Condições de limite
Os parâmetros de condição de limite para o módulo de Fluxo se aplicam aos limites na árvore de análise de fluxo. As opções também se aplicam a interfaces para as quais o módulo Fluxo é encoberto em um lado da interface, criando um Limite.
As condições de limite são exibidas no painel de propriedades quando um limite é selecionado na árvore de análise de fluxo em Limites gerais.
Parede
A condição de limite de Parede para o Fluxo corresponde a um limite sólido. Parede para o módulo Fluxo significa que há cisalhamento (arrastar) e nenhum componente normal da velocidade no limite do como nenhum por meio de fluxo. Quando o módulo Turbulência está ativo, é possível justificar a rugosidade da parede usando as opções de Modelo de rugosidade da parede. É possível usar opções para atribuir uma velocidade de cisalhamento da parede para condições de limite de Parede.
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A condição de limite de Parede é a condição default para o módulo de Fluxo.
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• Opções
Para introduzir o cisalhamento na parede, selecione Opções para a condição de limite de Parede no módulo Fluxo.
◦ Estacionário — Supõe que a parede está parada.
◦ Cartesiano — Introduz o cisalhamento na parede em termos de componentes de velocidade X, Y e Z. A velocidade em uma condição de limite de Parede é entrada relativa ao quadro estacionário do laboratório.
◦ Tangencial — introduz o cisalhamento na parede em termos de normal para a parede. A velocidade tangencial em condições de limite de parede é entrada relativa em termos de Vetor normal à velocidade da parede e um valor.
A velocidade para uma condição de limite de Parede destina-se a apresentar um cisalhamento na parede. Neste exemplo, somente velocidades tangenciais são usadas.
Numericamente, a velocidade para uma condição de limite de Parede apresenta uma origem de momento no momento. A velocidade para uma condição de limite de Parede na verdade não move o limite porque não muda a forma do domínio.
• Tipo de parede
Para Tipo de parede, especifique uma das seguintes opções:
◦ Rígido — Produz uma parede não deformada.
◦ Flexível — Produz uma parede deformada que não move fisicamente a grade associada a parede. O efeito do movimento da parede é incluído mudando o volume efetivo das células adjacentes.
A equação a seguir calcula o stress e substituição virtual dos produtos e velocidade da parede:
em que
τ | tensão de cisalhamento da parede |
r | raio do tubo |
r0 | raio da referência |
p | pressão do fluido(Pa) |
p0 | pressão da referência |
h | espessura da parede |
E | Módulo de Young |
σ | Proporção de Poisson |
Para o Modelo de deformação, as paredes flexíveis do modelo são concluídas de duas maneiras:
◦ Modelo de Tubo elástico — Requer raio, espessura da parede, módulo de Young, proporção de Poisson e pressão de referência como entradas, como uma função de (x, y, z, t) e quaisquer variáveis válidas. Isso é feito usando uma expressão analítica ou especificado usando uma tabela.
◦ Definido pelo usuário — Especifica o deslocamento como uma função de pressão usando uma expressão analítica ou em forma tabular.
• Cisalhamento de alta ordem
A opção Cisalhamento de alta ordem para a condição de limite de Parede no módulo Fluxo usa uma função parabólica para o perfil de velocidade próximo a parede em vez de uma função linear. É possível usar essa funcionalidade das seguintes formas:
◦ Para o fluxo laminar próximo a parede
◦ Se a célula de parede próxima estiver dentro da subcamada laminar para fluxos turbulentos
◦ Para reduzir o número de células usadas para resolver o fluxo dentro de intervalos finos que são muito dominados por forças de cisalhamento viscoso.
Velocidade especificada
Use a condição de limite de Velocidade especificada para definir a velocidade (m/s) de fluido em uma abertura, criar uma entrada, saída ou combinação das duas. Velocidade especificada define a velocidade no limite. O fluxo de massa correspondente é determinado pela densidade e velocidade do fluido, relativas a área de limite e a orientação. É possível definir a direção e a magnitude da velocidade para a condição de limite de Velocidade especificada usando as opções descritas a seguir:
• Cartesiano — Insira a velocidade de limite em termos dos componentes de velocidade X, Y e Z relativos ao sistema de coordenadas do modelo.
• Normal ao limite — Insira a velocidade de limite normal para o limite. A magnitude é controlada pelo Componente de velocidade normal. A direção do fluxo é definida selecionando a Fluxo de entrada, Fluxo externo ou Ambos:
◦ Fluxo de entrada — Permite o fluxo no domínio.
◦ Fluxo de saída — Permite o fluxo fora do domínio.
◦ Ambos — Permite o fluxo dentro ou fora do domínio.
Para Fluxo de entrada ou Fluxo externo, um Componente de velocidade normal negativo é revertido para um valor positivo, para que o símbolo do valor para o fluxo volumétrico não tenha influência sobre a direção do fluxo.
| | No Creo Flow Analysis, um fluxo de massa positivo ou fluxo volumétrico em um Limite corresponde a saída. |
• Redemoinho — Apresenta um fluxo de espiral em um Limite. A extensão da entrada é controlada pelo Componente de velocidade normal. A direção do fluxo é definida, selecionando o Fluxo de entrada, Fluxo externo ou Ambos. A velocidade espiral é controlada por: Velocidade rotacional, Centro rotacional e Vetor de eixo rotacional.
◦ A direção da rotação de uma espiral é especificada relativa ao quadro de referência parado (laboratório), da perspectiva do observador com o vetor de eixo rotacional apontado diretamente. A direção rotacional de sentido horário ou anti-horário aceita somente um valor positivo de velocidade rotacional. Se você selecionar ambos para a direção de rotação de uma espiral, é possível especificar a direção de rotação com base no sinal da velocidade rotacional, tal que positivo produz uma rotação em sentido horário e negativo pressupõe sentido anti-horário.
◦ A magnitude da velocidade rotacional de um limite é especificada relativa ao quadro de referência parado (laboratório).
Fluxo volumétrico especificado
Use a condição de limite Fluxo volumétrico especificado para definir o fluxo volumétrico (m3/s) do fluido, criando uma entrada, saída ou uma combinação de ambas. Fluxo volumétrico especificado define a velocidade no limite. O fluxo de massa correspondente é determinado pela densidade do fluido ρ e velocidade v, relativas a área de limite e a orientação. O Fluxo volumétrico especificado se refere ao inteiro dos fluxos volumétricos sobre o limite. A velocidade associada a um Fluxo volumétrico especificado pode ser Uniforme ou com base em um Desenvolvido completamente. É possível especificar a direção e a magnitude da velocidade usando as seguintes opções:
1. Direção do fluxo — Controlada selecionando Fluxo interno, Fluxo externo ou Ambos.
2. Perfil de velocidade — Defina o perfil de velocidade para a condição de limite Fluxo volumétrico especificado para uma das seguintes formas:
◦ Uniforme — A velocidade constante no limite com base na área de limite (A) e orientação: V = (fluxo volumétrico)/área.
◦ Desenvolvido completamente — O perfil de velocidade durante o limite é semelhante (mesma forma) ao perfil de velocidade no downstream imediato dos centros de célula.
Pressão total especificada
Use a condição de limite de Pressão total especificada para definir a Pressão total em uma abertura na qual espera-se que o fluxo entre ou saia do domínio. A velocidade do fluxo no limite, em seguida, é calculada como parte da solução. É possível especificar direção e pressão.
• Opção direcional — A direção do vetor de velocidade de limite é restrita usando as seguintes opções:
◦ Cartesiano — Restringe a velocidade de limite para estar em uma direção especificada, relativo ao sistema de coordenadas do modelo. Os componentes de vetor de Direção do fluxo (X, Y e Z) são usados juntamente com a opção Cartesiano para restringir a velocidade de limite para uma direção especificada.
◦ Normal ao limite — Restringe a velocidade de limite para que ela seja normal para o limite. Normal ao limite usa o normal do local de cada face da célula no limite selecionado.
• Pressão total
• Perfil de velocidade — Define o perfil de velocidade para a condição de limite Fluxo volumétrico especificado a uma das seguintes formas:
◦ Uniforme — Pressão total constante no limite com base na área de Limite (A) e orientação.
◦ Gradiente zero — Total de pressão ao limite com base em uma extrapolação de pressões totais interiores. Não há nenhuma mudança ou nenhum gradiente.
Parede rotativa
A Parede rotativa simula o efeito de cisalhamento de uma parede de rotação. Ela tem os valores a seguir:
• Tipo de parede — Especifique Rígido ou Flexível
• Cisalhamento de alta ordem
• Direção rotacional — Determina a direção de rotação para uma parede de rotação. A direção de uma rotação de limite é especificada em relação ao quadro de referência parado (laboratório), da perspectiva do observador com o vetor de eixo rotacional apontado diretamente. Selecione Ambas as direções de rotação de um limite para especificar a direção de rotação. Essa direção é baseada na sessão da velocidade rotacional, tal que o positivo produz uma rotação em sentido horário e negativo pressupõe sentido anti-horário.
• Velocidade rotacional
• Vetor de eixo rotacional
• Centro rotacional
• Velocidade axial
• Saída
Simetria
A simetria para fluxo significa que não há nenhum cisalhamento (que é o escorregamento ideal) e nenhum componente normal da velocidade no limite (que não é por meio de fluxo). A simetria para fluxo também significa que não há nenhuma gradiente normal de pressão no limite. A simetria para fluxo é diferente das condições de limite de parede que para uma parede há cisalhamento. Uma condição de limite de Simetria para fluxo geralmente corresponde a uma simetria física no modelo. Ela não precisa, porém, se os efeitos desta condição de limite são lógicos. Por exemplo, é possível usar esta para simular uma superfície livre.
Saída de pressão especificada
Use a condição de limite Saída de pressão especificada para definir a pressão estática em uma abertura na qual espera-se que o fluxo saia do domínio. No caso de fluxo de retorno, uma origem de momento também pode ser adicionada pela Velocidade do fluxo de retorno (opcional) associada e suas entradas (X, Y, Z). A saída de pressão especificada determina o fluxo de massa entre o limite como parte da solução.
A condição de limite Saída de pressão especificada contém as seguintes opções:
• Pressão — Determina a pressão estática na saída. Se as propriedades do fluido dependem da pressão, a pressão deve ser a pressão absoluta. Caso contrário, ele pode ser uma pressão relativa como medidor.
• Perfil de velocidade — Define o perfil de velocidade para a condição de limite Saída de pressão especificada para uma das seguintes formas:
◦ Especificada pelo usuário — Especifica uma velocidade fluxo de retorno. Use o parâmetro de Velocidade do fluxo de retorno (opcional) associado a Saída de pressão especificada para incluir uma origem de momento para qualquer fluxo de retorno neste limite. Os valores são inseridos em termos dos componentes X, Y e Z da velocidade. O parâmetro Velocidade do fluxo de retorno (opcional) não afeta diretamente o fluxo de massa. Ele adiciona ou remove fontes de momento para qualquer fluido fluindo de volta para o domínio. O fluxo pode inserir ou sair do domínio em uma saída pressão especificada. Se o fluxo de sair do domínio em uma saída de pressão especificada (como previsto), o valor de Velocidade do fluxo de retorno (opcional) não terá efeito. A Velocidade do fluxo de retorno (opcional) opcional é importante se o fluido de entrada tem uma cabeça dinâmica relativamente alta.
◦ Uniforme — A velocidade na saída é uniforme.
◦ Desenvolvido completamente — O perfil de velocidade durante o limite é semelhante (mesma forma) ao perfil de velocidade no downstream imediato dos centros de célula.
• Saída
Entrada de pressão especificada
Use condição de limite Entrada de pressão especificada para definir a pressão estática em uma abertura na qual o fluxo pode entrar no domínio. Também é possível adicionar uma origem de momento neste tipo de limite usando a entrada de velocidade associada. Entrada de pressão especificada determina o fluxo de massa entre o limite como parte da solução e contém as seguintes opções:
• Pressão — Controla a pressão estática na entrada. É possível incluir os efeitos da pressão dinâmica usando o Velocidade (opcional) opcional. Se o fluido de entrada tem uma cabeça dinâmica relativamente alta, use a condição de limite Pressão total especificada em vez da entrada de pressão especificada.
• Perfil de velocidade — Pode ser especificado como Especificado pelo usuário, Uniforme ou Desenvolvido completamente.
◦ Especificada pelo usuário — Especifica uma velocidade fluxo de retorno. Use o parâmetro Velocidade (opcional) associado a Entrada de pressão especificada para incluir uma origem de momento para qualquer fluido fluindo neste limite. Os valores são inseridos em termos dos componentes X, Y e Z da velocidade. O parâmetro Velocidade (opcional) opcional não afeta diretamente o fluxo de massa e somente adiciona ou remove fontes de momento para o fluido entrando no fluido. O fluxo pode entrar ou sair do domínio em uma entrada de pressão especificada. Se o fluxo sair do domínio em uma entrada de pressão especificada, os valores de Velocidade (opcional) opcional não terá efeito. O Velocidade (opcional) opcional é importante se o fluido de entrada tiver uma cabeça dinâmica relativamente alta.
◦ Uniforme — A velocidade na entrada é uniforme.
◦ Desenvolvido completamente — O perfil de velocidade durante o limite é semelhante (mesma forma) ao perfil de velocidade no downstream imediato dos centros de célula.
| | Se o fluido de entrada tem uma cabeça dinâmica relativamente alta, também é possível usar a condição de limite Pressão total especificada em vez de Entrada de pressão especificada. |
Capacitor do resistor
Resistor capacitor permite selecionar entre uma variedade de modelos 1-D para determinar o relacionamento de pressão e fluxo para um limite selecionado. O fluxo de massa (kg/s) saindo do domínio tem um valor positivo. Os modelos a seguir estão disponíveis na opção Modelo em Capacitor do resistor:
• Curva DP-Q — Especifica a taxa de fluxo como uma função de pressão.
em que
Q | fluxo volumétrico (m3 /s) |
Pambiente | pressão de ambiente (Pa) |
dP | (Pcélula — Pambiente) é calculada e está disponível como uma variável do editor de expressão local |
A opção Curva DP-Q requer uma expressão ou tabela definindo a taxa de fluxo Q como uma função do Delta P (dP) para o campo de entrada Fluxo volumétrico. Caso contrário, não há nenhuma dependência de pressão delta (dP). dP como uma função de Pressão do ambiente e a pressão de célula de limite é calculada pelo código e está disponível como um editor de expressão local. A unidade de dP é Pascal.
• Orifício — Calcula o fluxo volumétrico como se houve um orifício circular no limite. A equação e entradas são da seguinte forma:
em que
Q | fluxo volumétrico (m3 /s) |
Δp | (Psistema – pressão de ambiente) (Pa) |
ρ | densidade de fluido da célula de upstream (kg/m3) |
D | diâmetro do orifício (m) |
Do | o diâmetro da parede de upstream ao redor do orifício (supõe-se que >> DD, que (D/Do)4 pode ser ignorado). |
Ref: Frank M. White, Viscous Fluid Flow, 1974 ISBN 0-07-069710-8, p. 227 | |
• Resistor — Calcula o fluxo volumétrico em um limite com base na queda de pressão e uma resistência efetiva. A equação e entradas são da seguinte forma:
em que
Q | fluxo volumétrico (m3 /s) |
Δp | Psistema – pressão de ambiente (Pa) |
r | Resistor-r (Pa-s/m3) |
• Capacitor — Calcula o fluxo volumétrico em um limite com base na queda de pressão e uma capacitância.
• 2 elementos — Determina o relacionamento de pressão de fluxo para um Limite selecionado com base em um circuito consistindo em um resistor e um capacitor. A equação para Resistor-Capacitor de 2 elementos é da seguinte forma:
em que
Q | taxa de fluxo volumétrico (m3 /s) |
Δp | pressão de sistema – pressão de ambiente (Pa) |
R | Resistor-R (Pa-s/m3) |
C | capacitor (m3/Pa) |
| | Esta condição de limite é baseada no modelo Windkessel de 2 elementos usado para modelagem de fluxo de centro. Referências 1) Daniel R. Kerner, Ph.D. e 2) Broemser, Ph., et. al.,``Uber die Messung des Schlagvolumens des Herzens auf unblutigem Weg'', Zeitung für Biologie 90 (1930) 467-507. |
• 3 elementos — Especifica o relacionamento de pressão de fluxo para um Limite selecionado com base em um circuito consistindo em dois resistores e um capacitor. A equação para o Resistor-Capacitor de 3 elementos é da seguinte forma:
em que
I | taxa de fluxo volumétrico (m3 /s) |
Δp | pressão de sistema – pressão de ambiente |
r | Resistor-r (Pa-s/m3) |
R | Resistor-R (Pa-s/m3) |
C | Capacitor (m3/Pa) |
O fluxo de massa (kg/s) saindo do domínio tem um valor positivo.
| | Esta condição de limite é baseada no modelo de 3 elementos Windkessel geralmente usado para modelagem do fluxo de centro. Referências 1) Daniel R. Kerner, Ph.D. e 2) Broemser, Ph., et. al.,``Uber die Messung des Schlagvolumens des Herzens auf unblutigem Weg'', Zeitung für Biologie 90 (1930) 467-507. |
Condição de interface
A condição de interface para o módulo Fluxo é o mesmo para as condições de limite, somente se um dos lados da interface é Encoberto para o fluxo. Se o módulo Fluxo está ativo em ambos os lados de uma Interface, ele somente pode ser atribuído como uma Interface default.
Interface default é a opção default do módulo Fluxo para uma interface conectando fluido ao fluido. O módulo Fluxo Saída disponível com a Interface default inclui área, normal, taxa de fluxo de massa, taxa de fluxo volumétrico, momento, força de pressão, pressão total média, pressão e pressão estática média.
É possível especificar as seguintes condições de interface e parâmetros de Fluxo associados para uma Interface selecionada sob o módulo Fluxo no painel de propriedades.
• Leque — Especificando a Direção do fluxo, Curva DP-Q para relacionamento de pressão-fluxo e Torcer (especificado usando Centro, Velocidade tangencial e Velocidade radial).
• Ignorar pressão — Especificando Direção do fluxo, Curva DP-Q para relacionamento de pressão-fluxo e Torcer (especificado usando Centro, Velocidade tangencial e Velocidade radial).
• Superfície porosa — Permite a adição de uma resistência devido a uma interface permeável conectando fluido ao fluido. As variáveis associadas o modelo de superfície porosa são:Espessura, Permeabilidade e Coeficiente quadrático. A queda de pressão por distância de unidade através da Interface é calculada usando a lei Darcy-Forchheimer:
A queda de pressão através da Interface é calculada multiplicando F por algumas espessuras finitas. A porosidade é definida no módulo Comum.
Saída
As quantidades integradas disponíveis como a saída do módulo Fluxo para os Limites aparecem nas variáveis de saída.