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Baugruppe.stp Modell_ges.png Meshtop.png

Hallo,

ich bin sowohl hier im Forum als auch im Bereich der CFD-Simulationen neu und hoffe, dass mir jemand bei meinem Problem helfen kann.
Im Rahmen meiner Masterarbeit soll ich Simulationen einer Luftströmung in einer Flow Tube durchführen und kämpfe schon seit Monaten damit. Problem dabei ist, dass niemand an meinem Institut Erfahrungen mit Workbench bzw. Fluent hat und ich mich somit bei Fragen an niemanden wenden kann.

Zur Software: Ich verwende Ansys Workbench/Fluent 14.0

Zum Problem/Geometrie:
Im Anhang befinden sich einige Bilder sowie eine step-Datei des Modells.
Ganz grob: Es handelt sich um eine ca. 2m lange Stahlröhre (d=7 cm) mit 6 Gaseinlässen am einen Ende.
Problem: Das Meshing.
Wir haben uns für ein Design entschieden, das u.a. eine Lochplatte mit sehr feinen Bohrungen (d=0,15 mm; N=469) sowie weitere kleine Löcher in anderen Teilen beinhaltet, was mir das Meshing deutlich erschwert.
Wenn ich bspw. ein autom./unstrukt. Mesh erzeuge, erhalte ich mindestens 10 mio. Elemente. Mit Inflationlayer sind es deutlich mehr, des Weiteren verschlechtert die Inflationlayer meine Meshqualität, was zur Folge hat, dass ich dieses weiter verfeinern muss und somit mehr Elemente erzeuge.

Ich rechne mit einem Desktop-PC auf 4 Kernen mit insgesamt 8 GB Ram. 

Meine Frage(n):
Ist es bei der Anordnung der Einlässe bzw. der ganzen Löcher möglich 2D zu rechnen? (momentan rechne ich in 3D)
Welches ist die beste/effizienteste Meshingmethode für diese Art von Geometrie?

Ich habe bereits versucht ein Hex-Mesh zu erzeugen aber bisher ohne Erfolg. U.a. habe ich versucht mit Hilfe von Slicing-Operationen die Geometrie in möglichst viele "sweepable bodies" aufzuteilen und eine Mischung aus unstrukt. Tetramesh und Sweepmesh zu erzeugen (Ist das überhaupt sinnvoll?). Allerdings haben sich die Übergänge der Meshtypen auch in den Ergebnissen widergespiegelt.

Meine bisherigen SImulationen laufen mit einem unstrukturierten Tetramesh, ohne Inflationlayer aber mit Enhanced Walltreatment. Die Ergebnisse sind bisher unterschiedlich ausgefallen. Das Konvergenzverhalten der scaled residuals kommt mir oftmals auch eher willkürlich vor.

Ich hoffe wirklich sehr, dass mir einige zumindest ein paar Tipps geben können!
ich wäre sehr dankbar!

 

P.S.: Die Details der Zeichnungen entsprechen nicht dem Modell, da es öfter verändert wurde.

[Diese Nachricht wurde von LS-FFM am 06. Jan. 2016 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von LS-FFM am 06. Jan. 2016 editiert.]

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>>Im Anhang befinden sich einige Bilder sowie eine step-Datei des Modells.

Nö - Du musst die Anhänge einzeln auswählen - drei Anhänge sind möglich je Beitrag.

>>Ich rechne mit einem Desktop-PC auf 4 Kernen mit insgesamt 8 GB Ram.

Für FEM sind 8GB arg wenig.
Für wenig anspruchsvolle Übungen in Ordnung, aber je nach Modell gibt es da nach oben keine Grenze.

Zur Sache kann ich leider nicht beitragen.

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Rainer Schulze

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Modell_detail.png reaktor.png

Zitat:

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Original erstellt von Rainer Schulze:
Nö - Du musst die Anhänge einzeln auswählen - drei Anhänge sind möglich je Beitrag.

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Stimmt! Habe das jetzt korrigiert und die restlichen Dateien diesem Beitrag hinzugefügt.

Zitat:

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Für FEM sind 8GB arg wenig.
Für wenig anspruchsvolle Übungen in Ordnung, aber je nach Modell gibt es da nach oben keine Grenze.

Zur Sache kann ich leider nicht beitragen.

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Das ist mir leider auch bewusst geworden. Leider hat man sich damals bei der Hardwarekonfiguration wenig Gedanken gemacht. Fakt ist, dass ich damit zurecht kommen muss. Das Problem ist . dass bereits kleinste Änderungen am Meshing sehr viel zeit in Anspruch nehmen.

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netz_1.png netz_2.png

>>Zur Software: Ich verwende Ansys Workbench/Fluent 14.0

In ANSYS 14.5 gab es wesentliche Verbesserungen in der Vernetzung.
Insbesondere können bei Baugruppen auch alle Prozessorkerne parallel vernetzen. Das beschleunigt den Vorgang spürbar.

Ich habe daheim die freie Studentenversion 16.2.
http://www.ansys.com/de-DE/Products/Academic/ANSYS-Student

Die angegebene Beschränkung (Fluid physics - 512,000 cells/nodes) trifft nur auf den Solver zu, nicht auf die Vernetzung.

Damit hab ich bereits im ersten Anlauf mit recht wenig Zeit und Mühe ein Ergebnis erzielt, das mir ganz passabel erscheint.
Und Deine 8GB RAM könnten auch (für die Vernetzung) ausreichen.
Also frag doch mal Deinen Betreuer, ob er Dir Zugang zu dieser aktuellen Version als unbeschränkte Akademische Version verschaffen kann.

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Rainer Schulze

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netz_3.png

>> eine Lochplatte mit sehr feinen Bohrungen (d=0,15 mm; N=469)

Ah - erst bei näherem Hinschauen fällt mir mein Flüchtigkeitsfehler auf:
So wie importiert gibt es eine Vielzahl von "Löcher_mitSchraube", die nur über Kontakte mit den benachbarten Körpern verbunden sind und keinen Einfluss auf deren Vernetzung haben. Erst nach einer Bool'schen Vereinigung werden die Löcher in der Vernetzung berücksichtigt. Das dauert nun etwas länger, ist aber immer noch erträglich.

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Rainer Schulze

>>Ich hoffe wirklich sehr, dass mir einige zumindest ein paar Tipps geben können!

Du hast Dir ja offenbar schon einige Mühe mit den unterschiedlichen Verfahren der Vernetzung gemacht. Und hast einige "Haken und Ösen" erlebt. Natürlich verleitet die überwiegend zylinderförmige Struktur zu der Erwartung, man könne mit "sweepen" ein schönes Hexnetz erzielen. Und 10Mio Elemente mögen Dir sehr viel erscheinen, aber bei einer guten Netzqualität dürfen die Übergänge von "grob" auf "fein" nun mal nicht allzu abrupt erfolgen.
Sicher gibt es unter den Forenteilnehmern einige Gurus, die über weit mehr Erfahrung verfügen als ich. Aber damit diese Dir helfen können, müsstest Du schon näher beschreiben, was genau Du untersuchen willst.
Was immer man noch an Vereinfachungen diskutieren mag - das Ergebnis der Analyse darf dadurch ja nicht verfälscht werden.

>> Die Ergebnisse sind bisher unterschiedlich ausgefallen. Das Konvergenzverhalten der scaled residuals kommt mir oftmals auch eher willkürlich vor.

Das sind leider recht ungenaue Aussagen, die Du näher erläutern müsstest, damit man sich ein Urteil darüber erlauben kann.

[Diese Nachricht wurde von Rainer Schulze am 06. Jan. 2016 editiert.]

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mixedmesh_1.png mixedmesh_2.png unstructured.png

Hi,
zuerst einmal vielen Dank für die bisherigen Antworten und Tipps!

Zu Version 16.2:
Ich habe schon einmal gesehen, dass es eine kostenlose Studentenversion gibt, da ich am Meshing mit mehreren Kernen interessiert war. Jedoch hatte ich es nicht runtergeladen, weil ich dachte, dass sich die "512k cellls" auch auf das Meshing beziehen.
Ich habe die Installation allerdings abgebrochen, da ich eventuelle Konflikte mit der bisher laufenden Lizenz befürchte. Es war ein ziemlicher Aufwand, die alte Lizenz rüber zu transferieren und sollte etwas damit geschehen, wird der Kollege aus der IT vermutlich nicht sehr erfreut sein...

Zum Vorhaben im nächsten Beitrag...(ich habe es übersichtshalber und wegen der Anhänge in Beiträge aufgespalten)

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>>...wird der Kollege aus der IT vermutlich nicht sehr erfreut sein
>>Student

Ich dachte auch nicht an eine Vermischung.
V14 ist ja wohl schon 4 Jahre alt.
Da sollte auch Deine Ausbildungsstätte mal an eine Auffrischung denken. (Oder geht es um einen Arbeitgeber, der an dem Geld für einen Wartungsvertrag knausert?)

Viel Erfolg weiterhin!

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Rainer Schulze

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residual_composit.png mixed_uebergang_1stOrd.png mixed_uebergang_2ndOrd.png

Zum allgemeinen Vorhaben:

Ich möchte im Grunde untersuchen, wie sich die Luftströmung in der Konstruktion verhält.
Sprich: Wie gut vermischen sich die 3 Luftströme? Treten Turbulenzen auf? Wie schnell richtet sich nach der Lochplatte eine laminare Strömung ein? Ableiten der Aufenthaltszeiten etc.. Das ganze wird nebenbei noch experimentell untersucht.
Für die Zukunft sollen auch Messungen/Simulationen mit Temperaturänderung, Anlegen eines E-Feldes etc. durchgeführt werden. Allerdings handelt es sich hier erst mal um die Grundlagen bzw. um den Prototypen.

Meshing:
Da ich gelesen habe, dass man gerade bei Rohrströmungen mit einem Sweepmesh die Elementenzahl und somit die Rechenzeit reduzieren kann, habe ich versucht die Geometrie in möglichst viele "sweepable bodies" aufzuteilen. Das galt eher als Experiment, da ich mir auch nicht sicher bin, ob so was überhaupt "erlaubt" ist. Nebenbei habe ich Simulationen mit einem vollständig automatisch erzeugten Tetramesh laufen lassen.
Beim Sweepmesh kann der Bias zunächst einmal ignoriert werden. Ich habe damit nur ein wenig rumgespielt. Aber vielleicht hat das doch größere Auswirkungen auf die Ergebnisse gehabt als ich dachte.

Residuals:
Ist es normal, dass sich die unterschiedlichen Meshtypen so stark auf das Verhalten der Residuals auswirken?
(Siehe Vergleich)
Woran kann es eigentlich liegen, dass bspw. bei der 2nd Order Simulation das "scaled continuity residual" bis auf 1,6*10^-3 abfällt und dort dann ein Plateau erreicht und nicht weiter absinkt?
Zur Information: Neben der Residuen, überprüfe ich auch die Massbalance zwischen den Inlets und dem Outlet.

Ergebnisse:
Die grundlegende Strömung verhält sich in den 3 simulierten Fällen relativ ähnlich. Es gibt lokale Unterschiede, wie z.B. die Maximalgeschwindigkeiten, die beim Durchströmen der Löcher erreicht werden etc.
Was jedoch ziemlich stark ins Auge fällt sind die Auswirkungen der Meshübergänge im wandnahen Bereich bzw. in der Grenzschicht.
(Übrigens habe ich die Skala geändert, damit man die Konturen besser erkennen kann)

Viele Grüße,
Luis

[Diese Nachricht wurde von LS-FFM am 08. Jan. 2016 editiert.]

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Hallo LS-FFM,

gefühlt würde ich sagen, dass dein Netz zu grob ist. Des Weiteren würde ich zur Vereinfachung Symmetrien ausnutzen (z.B. Viertelmodell, 2D Rotationssymmetrisch). Das mit der Lochplatte ist zwar schön, ich würde diese in erster Näherung durch eine poröse Domain ersetzen. Vielleicht kann man das auch mit den anderen kleinen Bohrungen machen. Und wenn dann alles so Funktioniert wie es soll (Netzdichteananlyse, etc.). Dann kann man anfangen die Feinheiten in das Modell mit zu integrieren.

Grüße
Frank

PS: Unter http://www.cfd-online.com/Forums/fluent/ kannst auch mal nach nützlichen Hinweisen fragen (ist aber in English).

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Danke für die Antworten!

Zitat:

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Original erstellt von Rainer Schulze:
>>...wird der Kollege aus der IT vermutlich nicht sehr erfreut sein
>>Student

Ich dachte auch nicht an eine Vermischung.
V14 ist ja wohl schon 4 Jahre alt.
Da sollte auch Deine Ausbildungsstätte mal an eine Auffrischung denken. (Oder geht es um einen Arbeitgeber, der an dem Geld für einen Wartungsvertrag knausert?)

Viel Erfolg weiterhin!

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Ich werde das auf jeden Fall mal ansprechen, wenn ich von hier weggehe. Die zeit ist leider schon sehr knapp. Ebenso wie eine Aufrüstung des Arbeitsspeichers... Zumindest um es meinem Nachfolger etwas zu erleichtern.

So wie ich das verstehe, wurde die Lizenz damals von einem Kollegen für sehr viel Geld gekauft. Problem an der Sache ist, dass man zu diesem Kollegen keinen Kontakt mehr hat und dass das alles sehr undurchsichtig ist.
Hinzu kommt noch, dass hier am Institut keiner CFD-Simulationen betreibt (weshalb mir auch bei meinem Problem keiner helfen kann) und dass es deshalb eher unwahrscheinlich ist, dass man noch weiteres Geld in eine Software investiert, die kaum verwendet wird. Wobei, dass dann die Leute anspornen würde, sich mehr damit zu befassen.

Besten Gruß,
Luis

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halfmodel.png lochplatte.png topview.png

Zitat:

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Original erstellt von Frank0815:
Hallo LS-FFM,

gefühlt würde ich sagen, dass dein Netz zu grob ist. Des Weiteren würde ich zur Vereinfachung Symmetrien ausnutzen (z.B. Viertelmodell, 2D Rotationssymmetrisch). Das mit der Lochplatte ist zwar schön, ich würde diese in erster Näherung durch eine poröse Domain ersetzen. Vielleicht kann man das auch mit den anderen kleinen Bohrungen machen. Und wenn dann alles so Funktioniert wie es soll (Netzdichteananlyse, etc.). Dann kann man anfangen die Feinheiten in das Modell mit zu integrieren.

Grüße
Frank

PS: Unter http://www.cfd-online.com/Forums/fluent/ kannst auch mal nach nützlichen Hinweisen fragen (ist aber in English).

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Hi,

erst mal Danke für deine Antwort!
Meinst du, dass das Netz allgemein zu grob ist oder nur im Wandbereich (deshalb die Sprünge)?

An Symmetrien habe ich auch schon gedacht:
Beim Viertelmodell wusste ich allerdings nicht, ob das so einfach möglich ist, da die Lochplatte auf den beiden Hauptachsen nicht identisch ist (siehe Bild). Ich habe polare Anordnungen verwendet. Vielleicht stellt das ganze allerdings gar kein Problem dar. Allerdings wüsste ich nicht genau, welche Art der Symmetrie ich in diesem Fall in Workbench verwenden muss. Allgemein finde ich es schwer, aus dem User's Guide herauszufinden, wie man das richtig verwendet und ein passendes Tutorial habe ich auch nicht gefunden, da die meisten auf Mechanical ausgerichtet waren.

Ich habe jetzt erst mal ein Halbmodell genommen (Das würde die Anzahl der Elemente bereits erheblich reduzieren).
Meine Vorgehensweise:
Ich habe das Modell mit Hilfe einer bool'scher Operation erzeugt und habe anschließend in "Meshing" alle "offenen" Oberflächen markiert und sie über "Symmetry"->"Symmetry Region" definiert. Ich wollte es erst einmal mit einem automatisch erzeugten Netz versuchen inkl. beliebiger Inflation, allerdings erfasst das Programm die Einlässe nicht richtig, obwohl ich sie über die Named Selections definiert habe (siehe Bild).

Das mit der porösen Domain, haben wir auch schon überlegt, allerdings war mein Betreuer nicht wirklich überzeugt davon.

Grüße,
Luis

EDIT:
Das Problem mit der Inflationlayer habe ich mittlerweile gelöst.

[Diese Nachricht wurde von LS-FFM am 12. Jan. 2016 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von LS-FFM am 12. Jan. 2016 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von LS-FFM am 12. Jan. 2016 editiert.]

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