2013 m.

VGTU

Pirmo etapo uždavinys - sumodeliuoti kabelių šilumos laidumo procesus, nagrinėjant tris kabelių išdėstymo topologijas: vienas kabelis, trys šalia esantys kabeliai, trys besiliečiantys kabeliai su trikampiu išsidėstymu.

Uždaviniui spręsti buvo nuspręsta naudoti OpenFOAM paketą, kuris yra orientuotas į Baigtinių tūrių metodą (toliau BTM).

Naudojant BTM yra svarbu, kad tinklelis būtų adaptuotas prie uždavinio geometrijos, kad elementų kraštinės kuo tiksliau aproksimuotų kabelio ir jo izoliacijos sluoksnių kontūrus. Todėl ypatingai svarbus dėmesys buvo skirtas uždavinio srities diskretizacijai (tinklo generavimui). Buvo nuspręsta taikyti dvi tinklo generavimo strategijas:

  • Naudoti keturkampius tinklus, generuotus integruotų į OpenFOAM įrankių pagalba.
  • Naudoti trikampius tinklus, generuotus naudojant papildomą programinę įrangą, skirtą tokių tinklelių generavimui. Po įvairių bandymų buvo pasirinkta atviro kodo biblioteką aCute. Kabelių išdėstymo topologijos

Tinklų kokybei ir OpenFOAM skaičiavimams testuoti buvo užprogramuotas BTM sprendiklis, nenaudojantis OpenFOAM. Testavimo metu buvo nagrinėjami modeliniai uždaviniai, kurių analitiniai sprendiniai yra žinomi, jų yra du:

  • Nestacionarus uždavinys su kintamuoju šaltiniu ir pastoviais šilumos laidumo koeficientais.
  • Stacionarus uždavinys su dalimis pastoviu šaltiniu ir dalimis pastoviais koeficientais, uždavinio geometrija ir koeficientų parametrai yra artimi realiam uždaviniui.

Dėl uždavinio specifikos buvo identifikuotos šios kliūtys:

  • Dėl tinklo struktūros ir pasirinktos aproksimacijos BTM ypatumų atsiranda neortogonalumo paklaidos.
  • Naudojant OpenFOAM paketo įrankius yra gana keblu sudaryti tinklelį, kuris būtų pritaikytas prie projekte nagrinėjamų geometrijos atvejų. Be to, sprendžiant su OpenFOAM, paklaidos dėl neortogonalumų buvo identifikuotos kaip sisteminės: OpenFOAM esantys metodai, leidžiantys kompensuoti neortogonalumo paklaidas, nėra pakankamai efektyvūs, kad leistų gauti patikimą sprendinio konvergavimą.
  • aCute biblioteka leidžia generuoti trikampius tinklus, kurių kampai neviršija 90 laipsnių. Tai leidžia pasirinkti Voronojaus taškus už tūrių centrus, ir taip išvengti neortogonalumų tinkle.
  • OpenFOAM nėra numatytos galimybės nurodyti tūrių centrus, ką patvirtino oficialiuose šios programinės įrangos forumuose. Taip pat buvo sprendžiamas klausimas duomenų įrašymo į OpenFOAM formatą, kadangi šiame pakete aCute nėra tiesiogiai palaikomas.

Išvados:

  1. Po darbų ir tyrimų ciklų pavyko gauti kokybiškus aCute tinklus, tinklų duomenys konvertuojami ir įrašomi OpenFOAM formatu. Tinklo generavimas yra ekonomiškas, t.y. laikas yra proporcingas uždavinio dydžiui.
  2. OpenFOAM papildytas nauju metodu, leidžiančiu keisti tūrių centrus, sukompiliuota specialiai šiam projektui tinkama OpenFOAM versija.
  3. Stacionaraus modelinio uždavinio atveju paklaidos, gautos su OpenFOAM ir gautos sprendžiant su darbo grupės sukurtu sprendikliu, sutapo ir jos atitinka teorinius įverčius.