Tutoriais ANSYS-ICEM
Introdução O ANSYS-ICEM é um software utilizado para geração de geometrias e malhas que poderão ser usadas em outros softwares de CFD, como Fluent, CFX, entre outros. A primeira coisa que todo aluno deve saber sobre o ICEM é seu método de criação: no ICEM desenha-se primeiro os pontos que definem a geometria, depois as linhas (ou curvas) que ligam esses pontos e por fim as supefícies que o limitam. Todo esse processo ficará claro a seguir. Mas o aluno deve saber que ter um desenho prévio da geometria, em um papel ou no computador, com todas as dimensões pode ser de fundamental importância. Nesse tutorial foi buscado mostrar ao aluno alguma geometrias que já haviam sido trabalhadas com algumas dificuldades, assim esperamos que esses exemplos possam fornecer uma base para começar a utilizar o ICEM, bem como ferramentas para lidar com problemas que possam eventualmente aparecer.
Introdução O ANSYS-ICEM é um software utilizado para geração de geometrias e malhas que poderão ser usadas em outros softwares de CFD, como Fluent, CFX, entre outros. A primeira coisa que todo aluno deve saber sobre o ICEM é seu método de criação: no ICEM desenha-se primeiro os pontos que definem a geometria, depois as linhas (ou curvas) que ligam esses pontos e por fim as supefícies que o limitam. Todo esse processo ficará claro a seguir. Mas o aluno deve saber que ter um desenho prévio da geometria, em um papel ou no computador, com todas as dimensões pode ser de fundamental importância. Nesse tutorial foi buscado mostrar ao aluno alguma geometrias que já haviam sido trabalhadas com algumas dificuldades, assim esperamos que esses exemplos possam fornecer uma base para começar a utilizar o ICEM, bem como ferramentas para lidar com problemas que possam eventualmente aparecer.
Tutorial 1 - Tubo de seção quadrada 1) Geometria Nessa etapa trabalharemos apenas na aba ab a Geometry do ICEM 1º) Escolher a posição da origem do sistema de coordenadas. 2º) Criar os pontos que compõem a geometria. Devemos selecionar a opção Create/Modify Points, assinalada na imagem abaixo.
Com isso uma janela se abrirá no canto inferior esquerdo na tela. Nela existem várias opções para criação de pontos. Nós utilizaremos, como na maioria das vezes, a opção XYZ , ou seja, passaremos as coordenadas em x, y e z de cada um dos pontos que compõem a gometria.
Vamos agora criar o primeiro ponto, (0,0,0): como o valor zero é default do programa podemos clicar diretamente em Apply. Para os demais sete pontos devemos escrever cada uma das três coordenadas para cada ponto, clicando em Apply após cada um dos pontos: (0, 0.05, 0) (0.3, 0, 0) (0, 0, 0.05) (0.3, 0.05, 0) (0, 0.05, 0.05) (0.3, 0, 0.05) (0.3, 0.05, 0.05) Ao término dessa etapa teremos todos os pontos como na imagem abaixo:
3º) Com todos os pontos criados podemos fazer as curvas, ou linhas, que, ao ligar os pontos, dão o contorno da geometria. Para isso devemos selecionar a opção Create/Modify Curves, assinalada na imagem abaixo:
Novamente uma janela irá se abrir no canto inferior esquerdo. Nela usaremos a primeira opção, referente à criação de linhas que passam por n pontos selecionamos.
Podemos notar que após a seleção dessa opção um campo Points é criado logo abaixo. Nele ficarão escritos os nomes dos pontos selecionados para criação daquela curva. Note que para a seleção de pontos ser possível é estritamente necessário que a palavra Points esteja vermelha. Para fazermos essa seleção devemos clicar diretamente nos pontos na tela de desenho do ICEM (vale notar que nessa geometria todas as linhas são retas e, portanto, os pontos devem ser selecionados de dois em dois).
Após selecionar os pontos com os quais desejamos criar uma curva (note que os pontos ficam com um leve contorno amarelo e um esboço da curva aparece na tela) devemos aplicar essa curva clicando sobre a tela com o botão scroll do mouse (aquela rodinha). Repetindo esse procedimento com pontos dois a dois teremos uma geometria como na imagem que segue:
4º) Temos agora todos os pontos e curvas que definem os contornos da nossa geometria. Entretanto precisamos agora definir as superfícies que serão as verdadeiras barreiras físicas da geometria. Para isso clicamos na opção Create/Modify Surface.
Mais uma vez uma janela irá se abrir no canto inferior esquerdo com opções de criação de superfícies. Nós usaremos apenas a primeira opção, que cria superfícies a partir da seleção das curvas que a compõem (essa é a opção usada na maioria dos casos).
Usando o mesmo princípio que vimos quando criamos as curvas, agora vamos selecionar na tela as curvas que compõem um superfície e aplicá-la clicando com o scroll do mouse.
Repetindo o processo para as demais cinco superfícies teremos uma geometria como abaixo:
Para visualizarmos a geometria existem algumas opções nessa etapa, todas compreendidas nesses dois botões:
Assim podemos clicar sobre o cilindro preenchido e obtermos uma visualização da geometria com as superfícies inteiramente preenchidas:
Esse tipo de visualização é adequada, por exemplo, para nos certificarmos de que todas as superfícies foram geradas adequadamente, ao girarmos a geometria segurando o botão esquerdo do mouse e arrastando-o.
5º) Com as superfícies geradas devemos agora definir as chamadas Parts que compõem a geometria. Essa Parts serão importantes lá na frente, quando formos definir as regiões para aplicação da condições de contorno. Podemos ver as Parts clicando sobre a cruz de Parts na árvore de projeto:
A Part chamada de GEOM é default do ICEM e deve ser mantida.
Nós criaremos outras três partes, e para isso clicamos sobre a palavra Parts com o botão direito do mouse e em Create Part :
Com isso uma nova janela se abrirá, nela escrevemos o nome que queremos dar para essa Part :
Chamaremos a primeira de INLET , por onde o fluido irá entrar. Clicamos sobre o botão no qual está desenhado um cursor e a opção de Entites fiará vermelha, logo, ativada:
Clicamos agora nas superfícies, e apenas superfícies, que irão compor essa Part . Nesse caso apenas uma:
E podemos, então, aplicar clicando com o scroll do mouse. Note que com isso uma nova Part foi criada e pode ser vista na árvore de projeto.
Repetiremos o processo para mais duas partes: o OUTLET e a WALL. As imagens a seguir mostram quais superfícies selecionar para cada uma dessas duas partes, respectivamente:
6º) Com todas as partes criadas devemos criar o chamado Body, importante para a criação da malha. Para isso clicamos no botão Create Body:
Usaremos, mais uma vez como na maioria dos casos, a opção de centróide de dois pontos (já pré selecionada):
Clicamos, então, sobre o desenho do cursor para ativarmos a opção de seleção de pontos, deixando vermelhos o texto 2 screen selections, e a seguir selecionamos os pontos destacados na imagem (note que na opção do centróide é importante pegar dois pontos opostos):
Então podemos aplicar clicando com o scroll do mouse.
E termos um Body criado na geometria. Note que a única restrição nessa etapa é a de que a cruz com nome Body que é visível na tela deve estar em todo caso dentro do volume da geometria, para que a criação da malha seja realizada do modo correto.
2) Malha Muito bem, se todas as etapas até nesse momento estiverem sido realizadas com o devido sucesso, teremos a geometria completa, como pontos, curvas, superfícies, corpo e as partes. Isso pode ser verificado abrindo a árvore de projeto inteira e deixando todas as opções visíveis:
Iremos agora criar a malha. Para fazer uma malha o ICEM parte do princípio da criação de um Blocking que será moldado, cortado e dividido até assumir uma forma igual ou aproximada da geometria em questão. Para criar esse Block selecionamos a aba Blocking e a opção Create Blcok :
Se tivéssemos uma geometria mais complexa poderia ser necessário selecionar as partes sobre as quais esse Block seria gerado, mas no nosso caso (como na maioria) basta clicarmos em Apply, na janela inferior esquerda, que um Block será gerado e torno de toda a geometria. Note que quando um Block é gerado novos elementos irão aparecer na árvore de projeto, todos referentes a esse Block .
Nosso Block coincide exatamente com a geometria, ou seja, as arestas ( Edge) do Block estão posicionadas exatamente sobre as arestas da geometria, então esse caso é bem simples e podemos pular algumas etapas (que serão vistas mais a frente em outros tutoriais). Faremos agora a discretização, ou seja, definiremos a quantidade de divisões que cada aresta terá para a criação dos elementos de volume. Para isso clicamos no botão Pré Mesh Params:
E em seguida no Edge Params:
Com isso uma janela com várias opções irá se abrir. Cada uma dessas opções merece um estudo a parte e não serão abordadas aqui (mas pode ser encontrada em diversos outros materiais dobre CFD). Apenas enfatizaremos o básico para a criação de uma malha adequada. Clicamos sobre o botão de um cursor sobre um linha e selecionamos um Edge qualquer, como na figura:
Como nossa malha será uniforme (não dando preferência para o estudo de nenhuma região específica do escoamento) usaremos a opção Uniform em Mesh law:
Ainda podemos otimizar esse processo utilizando a opção Copy Parameters para Parallel Edges, visível quando corremos a barra lateral para baixo:
Desse modo, as definições configuradas para o lado selecionado serão copiadas para todos os lados paralelos a ele (note como uma seta preta aparece agora em cada um dos lados paralelos). Podemos agora definir a quantidade de divisões nesses quatro lados configurando o número de nós para, por exemplo, 60, e clicamos em Apply:
Faremos, então, um processo semelhante para os demais lados:
Com todos os lados discretizados podemos ter agora uma primeira visualização de como nossa malha está ficando, para isso selecionamos a opção Pre-Mesh na árvore de projeto e, em seguida, em Re-mesh out of date parts na janela que irá aparecer:
Com uma visualização completa da malha, rodando a geometria e escondendo as superfícies da visualização, podemos saber se é uma malha adequada para o caso ou se alguma região foi gerada inadequadamente ou ainda se precisa ser refinada. Se estiver tudo certo, como nesse caso, podemos gerar a malha em definitivo, basta clicarmos com o botão direito do mouse mous e sobre Pre-mesh na árvore de projeto e em seguida em Convert to Unstruct Mesh:
O ICEM irá então gerar a malha (essa etapa pode demorar algum tempo se for uma malha muito refinada). Quando terminada novos elementos aparecem na árvore de projeto e a malha pode finalmente ser visualizada:
3) Exportação Com a malha criada devemos exportá-la para que possa ser usada em outros softwares de CFD, como CFX e Fluent. Para tanto selecionamos a aba Output e clicamos no botão Select Solver , o com o desenho de uma maletinha. Com isso uma janela se abrirá e nela selecionaremos o solver para qual desejamos exportar, no nosso caso selecionaremos ANSYS-CFX para para usarmos o CFX, mas poderíamos selecionar por exemplo Fluent_V6 para para usarmos o Fluent ou então qualquer uma das outras várias opções.
Clicamos em Apply e no botão Write input , salvamos o projeto como solicitados e na janela que irá se abrir definimos o nome do arquivo e o diretório, clicando em Done quando tivermos configurado ambos.
Termos agora um arquivo (nesse caso .cfx5) no diretório especificado que contém a malha para realizarmos a simulação, basta abrirmos um software de CFX e importarmos esse arquivo.
Tutorial 2 - Tubo cilindrico 1) Geometria 1º)Escolher a posição da origem do sistema de coordenadas. 2º) Criar os pontos que compõem a geometria. Devemos selecionar a opção Create/Modify Points, assinalada na imagem abaixo.
Com isso uma janela se abrirá no canto inferior esquerdo na tela. Nela existem várias opções para criação de pontos. Nós utilizaremos, como na maioria das vezes, a opção XYZ , ou seja, passaremos as coordenadas em x, y e z de cada um dos pontos que compõem a gometria.
Vamos agora criar o primeiro ponto, (0,0,0): como o valor zero é default do programa podemos clicar diretamente em Apply. Para os demais sete pontos devemos escrever cada uma das três coordenadas para cada ponto, clicando em Apply após cada um dos pontos: (0, 0.05, 0) (0, -0.05, 0) (0, 0, 0.05) (0, 0, -0.05)
(0.3, 0, 0) (0.3, 0.05, 0) (0.3, -0.05, 0) (0.3, 0, 0.05) (0.3, 0, -0.05)
Ao término dessa etapa teremos todos os pontos como na imagem abaixo (note que alguns pontos são próximo demais para poderem ser visualizados na imagem abaixo):
3º) Com todos os pontos criados podemos fazer as curvas, ou linhas, que, ao ligar os pontos, dão o contorno da geometria. Para isso devemos selecionar a opção Create/Modify Curves. Novamente uma janela irá se abrir no canto inferior esquerdo. Agora usaremos a terceira opção, referente à criação de uma circunferência a partir de um centro e mais dois pontos. Podemos notar que após a seleção dessa opção um campo Points é criado logo abaixo. Nele ficarão escritos os nomes dos pontos selecionados para criação daquela curva. Note que para a seleção de pontos ser possível é estritamente necessário que a palavra Points esteja vermelha. Vamos criar duas circunferências correspondentes a cada uma das extremidades do tubo cilíndrico, selecionando o ponto central de cada circunferência e mais outros dois pontos quaisquer da mesa extremidade, como pode ser visto abaixo:
Repetindo o procedimento para a outra extremidade teremos:
4º) Agora precisamos definir as superfícies que formam nossa geometria. Para isso clicamos na opção Create/Modify Surface. Mais uma vez uma janela irá se abrir no canto inferior esquerdo com opções de criação de superfícies. Nós usaremos apenas a primeira opção, que cria superfícies a partir da seleção das curvas que a compõem (essa é a opção usada na maioria dos casos). Selecionamos agora uma das circunferências:
E clicamos com o scroll do mouse:
Repetindo o procedimento para a outra extremidade teremos:
Para fazermos a lateral do cilindro podemos simplesmente gerar uma superfície selecionando ambas as circunferências e aplicando com o scroll do mouse:
5º) Com as superfícies geradas devemos agora definir as chamadas Parts que compõem a geometria. Nós criaremos outras três partes, e para isso clicamos sobre a palavra Parts com o botão direito do mouse e em Create Part : com isso uma nova janela se abrirá, nela escrevemos o nome que queremos dar para essa Part . Chamaremos a primeira de INLET , por onde o fluido irá entrar. Clicamos sobre o botão no qual está desenhado um mouse e a opção de Entites ficará vermelha, logo, ativada. Clicamos agora nas superfícies, e apenas superfícies, que irão compor essa Part , nesse caso apenas uma:
E podemos, então, aplicar clicando com o scroll do mouse.
Note que com isso uma nova Part foi criada e pode ser vista na árvore de projeto.
Repetiremos o processo para mais duas partes: o OUTLET e a WALL. As imagens a seguir mostram quais superfícies selecionar para cada uma dessas duas partes, respectivamente:
6º) Com todas as partes criadas devemos criar o chamado Body, importante para a criação da malha. Para isso clicamos no botão Create Body. Usaremos, mais uma vez como na maioria dos casos, a opção de centróide de dois pontos (já pré selecionada): Clicamos, então, sobre o desenho do cursor para ativarmos a opção de seleção de pontos, deixando vermelhos o texto 2 screen selections, e a seguir selecionamos os dois pontos centrais das circunferências e podemos aplicar clicando com o scroll do mouse:
E termos um Body criado na geometria. Note que a única restrição nessa etapa é a de que a cruz com nome Body que é visível na tela deve estar em todo caso dentro do volume da geometria, para que a criação da malha seja realizada do modo correto.
7°) Para a discretização posterior, uma etapa se faz necessária aqui: quebrar as circunferências das extremidades em quatro partes, cada uma limitada por dois pontos. Essa ação é possível utilizando o comando Segment curve da opção Create/Modify Curve:
Agora selecionamos uma circunferência e em seguida um dos quaisquer quatro pontos sobre ela:
E aplicamos apertando o botão scroll do mouse. Podemos então repetir o procedimento para mais dois pontos dessa circunferência e três da outra (essa quantidade irá separar todos os pontos). Ao término desse processo devemos ter oito arcos (quatro em cada extremidade).
2) Malha Muito bem, se todas as etapas até nesse momento estiverem sido realizadas com o devido sucesso, teremos a geometria completa, como pontos, curvas, superfícies, corpo e as partes. Partiremos agora para a criação da malha. Para criar esse Block selecionamos a aba Blocking e a opção Create Blcok : Se tivéssemos uma geometria mais complexa poderia ser necessário selecionar as partes sobre as quais esse Block seria gerado, mas no nosso caso (como na maioria) basta clicarmos em Apply, na janela inferior esquerda, que um Block será gerado em torno de toda a geometria.
Nesse caso, o Block não coincide com a geometria e teremos, portanto, de moldálo, com o intuito de deixá-lo mais próximo da geometria. Para isso podemos usar o comando Associate (existem métodos de associação automática, nós o abordaremos mais adiante):
Primeiramente, faremos associações dos vértices com o comando Associate Vertex:
Com isso podemos selecionar um vértice do Block e um ponto da geometria por vez, conforme a imagem seguinte:
Com todas as associações feitas teremos:
Quando trabalhamos com geometrias cilíndricas ou circulares, uma observação se faz extremamente importante: caso fizéssemos a malha partindo no nosso Block atual teríamos umaa linha que percorre o centro do cilindro um região de grande instabilidade númérica, devido ao ângulo muito agudo que seria formado na extremidade de cada elemento que tocasse essa linha central imaginária (imagine uma fatia de pizza onde a ponta da fatia toca esse linha); para contornamos esse problema devemos criar no centro do cilindro um paralelepípedo, no qual os elementos serão todos paralelepípedos. Então, para fazer isso usaremos uma ferramenta chamada Ogrid Block que pode ser encontrada na opção Split Block :
Quando a selecionamos, novas opções são abertas, das quais nós utilizaremos a Select Face(s):
Com ela selecionada, todas as faces serão destacadas no desenho:
E nós selecionaremos as faces das extremidades, isso permite que esse "paralelepípedo " toque nas faces selecionadas:
Antes de aplicarmos, devemos configurar o offset no canto inferior esquerdo, mas eu mesmo ainda não descobri qual a lógica desse comando, então chutamos valores até obtermos um Ogrid não muito grande nem que "vire do avesso". No nosso caso podemos colocar um valor de 2 e clicar em Apply:
Agora podemos associar as arestas do Block com as curvas da geometria, usando o comando Associate Edge to Curve:
De forma similar ao que fizemos com os vértices agora selecionaremos uma aresta e uma curva em pares aresta-curva, como a imagem, mas agora precisamos apertar
o botão scroll do mouse após selecionarmos cada lado (porque é possível associar mais de um lado à mesma curva, o que não nos interessa no momento):
Podemos notar que um lado associado adquire a cor verde, mas é possível mostrar todas as associações clicando com o botão direito do mouse em Edges na árvore de projeto em Show association, conforme mostra a figura:
Podemos agora fazer a discretização clicando em Pré-Mesh Params e em seguida no Edge Params, lembrando de deixarmos selecionada a opção para copiar os parâmetros para os lados paralelos e mesh law em uniforme. A quantidade de nós aqui fica a critério do aluno. Lembrando que agora a direção radial também deve ser discretizada:
Com todos os lados discretizados podemos ter agora uma primeira visualização de como nossa malha está ficando, para isso selecionamos a opção Pre-Mesh na árvore de projeto e, em seguida, em Re-mesh out of date parts na janela que irá aparecer. Podemos agora gerar a malha em definitivo, basta clicarmos com o botão direito do mouse sobre Pre-mesh na árvore de projeto e em seguida em Convert to Unstruct Mesh.
3) Exportação Com a malha criada devemos exportá-la para que possa ser usada em outros softwares de CFD, como CFX e Fluent. Para tanto selecionamos a aba Output e clicamos no botão Select Solver , o com o desenho de uma maletinha. Com isso uma janela se abrirá e nela selecionaremos o solver para qual desejamos exportar, no nosso caso selecionaremos ANSYS-CFX para usarmos o CFX, mas poderíamos selecionar por exemplo Fluent_V6 para usarmos o Fluent ou então qualquer uma das outras várias opções. Clicamos em Apply e no botão Write input , salvamos o projeto como solicitados e na janela que irá se abrir definimos o nome do arquivo e o diretório, clicando em Done quando tivermos configurado ambos. Termos agora um arquivo (nesse caso .cfx5) no diretório especificado que contém a malha para realizarmos a simulação, basta abrirmos um software de CFD e importarmos esse arquivo.
Tutorial 3 - Cânion 1) Geometria Nessa etapa trabalharemos apenas na aba Geometry do ICEM 1°) Escolher a posição da origem do sistema de coordenadas. 2º) Criar os pontos que compõem a geometria. Devemos selecionar a opção Create/Modify Points, assinalada na imagem abaixo.
Com isso uma janela se abrirá no canto inferior esquerdo na tela. Nela existem várias opções para criação de pontos. Nós utilizaremos, como na maioria das vezes, a opção XYZ , ou seja, passaremos as coordenadas em x, y e z de cada um dos pontos que compõem a gometria.
Vamos agora criar o primeiro ponto, (0,0,0): como o valor zero é default do programa podemos clicar diretamente em Apply. Para os demais sete pontos devemos escrever cada uma das três coordenadas para cada ponto: (0, 0.05, 0) (0.35, 0, 0) (0.25, 0, 0) (0, 0, 0.05) (0.35, 0.05, 0) (0.25, 0.05, 0) (0, 0.05, 0.05) (0.35, 0, 0.05) (0.25, 0, 0.05) (0.35, 0.05, 0.05) (0.25, 0.05, 0.05) (0.10, 0, 0) (0.10, -0.10, ) (0.25, -0.10, 0) (0.10, 0.05, 0) (0.10, -0.10, 0.05) (0.25, -0.10, 0.05) (0.10, 0, 0.05) (0.10, 0.05, 0.05) Clicando em Apply após cada um dos pontos. Ao término dessa etapa teremos todos os pontos como na imagem abaixo:
3º) Com todos os pontos criados podemos fazer as curvas, ou linhas, que, ao unílos, formarão o contorno da geometria. Para isso devemos selecionar a opção Create/Modify Curves. Novamente uma janela irá se abrir no canto inferior esquerdo. Nela usaremos a primeira opção, referente à criação de linhas que passam por n pontos selecionamos. Podemos notar que após a seleção dessa opção um campo Points é criado logo abaixo. Nele ficarão escritos os nomes dos pontos selecionados para criação daquela curva. Note que para a seleção de pontos ser possível é estritamente necessário que a palavra Points esteja vermelha. Para fazermos essa seleção devemos clicar diretamente nos pontos na tela de desenho do ICEM (vale notar que nessa geometria todas as linhas são retas e, portanto, os pontos devem ser selecionados de dois em dois). Após selecionar os pontos com os quais desejamos criar uma curva (note que os pontos ficam com um leve contorno amarelo e um esboço da curva aparece na tela) devemos aplicar essa curva clicando sobre a tela com o botão scroll do mouse (aquela rodinha). Repetindo esse procedimento com pontos dois a dois teremos uma geometria como na imagem que segue:
4º) Temos agora todos os pontos e curvas que definem os contornos da nossa geometria. Entretanto precisamos ainda definir as superfícies que serão as verdadeiras barreiras físicas da geometria. Para isso clicamos na opção Create/Modify Surface. Mais uma vez uma janela irá se abrir no canto inferior esquerdo com opções de criação de superfícies. Nós usaremos apenas a primeira opção, que cria superfícies a partir da seleção das curvas que a compõem (essa é a opção usada na maioria dos casos). Usando o mesmo princípio que vimos quando criamos as curvas, agora vamos selecionar na tela as curvas que compõem um superfície e aplicá-la clicando com o scroll do mouse.
Note que nenhuma superfície é criada dentro da geometria, deve-se criar apenas as superfícies que limitam a geometria. Uma superfície interna bloquearia o escoamento do fluido e só deve ser usada em casos especiais. Por exemplo, criar uma superfície nas curvas assinaladas abaixo estaria errado:
5º) Com as superfícies geradas devemos agora definir as chamadas Parts que compõem a geometria. Essa Parts serão importantes lá na frente, quando formos definir as regiões para aplicação da condições de contorno. Podemos ver as Parts clicando sobre a cruz de Parts na árvore de projeto: a Part chamada de GEOM é default do ICEM e deve ser deixada lá. Nós criaremos outras três partes, e para isso clicamos sobre a palavra Parts com o botão direito do mouse e em Create Part . Com isso uma nova janela se abrirá, nela escrevemos o nome que queremos dar para essa Part . Chamaremos a primeira de INLET , por onde o fluido irá entrar. Clicamos sobre o botão no qual está desenhado um mouse e a opção de Entites fiará vermelha, logo, ativada. Clicamos agora nas superfícies, e apenas superfícies, que irão compor essa Part , nesse caso apenas uma:
E podemos, então, aplicar clicando com o scroll do mouse. Repetiremos o processo para mais duas partes: o OUTLET e a WALL. As imagens a seguir mostram quais superfícies selecionar para cada uma dessas duas partes, respectivamente:
6º) Com todas as partes criadas devemos criar o chamado Body, importante para a criação da malha. Para isso clicamos no botão Create Body. Usaremos, mais uma vez como na maioria dos casos, a opção de centróide de dois pontos (já pré selecionada). Clicamos, então, sobre o desenho do mouse para ativarmos a opção de seleção de pontos, deixando vermelhos o texto 2 screen selections, e a seguir selecionamos os pontos destacados na imagem (note que na opção do centróide é importante pegar dois pontos opostos):
Então podemos aplicar clicando com o scroll do mouse.
E termos um Body criado na geometria. Note que a única restrição nessa etapa é a de que a cruz com nome Body que é visível na tela deve estar em todo caso dentro do volume da geometria, para que a criação da malha seja realizada do modo correto.
2) Malha Muito bem, se todas as etapas até nesse momento estiverem sido realizadas com o devido sucesso, teremos a geometria completa, como pontos, curvas, superfícies, corpo e as partes. Partiremos agora para a criação da malha. Para fazer uma malha o ICEM parte do princípio da criação de um Blocking que será moldado, cortado e dividido até assumir uma forma igual ou aproximada da geometria em questão. Para criar esse Block selecionamos a aba Blocking e a opção Create Blcok : Basta clicarmos em Apply, na janela inferior esquerda, que um Block será gerado e torno de toda a geometria.
Note que Block não coincide com a geometria: em duas regiões temos parte do Block fora da geometria, logo que não possuem escoamento. São, portanto, regiões que não nos interessam e, mais importante, não permitem a criação de malha. Para resolvermos esse problema iremos eliminar essas regiões do Block . Primeiro devemos visualizar o Block , habilitando a opção Blocks na árvore de projeto:
O Block aparece, então, dentro da geometria em verde e com uma numeração (nesse caso 13, o número não nos interessa). Para podermos excluir as regiões que não nos interessam devemos dividir esse Block utilizando a ferramenta Splti Block :
Na janela que irá se abrir existem alguma opções, ou métodos, para fazermos as divisões. Todas elas podem ser encontradas em Split Method , mas nós utilizaremos a opção Prescribed Point (adequada para a maioria dos casos):
Com ela selecionada clicamos no símbolo do cursor, habilitando a seleção dos lados:
E escolhemos um lado na figura. As divisões serão realizadas por meio de um plano perpendicular ao lado que escolhemos e passando sobre o primeiro ponto que se encontra no mesmo lado (as vezes a divisão não é automática e se torna necessário selecionarmos o ponto manualmente). Aqui selecionaremos os três lados indicados abaixo:
Note agora que possuímos seis blocos:
E iremos excluir os dois das extremidades inferiores utilizando a ferramenta Delete Block e selecionando a imagem do cursor com um cubo:
Agora clicamos sobre os dois blocos que queremos excluir:
E aplicamos clicando com o scroll do mouse:
Com esse processo eliminamos qualquer bloco que se encontrava fora da geometria, evitando uma malha ineficiente. É interessante comentarmos alguns detalhes: existem opções para unir blocos ( Merge) e a primeira vista pode parecer interessante unir os três blocos superiores ou os dois verticais ao meio, entretanto isso caracterizaria um erro crítico. Fazer qualquer dessas uniões tornaria a discretização deficiente, porque a quantidade de divisões nos lado teria de ser diferente (os lados possuiriam tamanhos diferentes) e os elementos de volume poderiam não coincidir na passagem de uma região para a outra. Faremos agora a discretização, ou seja, definiremos a quantidade de divisões que cada aresta terá para a criação dos elementos de volume. Para isso clicamos no botão Pré Mesh Paramse em Edge Params. Clicamos sobre o botão de um cursor sobre um linha e selecionamos um Edge qualquer, lembrando de selecionar a opção para copiar as definições para todos os lados paralelos e a lei uniforme. A quantidade de nós fica a critério do aluno. O processo deve ser repetido para todos os lados, não paralelos a algum já préconfigurado. Com todos os lados discretizados podemos ter agora uma primeira visualização de como nossa malha está ficando, para isso selecionamos a opção Pre-Mesh na árvore de projeto e, em seguida, em Re-mesh out of date parts na janela que irá aparecer:
Clicarmos com o botão direito do mouse sobre Pre-mesh na árvore de projeto e em seguida em Convert to Unstruct Mesh: O ICEM irá então gerar a malha (essa etapa pode demorar algum tempo se for uma malha muito refinada).
3) Exportação Com a malha criada devemos exportá-la para que possa ser usada em outros softwares de CFD, como CFX e Fluent. Para tanto selecionamos a aba Output e clicamos no botão Select Solver , o com o desenho de uma maletinha. Com isso uma janela se abrirá e nela selecionaremos o solver para qual desejamos exportar, no nosso caso selecionaremos ANSYS-CFX para usarmos o CFX, mas poderíamos selecionar por exemplo Fluent_V6 para usarmos o Fluent ou então qualquer uma das outras várias opções. Clicamos em Apply e no botão Write input , salvamos o projeto como solicitados e na janela que irá se abrir definimos o nome do arquivo e o diretório, clicando em Done quando tivermos configurado ambos. Termos agora um arquivo (nesse caso .cfx5) no diretório especificado que contém a malha para realizarmos a simulação, basta abrirmos um software de CFD e importarmos esse arquivo.
Tutorial 4 - Tubo de seção quadrada 1) Geometria Nessa etapa trabalharemos apenas na aba Geometry do ICEM 1º) Escolher a posição da origem do sistema de coordenadas. 2º) Criar os pontos que compõem a geometria. Devemos selecionar a opção Create/Modify Points, assinalada na imagem abaixo.
Com isso uma janela se abrirá no canto inferior esquerdo na tela. Nela existem várias opções para criação de pontos. Nós utilizaremos, como na maioria das vezes, a opção XYZ , ou seja, passaremos as coordenadas em x, y e z de cada um dos pontos que compõem a gometria.
Vamos agora criar o primeiro ponto, (0,0,0): como o valor zero é default do programa podemos clicar diretamente em Apply. Para os demais sete pontos devemos escrever cada uma das três coordenadas para cada ponto: (0, 0, 0) (0, 0.05, 0) (0, 0, 0.05) (0, 0.05, 0.05)
(0.001, 0, 0) (0.001, 0.05, 0) (0.001, 0, 0.05) (0.001, 0.05, 0.05)
(0.1, 0.01, 0.1) (0.1, 0.04, 0.1) (0.13, 0.01, 0.1) (0.13, 0.04, 0.1)
(0.1, 0.01, 0.099) (0.1, 0.04, 0.099) (0.13, 0.01, 0.099) (0.13, 0.04, 0.099)
Clicando em Apply após cada um dos pontos. Ao término dessa etapa teremos todos os pontos como na imagem abaixo (note que alguns pontos são próximo demais para poderem ser visualizados na imagem abaixo):
3º) Com todos os pontos criados podemos fazer as curvas, ou linhas, que, ao ligar os pontos, dão o contorno da geometria. Para isso devemos selecionar a opção Create/Modify Curves. Novamente uma janela irá se abrir no canto inferior esquerdo. Nela usaremos a primeira opção, referente à criação de linhas que passam por n pontos selecionamos. Podemos notar que após a seleção dessa opção um campo Points é criado logo abaixo. Nele ficarão escritos os nomes dos pontos selecionados para criação daquela curva. Note que para a seleção de pontos ser possível é estritamente necessário que a palavra Points esteja vermelha. Para fazermos essa seleção devemos clicar diretamente nos pontos na tela de desenho do ICEM em conjuntos de quatro em quatro pontos, com o objetivo de fazermos uma linha curvada (por isso criamos pontos tão próximos uns dos outros):
Após selecionar os pontos com os quais desejamos criar uma curva (note que os pontos ficam com um leve contorno amarelo e um esboço da curva aparece na tela) devemos aplicar essa curva clicando sobre a tela com o botão scroll do mouse (aquela rodinha). Repetindo esse procedimento com pontos três a três teremos uma geometria como na imagem que segue:
E então podemos criar as curvas nas extremidades, selecionando os pontos dois a dois (atente para selecionar os pontos mais extremos na face de maior área):
4º) Temos agora todos os pontos e curvas que definem os contornos da nossa geometria. Entretanto precisamos agora definir as superfícies que serão as verdadeiras barreiras físicas da geometria. Para isso clicamos na opção Create/Modify Surface. Mais uma vez uma janela irá se abrir no canto inferior esquerdo com opções de criação de superfícies. Nós usaremos apenas a primeira opção, que cria superfícies a partir da seleção das curvas que a compõem (essa é a opção usada na maioria dos casos). Usando o mesmo princípio que vimos quando criamos as curvas, agora vamos selecionar na tela as curvas que compõem um superfície e aplicá-la clicando com o scroll do mouse.
Repetindo o processo para as demais cinco superfícies teremos uma geometria como abaixo:
5º) Com as superfícies geradas devemos agora definir as chamadas Parts que compõem a geometria. Nós criaremos outras três partes, e para isso clicamos sobre a palavra Parts com o botão direito do mouse e em Create Part : com isso uma nova janela se abrirá, nela escrevemos o nome que queremos dar para essa Part . Chamaremos a primeira de INLET , por onde o fluido irá entrar. Clicamos sobre o botão no qual está desenhado um mouse e a opção de Entites fiará vermelha, logo, ativada. Clicamos agora nas superfícies, e apenas superfícies, que irão compor essa Part , nesse caso apenas uma:
E podemos, então, aplicar clicando com o scroll do mouse. Note que com isso uma nova Part foi criada e pode ser vista na árvore de projeto.
Repetiremos o processo para mais duas partes: o OUTLET e a WALL. As imagens a seguir mostram quais superfícies selecionar para cada uma dessas duas partes, respectivamente:
6º) Com todas as partes criadas devemos criar o chamado Body, importante para a criação da malha. Para isso clicamos no botão Create Body. Usaremos, mais uma vez como na maioria dos casos, a opção de centróide de dois pontos (já pré selecionada): Clicamos, então, sobre o desenho do cursor para ativarmos a opção de seleção de pontos, deixando vermelhos o texto 2 screen selections, e a seguir selecionamos dois pontos de extremos opostos, então podemos aplicar clicando com o scroll do mouse:
E termos um Body criado na geometria. Note que a única restrição nessa etapa é a de que a cruz com nome Body que é visível na tela deve estar em todo caso dentro do volume da geometria, para que a criação da malha seja realizada do modo correto.
2) Malha Muito bem, se todas as etapas até nesse momento estiverem sido realizadas com o devido sucesso, teremos a geometria completa, como pontos, curvas, superfícies, corpo e as partes. Partiremos agora para a criação da malha. Para criar esse Block selecionamos a aba Blocking e a opção Create Blcok : Se tivéssemos uma geometria mais complexa poderia ser necessário selecionar as partes sobre as quais esse Block seria gerado, mas no nosso caso (como na maioria) basta clicarmos em Apply, na janela inferior esquerda, que um Block será gerado e torno de toda a geometria.
Nesse caso, o Block não coincide com a geometria e teremos, portanto, de moldálo, com o intuito de deixá-lo mais próximo da geometria. Para isso devemos usar o comando Associate:
Primeiramente, faremos associações dos vértices com o comando Associate Vertex:
Com isso podemos selecionar um vértice do Block e um ponto da geometria por vez, conforme a imagem seguinte:
Com todas as associações feitas teremos:
Agora devemos associar as arestas do Block com as curvas da geometria, usando o comando Associate Edge to Curve:
De forma similar ao que fizemos com os vértices agora selecionaremos uma aresta e uma curva em pares aresta-curva, como a imagem, mas agora precisamos apertar o botão scroll do mouse após selecionarmos cada lado (porque é possível associar mais de um lado à mesma curva, o que não nos interessa no momento):
Podemos notar que um lado associado adquire a cor verde, mas é possível mostrar todas as associações clicando com o botão direito do mouse em Edges na árvore de projeto em Show association, conforme mostra a figura:
Podemos agora fazer a discretização clicando em Pré-Mesh Params e em seguida no Edge Params, lembrando de deixarmos selecionada a opção para copiar os parâmetros para os lados paralelos e mesh law em uniforme. A quantidade de nós aqui fica a critério do aluno. Com todos os lados discretizados podemos ter agora uma primeira visualização de como nossa malha está ficando, para isso selecionamos a opção Pre-Mesh na árvore de projeto e, em seguida, em Re-mesh out of date parts na janela que irá aparecer:
Podemos agora gerar a malha em definitivo, basta clicarmos com o botão direito do mouse sobre Pre-mesh na árvore de projeto e em seguida em Convert to Unstruct Mesh:
3) Exportação Com a malha criada devemos exportá-la para que possa ser usada em outros softwares de CFD, como CFX e Fluent. Para tanto selecionamos a aba Output e clicamos no botão Select Solver , o com o desenho de uma maletinha. Com isso uma janela se abrirá e nela selecionaremos o solver para qual desejamos exportar, no nosso caso selecionaremos ANSYS-CFX para usarmos o CFX, mas poderíamos selecionar por exemplo Fluent_V6 para usarmos o Fluent ou então qualquer uma das outras várias opções. Clicamos em Apply e no botão Write input , salvamos o projeto como solicitados e na janela que irá se abrir definimos o nome do arquivo e o diretório, clicando em Done quando tivermos configurado ambos. Termos agora um arquivo (nesse caso .cfx5) no diretório especificado que contém a malha para realizarmos a simulação, basta abrirmos um software de CFD e importarmos esse arquivo.
Tutorial 5 - Semi-esfera 1) Geometria Nessa etapa trabalharemos apenas na aba Geometry do ICEM 1º) Escolher a posição da origem do sistema de coordenadas. 2º) Criar os pontos que compõem a geometria. Devemos selecionar a opção Create/Modify Points, assinalada na imagem abaixo.
Com isso uma janela se abrirá no canto inferior esquerdo na tela. Nela existem várias opções para criação de pontos. Nós utilizaremos, como na maioria das vezes, a opção XYZ , ou seja, passaremos as coordenadas em x, y e z de cada um dos pontos que compõem a gometria.
Vamos agora criar o primeiro ponto, (0,0,0): como o valor zero é default do programa podemos clicar diretamente em Apply. Para os demais sete pontos devemos escrever cada uma das três coordenadas para cada ponto, clicando em Apply após cada um dos pontos: (0, 0, 0.05) (0, 0, -0.05) (0, 0.05, 0 ) (0, -0.05, 0) Ao término dessa etapa teremos todos os pontos como na imagem abaixo:
3º) Com todos os pontos criados podemos fazer as curvas, ou linhas, que, ao ligar os pontos, dão o contorno da geometria. Para isso devemos selecionar a opção Create/Modify Curves. Novamente uma janela irá se abrir no canto inferior esquerdo. Nela usaremos a segunda opção, referente a criação de arcos por três pontos. Podemos notar que após a seleção dessa opção um campo Points é criado logo abaixo. Nele ficarão escritos os nomes dos pontos selecionados para criação daquela curva. Note que para a seleção de pontos ser possível é estritamente necessário que a palavra Points esteja vermelha. Selecionaremos na tela os três seguintes pontos:
Para termos o seguinte arco:
4º) Agora usaremos um ferramenta que nos permite gerar uma superfície de revolução, a chamada Surface os Revolution:
Primeiro notamos que se encontra em vermelho a opão Axis Points, portanto iremos escolher os pontos que formam o nosso eixo de rotação, que aqui são os seguintes:
Aplicamos clicando com o scroll do mouse. Nesse caso iremos fazer uma semi-esfera, logo devemos definir o ângulo de rotação como -180º:
Finalmente podemos selecionar nossa curva e clicar com o scroll para finalizarmos:
Falta apenas fecharmos a semi-esfera, então selecionamos o botão Simple Surface e sobre os dois arcos de circunferência que formam essa base da semi-esfera:
Clicando com o scroll para aplicarmos:
6º) Com todas as partes criadas devemos criar o chamado Body, importante para a criação da malha. Primeiramente iremos criar mais um ponto, de coordenadas (0, -0.05, 0), note que o ponto irá coincidir com a superfície da esfera:
Agora podemos criar um corpor pelo botão Create Body e a opção de centróide de dois pontos. Selecionando os dois pontos indicados abaixo e aplicando o botão scroll do mouse:
E termos um Body criado na geometria. Note que a única restrição nessa etapa é a de que a cruz com nome Body que é visível na tela deve estar em todo caso dentro do volume da geometria, para que a criação da malha seja realizada do modo correto.
2) Malha Muito bem, se todas as etapas até nesse momento estiverem sido realizadas com o devido sucesso, teremos a geometria completa, como pontos, curvas, superfícies, corpo e as partes. Partiremos agora para a criação da malha. Para fazer uma malha o ICEM parte do princípio da criação de um Blocking que será moldado, cortado e dividido até assumir uma forma igual ou aproximada da geometria em questão. Para criar esse Block selecionamos a aba Blocking e a opção Create Blcok : Basta clicarmos em Apply, na janela inferior esquerda, que um Block será gerado e torno de toda a geometria.
Teremos agora, mas umz vez, que moldar nosso Block para adaquá-lo a esfera. Na opção Associate utilizaremos a ferramenta SnapProject Vertices:
E selecionaremos todos os oito vértices do Block :
Com todos selecionados podemos aplciar o comando com o scroll do mouse, para termos:
Note como o Block foi insirido dentro na nossa esfera. Iremos agora criar um Ogrid Block , utilizando a ferramenta de mesmo nome, dentro da opção Split Block , e o comando Seletc Faces:
Selecionamos, então, apenas a face superior da esfera:
E com o Offset de de 1 podemos aplicar com o scroll do do mouse e em seguida o botão Apply no canto inferior esquerdo:
Iremos nesse momento fazer algumas associações na parte superior da esfera. Para isso utilizamos a ferramenta Associate Edge to Curve dentro da opção Associate:
E selecionamos todos os lados do bloco externo que compõem essa face da esfera:
Clicamos com o botão scroll do mouse e podemos selecionar os dois arcos que formam esssa face da esfera:
E mais uma vez clicamos com o botão scroll do mouse. Faremos agora a discretização, ou seja, definiremos a quantidade de divisões que cada aresta terá para a criação dos elementos de volume. Para isso clicamos no botão Pré Mesh Paramse em Edge Params. Clicamos sobre o botão de um cursor sobre um linha e selecionamos um Edge qualquer, lembrando de selecionar a opção para copiar as definições para todos os lados paralelos e a lei uniforme. A quantidade de nós fica a critério do aluno. O processo deve ser repetido para todos os lados, não paralelos a algum já préconfigurado. Lembrando-se de fazer a discretização no sentido radial também. Com todos os lados discretizados podemos ter agora uma primeira visualização de como nossa malha está ficando, para isso selecionamos a opção Pre-Mesh na árvore de projeto e, em seguida, em Re-mesh out of date parts na janela que irá aparecer: Clicarmos com o botão direito do mouse sobre Pre-mesh na árvore de projeto e em seguida em Convert to Unstruct Mesh: O ICEM irá então gerar a malha (essa etapa pode demorar algum tempo se for uma malha muito refinada).
