конфликтных граничных условий. Это можно сделать в режиме редактирования граничных условий: если в списке появится «Конфликтное ГУ», необходимо убедиться, что на всех гранях в Редакторе 3D были установлены требуемые граничные условия. Если на данном этапе все в порядке, следует перейти во вкладку «Расчетная сетка» и задать граням, относящимся к конфликтным граничным условиям, наиболее подходящие для них ГУ.
Расчетная область (РО) представляет собой прямоугольный параллелепипед. Довольно часто трехмерные объекты, построенные пользователем, заполняют не все пространство РО, т.е. остаются пустые подобласти исходной РО. После построения расчетной сетки пустые подобласти все равно будут содержать ячейки и узлы. Для ячеек, находящихся в пустых подобластях РО, невозможно автоматически определить соответствующий им материал. Такие пустые области на расчетной сетке в режиме редактирования объектов называются «Отсутствие материала». Такому объекту должен быть задан некоторый материал из Базы данных.
Запуск расчета для созданной компьютерной модели
Чтобы запустить модель на расчет, необходимо в меню переходов нажать кнопку «Следующий этап» (Рис. 9.1). В появившемся диалоговом окне (Рис. 13.1) для выбранного численного решателя задачи необходимо выбрать тип дискретизации «Пользовательские даты сохранения», после чего открыть окно «Пользовательские даты сохранения», в котором установить начальный момент времени – 15.04.2012, конечный момент времени – 15.09.2022, добавить даты сохранения временных итераций на 15 сентября 2013 и 2017 годов и нажать кнопку «Применить». После нажатия на кнопку «Применить» в окне «Запуск решателя» проект запустится на расчет. Во время расчета возле кнопки «Следующий этап» будет отображаться текущий процесс и процент завершенности расчета.
Рис. 13.1 – Запуск модели на расчет: 1 – Численный решатель задачи; 2 – Тип дискретизации по времени;
3 – Кнопка открытия окна «Моменты времени»; 4 – Окно «Моменты времени»
Отображение подробной информации о процессе расчета можно получить по нажатию кнопки «Открыть очередь расчетов» (Рис. 13.2).
Рис. 13.2 – Кнопка перехода к окну очереди расчетов
Просмотр результатов расчета
По завершении расчета либо в процессе расчета можно просмотреть полученные результаты моделирования. Для этого необходимо перейти на вкладку «Постпроцессор» (Рис. 14.1). На этой вкладке, путем нажатия кнопки «Расчеты» (Рис. 14.1), вызывается диалоговое окно, в котором выбирается необходимый расчет (Рис. 14.2).
Рис. 14.1
– Основное окно Постпроцессора: 1 – Наименование вкладки; 2 – Кнопка
вызова диалогового окна для загрузки расчета в Постпроцессоре; 3 –
Кнопка перехода к предыдущей сохраненной итерации;
4 – Кнопка перехода к следующей сохраненной итерации; 5 – Дата текущей
итерации;
6 – Временная ось, на которой можно выбрать дату, для которой необходимо
отобразить результат;
7 – Ползунок, который указывает текущую итерацию
Рис. 14.2 – Диалоговое окно выбора загружаемого в Постпроцессоре результата расчета
Для просмотра распределения температуры в продольном сечении расчетной области необходимо на панели инструментов выбрать тип распределения «Температура» (Рис. 14.3), указать требуемую дату на временной оси (Рис. 14.4) и на панели «Управление сечениями» установить положение секущей плоскости «XZ Min (спереди)», равное 40 (соответствует середине расчетной области по оси Y).
Рис. 14.3 – Выбор распределения температур
Рис. 14.4 – Трехмерная визуализация температуры в сечении XZ расчетной области
В результате отображается цветовое распределение температур, где синему цвету соответствует самая низкая температура, а красному – самая высокая. Для более наглядного представления распределения температур следует настроить и отобразить шкалу, которая показывает, какой цвет относится к какой температуре. Для этого необходимо нажать кнопку «Настройки» 🡪 «Постпроцессор» 🡪 «Настройки цветовой шкалы» (Рис. 4.1) либо на боковой панели инструментов нажать кнопку «Настройки цветовой шкалы» (Рис. 14.5) и в появившемся диалоговом окне (Рис. 14.6) выключить флаг «Использовать адаптивную шкалу» (на каждой итерации цветовое распределение строится от минимальной до максимальной температур). Температуры, лежащие выше диапазона, закрашиваются красным цветом, а ниже – синим.
Рис. 14.5 – Кнопка «Настройки цветовой шкалы» боковой панели инструментов
Рис. 14.6 – Настройка
визуализации результатов расчета в окне «Настройки»: 1 – Вкладка
«Настройки цветовой шкалы»; 2 – Поле, в котором устанавливается флаг
отображения шкалы; 3 – Поле, в котором устанавливается флаг построения
адаптивной шкалы; 4 – Поле ввода максимального значения на шкале;
5 – Поле ввода минимального значения на шкале
Рис. 14.7 – Визуализация температурного поля цветовым распределением с фиксированной шкалой:
1 – Шкала температур; 2 – Кнопка отображения результатов в сечении расчетной области
в отдельном окне
Чтобы отобразить распределение температур в сечении расчетной области в виде изолиний, необходимо на панели «Управление сечениями» путем нажатия кнопки «Показать в 2D» (Рис. 14.7 №2) визуализировать результаты в сечении XZ в отдельном окне. Чтобы настроить построение изолиний, требуется на панели «Автоматические изолинии» установить шаг построения изолиний температур 0,5 ℃ в меньшую сторону от центральной изолинии и 1 ℃ в большую сторону от центральной изолинии (Рис. 14.8 №3 и №4).
Рис. 14.8 – Визуализация сечения XZ расчетной области:
1 – Панель настройки автоматических изолиний; 2 – Поле ввода значения
центральной изолинии;
3 – Поле ввода шага построения изолиний в меньшую сторону от
центральной;
4 – Поле ввода шага построения изолиний в большую сторону от центральной
Для визуализации распределения доли незамерзшей воды на панели инструментов следует выбрать тип распределения «Доля незамерзшей воды» (Рис. 14.9).
Рис. 14.9 – Выбор распределения доли незамерзшей воды
В результате пользователь получит распределение доли незамерзшей воды в сечении расчетной области (Рис. 14.10).
Рис. 14.10 – Трехмерная визуализация доли незамерзшей воды в сечении XZ расчетной области
Чтобы отобразить распределение доли незамерзшей воды в сечении расчетной области в виде изолиний, необходимо в области свойств на панели «Управление сечениями», путем нажатия кнопки «Показать в 2D» (Рис. 14.7), визуализировать результаты в сечении XZ в отдельном окне. В появившемся окне, при деактивации функции «Использовать авторасстановку», можно отключить отображение изолиний и, нажав кнопку «Распределения», вывести на экран цветовое распределение доли незамерзшей воды в сечении (Рис. 14.11).
Рис. 14.11
– Результаты отображения распределения доли незамерзшей воды в сечении
расчетной области: 1 – Кнопка включения/отключения авторасстановки
изолиний;
2 – Кнопка включения/отключения цветовой заливки
(распределения)
В программе имеется несколько способов построения различных графических зависимостей. Один из них – использование конструктора графика в окне «Сечение плоскостью» (Рис. 14.12).
Рис. 14.12 – Результат построения графика по заданной линии
Здесь вводятся координаты прямой, вдоль которой необходимо построить график. При нажатии на кнопку «Создать график» откроется окно с созданным графиком (Рис. 14.13). В результате получаем графическую зависимость.
Рис. 14.13 – Зависимость доли незамерзшей воды от координаты X