Руководство по fluidsim

19

Министерство
образования и науки Украины

Севастопольский
Национальный Технический Университет

FESTO

Севастополь

2008

1. Создание и моделирование пневматических схем

Данный
раздел содержит введение в создание и
моделирование пневматических схем с
использованием FluidSIM.

Щелчком
по

либо через File→New
создайте пустую об­ласть для рисования.
Откроется новое окно:

Рисунок 1 –
Библиотека элементов с пустой областью

для рисования

Схемы
могут создаваться или редактироваться
только лишь в Режиме Редактирования.
Режима Редактирования по­казывается
курсором

мышки.

При помощи мышки
можно «перетаскивать» и «опускать»
элементы из библиотеки компонент на
область для рисования.

Для
примера «перетащим» цилиндр
одностороннего действия, источник
сжатого воздуха и 3/2-распределитель.
Разместим элементы следующим образом:

Рисунок 2 – Схема
с несоединенными элементами

Далее
необходимо установить ручное управление
3/2-распределителя, глушитель и пружинный
возврат. Для этого надо два раза щелкнуть
по распределителю или нажать на него
правой кнопкой и выбрать Properties.
Откроется окно свойств
распределителя:

Рисунок 3 – Окно
свойств распределителя

В нем
можно изменить название элемента, его
левостороннее и правостороннее
управление, начальное положение,
внутренние каналы. Для установки
пружинного возврата и пилотного
управления ставятся галочки соответственно
в

и

.
Ручное управление ставится в меню

,
механическое – в

,
электрическое и пневматическое – в

.
Чтобы установить глушитель надо два
раза щелкнуть по выходу 3 (◦) распределителя
и в появившемся окне выбрать меню

.
После проделанных действий 3/2-распределитель
имеет вид:

Рисунок
4 – 3/2-распределитель с ручным управлением

и пружинным
возвратом

Для
того чтобы соединить элементы надо
“тащить” левой кнопкой мыши от места
соединения (◦) одного элемента к месту
соединения (◦) другого. В Режиме
Редактирования элементы и линии могут
выделяться, передвигаться, поворачиваться
(правая кнопка мыши на элементе и Rotate)
или удаляться (Del).
После соединения схема имеет вид:

Рисунок
5 – Готовая пневматическая схема

Схема
уже полностью нарисована и все
подсоединения выполнены. Теперь ее
можно промоделировать. Для этого надо
щелкнуть по

или через Execute→Start.
FluidSIM
проверяет наличие в схеме ошибок и
показывает их. Если ошибок нет, то
моделирование запускается сразу, без
дополнительных сообщений. Нажав на
клапан, поршень цилиндра начнет
выдвигаться. Во время моделирования
вычисляются давления и скорости потоков,
все линии окрашиваются и поршень цилиндра
движется (рисунок 6).

Рисунок 6 –
Моделируемая схема

После
того, как поршень цилиндра выдвинулся,
давление в линии пи­тания цилиндра
неизбежно возрастает. Эта ситуация
распознаётся FluidSIM
и происходит пересчёт параметров;
давление на источнике сжатого воздуха
возрастает до предопределённого рабочего
давления. Щелкнув по распределителю
повторно, цилиндр втянется.

При
моделировании цвета соединительных
линий имеют следующие значения:

Таблица 1 – Цвета
электрических и пневматических линий

Цвет	Значение
темно-синий светло-синий светло-красный	пневматическая линия под давлением пневматическая линия без давления электрическая линия, ток течёт

Изменяющаяся
толщина темно-синих соединительных
линий соответ­ствует давлению,
соотнесённому к максимальному давлению.
FluidSIM
различает
два вида линий:

Таблица
2 – Толщина, темно-синих
пневматических линий

Толщина	Значение
	давление меньше максимума максимальное давление

Точные
числовые значения давлений, потоков,
напряжений и токов отображаются на
подключённых
измерительных
инструментах.

Моделирование
в FluidSIM
основано на физических моделях, элементы
которых совпадают с элементами, найденными
в ассорти­менте оборудования Festo
Didactic
GmbH
& Co.
Поэтому вычислен­ные значения должны
точно совпадать с измеряемыми на
практике. При сравнении результатов
согласитесь, пожалуйста, с тем, что на
практике измерения подвержены значительным
колебаниям. Причи­ной отличий может
быть что угодно, начиная от допусков
элементов, длин шлангов и кончая
температурой воздуха.

Вычисление
переменных создаёт основу для создания
точного, соответствующего реальному
масштабу времени, подвижного изображения
цилиндров.
Соответствие
реальному масштабу времени обеспечивает
следующее свойство: если в реальности
цилиндр движется в два раза быстрее,
чем какой-то другой, то данная зависимость
сохраняется и при их анимации. Другими
словами, зависимости в реальном времени
остаются неизменными.

Клапаны и
переключатели, управляемые вручную и
находящиеся в диаграмме цепи, переключаются
при помощи щелчков мышки по ним.

Щелкнув
по

(либо через Execute→Pause)
вызыва­ется переход из Режима
Редактирования в Режим Моделирования
без начала моделирования. Эта возможность
полезна в том случае, когда элементы
должны быть заморожены на некоторое
время, перед тем как начнётся моделирование.

Для
остановки моделирования и перехода в
Режим Редактирования используется
кнопка

или Execute→Stop.
При этом переключатели устанавливаются
в первона­чальное положение, клапаны
переключаются в нормальное положение,
поршни цилиндров возвращаются в
предыдущее положение, и все вы­численные
значения исчезают.

В
дополнение к предыдущим функциям
моделирования (
,
,
)
преду­смотрены также следующие
функции:

сброс и возобновление
моделирования;

моделирование в
пошаговом режиме;

моделирование до
определённой точки, в которой происходит
из­менение состояния.

Щелкнув
по

,
вызывается сброс в начальное состояние
выполняющегося или стоящего на паузе
про­цесса моделирования. Непосредственно
после этого моделирование во­зобновляется.

В
пошаговом режиме процесс моделирования
приостанавливается пос­ле некоторого
шага. Точнее, после щелчка по

моделирование продолжается в течение
короткого периода времени (приблизительно
0.01 — 0.1 секунды в ре­альной системе);
после этого система переходит на паузу
(
).

Выполняющееся
моделирование может быть переведено в
поша­говый режим в любое время. Это
позволяет сфокусировать внимание на
ключевых моментах во время моделирования.

Щелкнув
мышкой по кнопке

,
запускается процесс моделирования,
продолжающийся до некоторой точки, в
которой про­исходит изменение
состояния; после этого моделирование
останавли­вается на паузу (
).
Следующие ситуации описывают момент
време­ни, в который происходит
остановка:

1) поршень цилиндра
остановился;

2) клапан сработал
или его переключили;

3) сработало реле;

4) контакт
переключили.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Fluidsim documentation

Fluidsim is a framework for studying fluid dynamics with numerical
simulations using Python. It is part of the wider project FluidDyn.

Fluidsim is an object-oriented library to develop solvers (mainly using
pseudo-spectral methods) by writing mainly Python code. The result is very
efficient even compared to a pure Fortran or C++ code since the
time-consuming tasks are performed by optimized compiled functions.

Fluidsim is a HPC
code written mostly in Python. It uses the library Fluidfft to use very efficient FFT libraries.
Fluidfft is written in C++, Cython and Python. Fluidfft and fluidsim take
advantage of Pythran, a
static Python compiler which produces very efficient binaries by compiling
Python via C++11. Pythran is actually used in Fluidsim through Transonic, which is a new and cool project for HPC
with Python.

An advantage of a CFD code written mostly in Python is that to run simulations
and analyze the results, the users communicate (possibly interactively)
together and with the machine with Python, which is nowadays among the best
languages to do these tasks. Moreover, it is much simpler and faster than with
pure Fortran or C++ codes to add any complicate analysis or to write a modified
solver.

We have created fluidsim to be easy and nice to use and to develop, highly
efficient and robust.

Fluidsim is a young package but the list of solvers already implemented (see
:mod:`fluidsim.solvers`) gives a good idea of the versatility of this
framework. However, currently, Fluidsim excels in particular in solving
equations over a periodic space:

• 2d and 3d incompressible Navier-Stokes equations,
• 2d and 3d incompressible Navier-Stokes equations under the Boussinesq
  approximation (with a buoyancy variable),
• 2d and 3d stratified Navier-Stokes equations under the Boussinesq
  approximation with constant Brunt-Väisälä frequency,
• 2d one-layer shallow-water equations + modified versions of these
  equations,
• 2d Föppl-von Kármán equations (elastic thin plate).

Being a framework, Fluidsim can easily be extended in other packages to develop
other solvers (see for example the packages snek5000 and fluidsim_ocean).

Metapapers and citations

If you use FluidSim to produce scientific articles, please cite our metapapers
presenting the FluidDyn project,
FluidFFT, and
FluidSim:

@article{fluiddyn,
doi = {10.5334/jors.237},
year = {2019},
publisher = {Ubiquity Press,  Ltd.},
volume = {7},
author = {Pierre Augier and Ashwin Vishnu Mohanan and Cyrille Bonamy},
title = {{FluidDyn}: A Python Open-Source Framework for Research and Teaching in Fluid Dynamics
    by Simulations,  Experiments and Data Processing},
journal = {Journal of Open Research Software}
}

@article{fluidfft,
doi = {10.5334/jors.238},
year = {2019},
publisher = {Ubiquity Press,  Ltd.},
volume = {7},
author = {Ashwin Vishnu Mohanan and Cyrille Bonamy and Pierre Augier},
title = {{FluidFFT}: Common {API} (C$mathplusmathplus$ and Python)
    for Fast Fourier Transform {HPC} Libraries},
journal = {Journal of Open Research Software}
}

@article{fluidsim,
doi = {10.5334/jors.239},
year = {2019},
publisher = {Ubiquity Press,  Ltd.},
volume = {7},
author = {Mohanan, Ashwin Vishnu and Bonamy, Cyrille and Linares, Miguel
    Calpe and Augier, Pierre},
title = {{FluidSim}: {Modular}, {Object}-{Oriented} {Python} {Package} for
    {High}-{Performance} {CFD} {Simulations}},
journal = {Journal of Open Research Software}
}

.. toctree::
   :maxdepth: 1
   :caption: User Guide

   install
   tutorials
   examples
   test_bench_profile
   ipynb/restart_modif_resol
   faq

Modules Reference

A pure-Python package fluidsim-core houses all the abstraction necessary to
define solvers.

.. autosummary::
   :toctree: generated/

   fluidsim_core

The package fluidsim provides a set of specialized solvers solvers,
supporting classes and functions.

.. autosummary::
   :toctree: generated/

   fluidsim.base
   fluidsim.operators
   fluidsim.solvers
   fluidsim.util
   fluidsim.magic
   fluidsim.extend_simul

.. toctree::
   :maxdepth: 1
   :caption: More

   changes
   Advice for FluidDyn developers <http://fluiddyn.readthedocs.io/en/latest/advice_developers.html>
   to_do
   authors
   roadmap
   release_process

Links

Indices and tables

• :ref:`genindex`
• :ref:`modindex`
• :ref:`search`

Новости