Типовые задачи гидродинамики и акустики

К задачам гидро- и газодинамики (CFD – Computational Fluid Dynamics) относится определение полей скоростей, давлений и температур потока как при течении во внутренних каналах, так и при внешнем обтекании конструкции. Круг задач, решаемый модулями CFD, весьма широк. Это и обтекание транспортных средств или зданий, тепло- и массоперенос при горении топлива в котлах ТЭЦ и в двигателях внутреннего сгорания, литье металлов, моделирование распространения загрязнений в атмосфере и водной среде и т.д. Например, на рисунке 3, а приведены результаты расчета течения жидкости в клапане. Стрелки показывают направление и скорость течения жидкости, оттенки цвета позволяют оценить распределение давления в потоке. Результатом такого анализа может быть, например, определение потерь давлений, оценка условия наступления кавитации и т.д. На рисунке 3, б показан результат расчета обтекания воздухом прыгуна с трамплина. На рисунке 3, в приведены результаты моделирования движения воздуха и теплообмена в радиаторе процессора, учитывающего как вынужденную (обдув от вентилятора), так и естественную конвекцию. На рисунке 3, г приведен пример расчета распределения давлений в рабочей камере при работе центробежного насоса.

При расчете течения в каналах задается геометрия проточной зоны, давление или профиль скоростей на входе и выходе, при необходимости (например, при расчете центробежного насоса) – скорость и направление движения ограничивающих стенок. При расчете внешнего обтекания достаточно задать геометрию тела и профиль скоростей набегающего потока.

Результаты таких расчетов часто используются как исходные данные (параметры нагрузки и граничные условия) в других модулях конечно-элементного пакета. Область применений гидро- и газодинамических расчетов ограничена только мощностью используемых ЭВМ, поскольку этот вид расчетов требует чрезвычайно много машинных ресурсов.

Примеры CFD-модулей ANSYS – CFD и Fluent. Пакеты независимых разработчиков – «тяжелый» гидродинамический пакет STAR-CD (www.cd-adapco.com), российская разработка FlowVision (www.flowvision.ru)

а)	б)
в)	г)

Рисунок 3 – Примеры представления результатов гидродинамических расчетов

Оценка уровня шума, который будет производить изделие во время эксплуатации особенно важна для автомобилестроения и в гражданской авиации. Например, шум авиадвигателей явля­ется одним из основных критери­ев качества гражданского самолета, поскольку самолеты с высоким уровнем шума аэропорты ряда стран просто не прини­мают.

К задачам акустического анализа относится определение параметров акустического поля (интенсивность, спектральный состав звука) в выбранном объеме. В качестве исходных данных необходима геометрия исследуемого пространства, спектральная характеристика и мощность источника звука. В качестве примеров модулей MSC.Software, помогающих решать акустические задачи, можно назвать Actran, Akusmod.