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Hallo,

ich möchte im Rahmen einer Struktur-Strömungsgekoppelten Simulation die Leckage einer Dichtung bei einseitigem Annliegen eines Drucks berechnen.
Hat jemand eine Idee, wie sowas grundsätzlich umgesetzt werden kann? Ich habe es mit einem Overset-Meshing probiert, nur scheint das für solch einen Fall ungeeignet zu sein, da es im Anfangszustand keinen Spalt zwischen Dichtung und Dichtfläche gibt (Zero Gap), der sich bei Auftreten einer Leckage aber einstellt.
Bei StarCCM+ gibt es wohl genau für solche Fälle eine Möglichkeit. Für Ansys/Fluent habe ich bisher aber nichts in dieser Richtung gesehen. Bin für jeden Tipp dankbar!

Gruß

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Mit der Finite Volume Methode können grundsätzlich keine Nullvolumina modelliert werden, das wird auch in StarCCM nicht anders sein. Der Ansatz ist mir auch nicht so ganz klar, denn wenn die Dichtung anliegt, gibt es auch keine Leckage. Das Makro von StarCCM wird vermutlich diesen Schritt gar nicht in die Berechung mit einbeziehen.
Für eine FSI Koppelung wäre Overset die falsche Methode, da bezüglich Overset das Netz sich nur statisch im Raum verschiebt und keine Verformung abbilden kann, somit kommt nur die klassische dynamic Mesh Methode in Frage.
Ich würde nur mit einer einweg FSI Koppelung rechnen, in dem ich nur einige interessante Lastschritte als Stützwerte an Fluent übergebe, wo die Dichtung nicht vollständigt anliegt. Die restlichen Punkte können dann mit einer Polynomfunktion z.B. mit Matlab interpoliert werden. Wobei ich, bezüglich Rechenkapazität, ohne hin erst versuchen wurde das ohne FSI Koppelung und dynamic Mesh zu modellieren. In dem für unterschiedliche Lastschritte die verformte Goemetrie importiert wird und dann über VOF Modell und poröses Medium (Dichtung), reicht in den meisten Fällen vollkommen aus. 

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 23. Mrz. 2021 editiert.]

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Hallo Duke711,

vielen Dank für die ausführliche Antwort!
Zu meinem Ansatz: Ich würde gerne prüfen, ob sich eine vorgespannte Dichtung im Einbauzustand unter Druckbelastung so weit verformt, dass es zu einer Leckage kommt,
oder ob sie dicht hält. Die Overset-Methode erschien mir für diesen Fall als vielversprechend, da ja das Hintergrundnetz den gesamten Strömungsbereich ausfüllt (also
überall ein Volumen vorliegt). Das scheint ja aber nicht ganz so zu sein, weil die einzelnen Netze vor der Berechnung miteinander verbunden werden, sodass die Bereiche,
in denen Solid-Körper liegen, aus dem Fluid-Netz herausgeschnitten werden --> dadurch kommt das Problem mit dem Nullvolumen.

Was die Bewegung eines Overset-Meshs betrifft, so ist nicht nur eine Verschiebung im Raum möglich, sondern auch eine Verformung des Netzes auf Basis der Verformung des
Solid-Körpers, an den das Netz gekoppelt wird. Habe ich soweit bereits hinbekommen (nur halt mit einem Spalt zwischen Dichtung und Gegenfläche).

Über Ihren beschriebenen Lösungsansatz muss ich noch etwas nachsinnen. 

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Hallo,
das ist ein sehr interessantes Thema, mit dem ich mich auch schon ein wenig beschäftigt habe. Zunächst einmal ist FSI mit der Overset Methode durchaus möglich, hierzu gibt es das Tutorial 2056358 im Customer Portal, das auch Solid-Solid-Kontakt beinhaltet. Das Vorhandensein eines Spaltes ist bei der Overset Methode im Gegensatz zum "normalen" Dynamic Mesh nicht zwingend erforderlich, kann aber aktiviert werden. Hierzu verwendet man einen Contact Offset in ANSYS Mechanical, d.h. die Kontaktoberfläche wird virtuell mit einem Offset versehen, so dass sich die Körper eher berühren, als es rein geometrisch der Fall wäre. Dadurch bleibt im Fluid-Netz immer ein Spalt erhalten, durch den Leckage ensteht.

Bei meinem Fall (mit Dynamic Mesh) gab es zusätzlich die Notwendigkeit, den Spalt in geschlossenem Zustand abzudichten, da es in der Realtiät ab einem bestimmten Kontaktdruck keine Leckage mehr gibt. Dies wurde dann über einen porösen Widerstand in den Spalt-Zellen realisiert.

Viele Grüße
Johannes

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Hallo Johannes,

das mit dem Offset in ANSYS Mechanical hört sich interessant an. Nur würde das bedeuten, dass der Spalt immer existiert und sich nicht vollständig schließen lässt, oder?
Wenn dem so ist, wäre das zumindest eine wichtige Erkenntnis für mich, da sich das Overset-Meshing dadurch für meinen Fall nicht eignen würde.

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Hallo,

ja genau, bei Nutzung des Contact Offsets existiert im Fluid-Netz auch bei mechanisch geschlossenem Kontakt immer ein minimaler Spalt. Bei der normalen Dynamic Mesh Methode ist dies aber zwingend notwendig, da das Fluid-Netz sonst am Spalt kollabieren würde. Das Aufteilen des vorher einteiligen Fluid-Netzes in zwei separate Gebiete durch Schließen des Kontakts ist somit nicht möglich.

Bei der Overset-Methode ist dieser Spalt nicht nötig, da die bewegten Solid-Flächen (Moving Walls) über ein eigenes "feststehendes" Fluidnetz verfügen. Trotzdem wird zumindest im vorher genannten Tutorial empfohlen, auch bei der Overset Methode mit Contact Offset zu arbeiten, um Mapping-Probleme zu vermeiden. Ich selber habe mit der Overset-Methode noch nicht gearbeitet und kann daher nichts Genaueres dazu sagen, wie sinnvoll auch hier ein Contact Offset ist.

Wie oben geschrieben, wenn in deiner Simulation der Spalt zeitweise komplett abgedichtet werden muss und du einen Contact Offset verwendest, wirst du um die automatisierte Erstellung einer porösen Zone im Spalt nicht herumkommen. Hierzu kann der Fluent-eigene Contact Detection Algorithmus als Basis dienen.

Viele Grüße
Johannes

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