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Hallo,

ich versuche zwei Fluide (Helium in Luft) zu mischen. Das Helium kommt dabei aus einer heißen Düse und vermischt sich mit der Umgebungsluft im schwere Feld der Erde. Ich würde gerne die Vermischung analysieren.
Meine Frage:
Kann man das mit Ansys und wenn ja könnt ihr mir ein bisschen Hilfestellung leisten? Bisher hab ich nur mit der WB und CFX einen Fluid mit Wärmeaustausch simulieren können (bei diesem Thema).

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>>Ich würde gerne die Vermischung analysieren.

Wie genau soll man das verstehen?
Was ist das Ziel Deiner Simulation?

>>Kann man das mit Ansys ?

Vermutlich ja - aber Deine Angaben sind reichlich mager und der Teufel steckt bekanntlich im Detail.

>>könnt ihr mir ein bisschen Hilfestellung leisten?

Multiphasen-Simulationen sind nicht meine persönliche Stärke, aber je konkreter Deine Fragestellung wird, desto besser die Chance, dass sich die Fachleute interessieren.

Es ist noch wichtig zu wissen, mit welcher Version und Ausführung Du arbeitest - kommerzielle Lizenz, kostenlose Studentenversion oder vollwertige Akademische Lizenz.

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Rainer Schulze

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Hallo und danke schon mal für die Antwort und die Hinweise.

Also zum Problem:
Ich will die Düsen-Geometrie (in der mm-Scale) dahingehend optimieren, das mit möglichst wenig Helium bestimmte Teile in der Düse von der umgebenden Luft frei gespült werden. Es sollen sich also einerseits keine partiellen sekundär Strömungskanäle ausbilden, sondern ein gesamter und homogener Strom, der aber laminar bleibt und sich nach dem Austritt möglichst wenig weitet.
Da die Düse jedoch heiß wird, wird sich auch das durch strömende Helium erwärmen, je nach Gestaltung der Düse (Fläche an der das Helium vorbei strömt, Kanalquerschnitt, Rauigkeit, Material) und den Gas-Parametern (Massflow, partielle Geschwindigkeit, Strömungscharakteristik) eben mehr oder weniger. Hier will ich als sekundäres Ziel möglichst wenig Erwärmung des Heliums zulassen.
Die Krönung wäre wenn man auch die Diffusion der zwei Fluide in einander mit simulieren könnte, jedoch ist das nicht  von vornherein nötig.

Zu den Lizenzen:
Mir steht eine kommerzielle Lizenz Version 14 (präferiert) und eine Akademische Lizenz Version 15 (evtl. bald 16) zur Verführung. Zu einer kommerzielle Lizenz Version 15 könnte ich auch Zugang bekommen, würde diese jedoch erst in Angriff nehmen wollen, wenn ich ungefähr weiß was ich tue.

Muti-Phasen bedeutet bei Ansys also nicht viele Phasen, sondern viele Fluide - ja? Also ist es grundsätzlich schon mal das was ich brauche, das ist schon mal der erste Schritt  Welcher Solver ist am besten dafür geeignet? Der Fluent-Solver? Sollte man das besser gar nicht versuchen mit der WB in angriff zu nehmen, sonder gleich über die APDL gehen?

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Hi,

ich würde es über das Specientransportmodell rechnen, anstatt mit Mehrphasen, die Du ja auch nicht hast. Damit rechnest Du die Diffusion der beteiligten Spezien, also Helium ud Luft. Ich denke das hilft dir bei deiner Problemstellung weiter. Ich kenne das allerdings nur in ANSYS Fluent. Sollte es aber auch in ANSYS CFX geben.

Viele Grüße,
Stefan

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>>...wird sich auch das durch strömende Helium erwärmen...

Ah - also keine einfache Strömungssimulation, sondern mit thermischen Anteilen.
ANSYS kann das, aber daran habe ich mich noch nie versucht.

>>Zu den Lizenzen

Wie schön für Dich.
Ich habe nur die kostenlose Studentenversion, und die ist hinsichtlich der Anzahl von Knoten und Elementen beschränkt.
Zum Lernen und Üben reicht es alle Mal, aber man stößt halt an Grenzen.
Version 14 erscheint mir schon ein wenig angestaubt. Aktuell ist V17.1, und da hat sich in den letzten Jahren doch schon Einiges getan.
Bleibt die Frage nach einem Wartungsvertrag. ANSYS bietet Kunden mit Wartung und auch Studenten Zugang zu zahlreichen Tutorials und anderen Informationen. Hast Du einen solchen Zugang?

>>Muti-Phasen bedeutet bei Ansys also nicht viele Phasen, sondern viele Fluide - ja?

Beides.
Aus der Hilfe:
7.1.1. Multiphase Flow

Multiphase flow is a flow in which more than one fluid is present. In general, the fluids consist of different chemical species, such as air-water. In some applications, they may represent different thermodynamic phases of the same species, such as steam-water.
...
...
For example, if cold wet particles are injected into a fast flowing stream of hot air, the particles will be accelerated by drag, they will be heated up by heat transfer across the phase boundary, and they will be dried by evaporation of water into water vapor at the phase boundary.

>>Welcher Solver ist am besten dafür geeignet? Der Fluent-Solver?

Da passe ich.

>>Sollte man das besser gar nicht versuchen mit der WB in angriff zu nehmen, sonder gleich über die APDL gehen?

Dafür ist im Augenblick kein Grund zu sehen.
Wenn Du bereits über Erfahrung mit APDL verfügst, mag das ein guter Weg sein.
Aber die Workbench und der Design Modeler machen doch viele Dinge einfacher.
Und das Einfügen von APDL-Skripten ist bei Bedarf möglich.

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Rainer Schulze

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Hallo Dshing,

>>Muti-Phasen bedeutet bei Ansys also nicht viele Phasen, sondern viele Fluide - ja?

Ich beziehe mich jetzt mal auf Ansys CFX. Eigentlich wird zwischen MultiComponentflow und MultiPhasenflow unterschieden. Bei deiner Anforderung würde ich eher Richtung MultiPhasenflow tendieren, obwohl du erst mal das Ganze mit einer MultiComponent Simulation testen solltest.

Hier mal ein Abschnitt aus der Hilfe:

In multicomponent flow, assume that the various components of a fluid are mixed at the molecular level, that they share the same mean velocity, pressure and temperature fields, and that mass transfer takes place by convection and diffusion. The more complex situation involving fluid interfaces, where different components are mixed on larger scales and may have separate velocity and temperature fields is called multiphase flow. This type of flow cannot be modeled with the multicomponent model. For details, see Multiphase Flow Modeling.

>>Welcher Solver ist am besten dafür geeignet? Der Fluent-Solver?

Es sollte sowohl der CFX als auch der Fluent Solver dazu in der Lage sein.

>>Sollte man das besser gar nicht versuchen mit der WB in angriff zu nehmen, sonder gleich über die APDL gehen?

Nimm die WB.

>>Das Helium kommt dabei aus einer heißen Düse und vermischt sich mit der Umgebungsluft im schwere Feld der Erde. Ich würde gerne die Vermischung analysieren. ...Ich will die Düsen-Geometrie (in der mm-Scale) dahingehend optimieren, das mit möglichst wenig Helium bestimmte Teile in der Düse von der umgebenden Luft frei gespült werden. Es sollen sich also einerseits keine partiellen sekundär Strömungskanäle ausbilden, sondern ein gesamter und homogener Strom, der aber laminar bleibt und sich nach dem Austritt möglichst wenig weitet.

Irgendwie widersprechen sich die Aussagen. Spielt das schwere Feld tatsächlich bei der Anwendung eine Rolle? Können Symmetriebedingungen ausgenutzt werden?

Zur Strömungssimulation findest du auch auf http://www.cfd-online.com/Forums/ansys/ viele Hinweise.

Grüße
Frank

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Hallo,

also ich versuche es jetzt erst mal mit Fluent als MultiPhasenflow mit der WB mal sehen wie weit ich komme.

Ich denke schon das man das schwere Feld nicht ganz außer acht lassen sollte, da Helium ja beträchtlich leichter als Luft ist und ich mit minimalem Helium-Fluss zumindest hoffe in Regionen zu kommen, wo der Auftrieb dann relevant wird.

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multiphase ist glaube Fluessig/Gas, in den Optionen kommt dann Troepfchen/Russ-Partike/separiert.
Schwerkraft-Einfluss ist bei Gas-Gas recht gering, speziell bei hohen Geschwindigkeiten. Mehr bedeutungsvoll bei Fluessig-Gas.
vielleicht hilft das:
http://www.afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/ug/node470.htm

nach buoyancy googeln, evtl CFD-online forum bemuehen

Vielleicht erst mal in 2 D probieren, wegs Knoten-Anzahl. Oder groeberes Mesh, rechnet schneller. Bis du dich irgendwie angeneahert hast und die Ausgangsbedingungen halbwegs recht hast. Recht nervig, wenn du 1h rechnest, dann siehdt, das du voellig daneben liegst. Speziell bei Multiphysik. Besser erstmal einfach anfangen, ein Fluid, Duese hinbiegen und dann weitere Sachen zufuegen.
CFX ist einfacher zu bedienen, aber Fluid zwingt dich, mehr Eingaben zu geben, die du in CFX uebersehen koenntest.

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alle Räder stehen still, wenn Kinematiks starker Arm das will

[Diese Nachricht wurde von Steffen595 am 25. Mai. 2016 editiert.]

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Hallo,
ich bin jetzt doch auf den CFX Solver umgestiegen, der ist genügsamer was das Netz angeht.
Soweit sehen die Simulationen auch ganz gut aus. Ich weiß nur nicht ob der CFXer die Diffusion schon mit berücksichtigt, oder ob ich dafür noch extra was einstellen muss.

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im Post Volume fraction anzeigen lassen

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alle Räder stehen still, wenn Kinematiks starker Arm das will

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Hallo,

jaja, nur ist der Volumenteil muss ja nicht zwangsläufig durch Diffusion zustande kommen. Gerade bei dynamischen Fluiden ist es doch wahrscheinlicher das diese durch Verwickelungen in einander vermischt werden.

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>>jaja, nur ist der Volumenteil muss ja nicht zwangsläufig durch Diffusion zustande kommen. Gerade bei dynamischen Fluiden ist es doch wahrscheinlicher das diese durch Verwickelungen in einander vermischt werden.

Warum solches Interesse an dieser Unterscheidung?
Angenommen Du hast in einem Zustand der Schwerelosigkeit eine Blase von Helium eingehüllt von atmosphärischer Luft: Wie hoch ist die anfängliche Diffusionsgeschwindigkeit? Und wie hoch ist die Strömungsgeschwindigkeit in Deinem Versuch?

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Rainer Schulze

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>>Ich weiß nur nicht ob der CFXer die Diffusion schon mit berücksichtigt, oder ob ich dafür noch extra was einstellen muss.

Eigentlich kannst nur du das wissen, da du die Simulation erstellt hast. Du solltest die Einstellungen dazu unter den Domain Settings im Fluid Tab finden.

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>>Eigentlich kannst nur du das wissen, da du die Simulation erstellt hast. Du solltest die Einstellungen dazu unter den Domain Settings im Fluid Tab finden.

Ahhjaa danke! Das sollte dann der Wert "Interfluid Mass Flux(/Flow)" in der Option "Mass Transfer" unter dem Reiter "Fluid Pair Models" sein oder ist es der "Interphase Tranfer", hier kann ich nur eine "Interface Len. Scale" eingeben (steht schon auf 1mm)?

>>Warum solches Interesse an dieser Unterscheidung?
Angenommen Du hast in einem Zustand der Schwerelosigkeit eine Blase von Helium eingehüllt von atmosphärischer Luft: Wie hoch ist die anfängliche Diffusionsgeschwindigkeit? Und wie hoch ist die Strömungsgeschwindigkeit in Deinem Versuch?

Für die translatorische Geschwindigkeit ist das sicher recht irrelevant, wobei ich mir bei Helium da auch nicht unbedingt so sicher bin, in einer Membran kann man immerhin mit >1000 m/s rechnen.

Mich interessiert jedoch in erster Linie nicht die Geschwindigkeit des Heliums an der Düse, sondern wie sich das Helium und die Luft vermischen bzw. wie viel Helium ich brauche um die Luft dauerhaft zu verdrängen.
Also Gedanken-Experiment: Ich habe einen hängende Glocke in die ich Helium einfülle. In der Folge der Gravitation von der Erde wird das Helium nach oben steigen wollen, wird jedoch durch die Glocke daran gehindert.
Zum Zeitpunkt t=0 ist die Glocke mit 100%ig reinem Helium zu 100% gefüllt (keine Start-Flüsse, Strömungen o.ä.).
Nun läuft die Zeit los: Das Helium wird sich an der Glockenöffnung in der Folge von Diffusion mit der Luft vermischen.
Nach einer gewissen Zeit ist die Glocke komplett leer an Helium, da V_He << V_Luft und sich daher das Helium in der Luft verliert. Wenn ich nun wüste, wie lange dieser Prozess dauert bis ein gewisser Prozentsatz des Heliums "verschwunden" ist, kann ich ganz primitiv gerechnet überschlagen, dass ich das Glockenvolumen pro dieser Zeit nachfüllen müsste (wirklich nur ganz ganz grob gerechnet).
In dem Moment wo ich einen kontinuierlichen Einstrom von Helium in die Glocke habe wird sich jedoch auch Helium durch Turbulenzen, Ausströmungen etc. mit der Luft vermischen und sich das System ganz anders verhalten.

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bsp.png

>>Das sollte dann der Wert "Interfluid Mass Flux(/Flow)" in der Option "Mass Transfer" unter dem Reiter "Fluid Pair Models" sein oder ist es der "Interphase Tranfer", hier kann ich nur eine "Interface Len. Scale" eingeben (steht schon auf 1mm)?

Nein meine den Tab "Fluid Models" bzw. "Fluid Specific Models", geht aber nur bei MultiComponent Fluids.

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Hmmm, das sieht bei mir doch etwas anders aus, diese Option hab ich gar nicht, nach Electromagnetic Modell ist bei mir Schluss, woran kann das liegen? An der Version?

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>>woran kann das liegen?

Wie schon geschrieben geht das nur mit Multicomponentfluids. D.h. du musst dir unter Materials ein passendes Fluid zusammenbasteln. Im einfachsten Fall halt eine Mischung aus N2, O2, He.

>>An der Version?
Nein!

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Hallo,

ich verstehe noch nicht wo und wie ich mir die Fluide zusammen basteln muss, damit ich die Eingabe-Möglichkeit der Diffusion bekomme.

Wenn ich unter den Materials wie auf dem Bild unten zusehen eine Mischung erzeuge und diese dann in meinem Modell verwende, bekomme ich genau die selben Optionen, wie zuvor bei der Fertigmischung, ohne Diffusion.

Bild:
http://abload.de/image.php?img=materialsw2ys9.png

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>>Bild:

Ungeeignetes Bild.
a) Bilder bitte an den Forenbeitrag anhängen. NICHT auf einen externen Server verweisen.
b) Du zeigst die Tabelle der Materialien.
Frank hat die Einstellmöglichkeiten bei der Definition einer Domäne gezeigt.
Hast Du der Domäne überhaupt das neu erstellte Gemisch zugewiesen?
Im Rätselraten sind "wir" hier nicht so gut...

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Rainer Schulze

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1.PNG 2.PNG

Hallo,

ja das mit den Bildern ist so eine Sache, das funktioniert hier nur nicht so richtig.
Ich versuche es mal so:

Bei mir sieht es so aus, hier erst mal einen Versuch ohne thermische Simulation.

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...so ich zitiere mich mal selbst:

"Nein meine den Tab "Fluid Models" bzw. "Fluid Specific Models", geht aber nur bei MultiComponent Fluids."

Da du die Multiphasen Sim verwendest solltest du mal den nicht dargestellten "Fluid Specific Models" Tab aufmachen und dort mal suchen!

Aus meiner Sicht übrigens sollte eine Multicomponent Sim für das Problem ausreichend sein.

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Also ich sag mal so:
Da ich nirgends eine Einstellung/Option entdecken kann, ob ich Multiphasen oder Multicomponent simulieren will, nehme ich an, dass sich diese aus den Randbedingungen heraus definieren.
Mir ist das erst mal egal welche von beiden Simulationsvarianten laufen, solange ich die Diffusion mitberücksichtigen kann.

Der "Fluid Specific Models" - Tab sieht bei mir so aus.

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bsp2.png

>>Da ich nirgends eine Einstellung/Option entdecken kann, ob ich Multiphasen oder Multicomponent simulieren will, nehme ich an, dass sich diese aus den Randbedingungen heraus definieren.

Vielleicht stimmt was nicht mit der Definition deiner Materialien. Bei mir würde das so aussehen:

Poste doch mal bitte die gesamte *.CCL.

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Hallo,

ich hab noch mal eine Weile hin und her geklickert, jetzt hab ich auch das Feld mit der Diffusion. Wahrscheinlich hatte ich die Materials auf "Fixed Comosition Mixture".
Jetzt habe ich aber zwei andere Probleme, ein Verständnis- und ein Eingabe-Problem.

Ich verstehe nicht welchen Wert man bei "Kinematic Diffusity" eingeben muss. Den Diffusionskoeffizienten? Aber bezogen worauf? Auf sich selbst oder auf Luft bezogen? Und von welche Temperatur? Die Referenztemperatur und Ansys berücksichtigt den Anstieg der Diffusion mit der Temperatur, oder muss ich vorher abschätzen wie warm das Gemisch wird und ich berechne den Diffusionskoeffizienten von dieser abgeschätzten Temperatur?
Wenn ich nun in die Multi Componente Luft (N2 und O2) eine nicht Multicomponente Helium eingebe, dann kann ich von Helium keinen Diffusionskoeffizienten angeben, also genau das was ich eigentlich will und was mich interessiert. Also gebe ich dem Helium noch einen zweiten Fluid bei, den ich aber auf einen Anteil = 0 setze. Das kommt mir irgendwie nicht ganz koscher vor. Wird da wirklich noch die Diffusion des Ersten Fluids in den Zweiten berechnet, oder nur die Diffusion der Komponenten aus dem Ersten in sich selbst und Zweiten in sich selbst?

Das zweite Problem ist, dass Ansys die Fehlermeldung ausgibt:
"In Analysis 'Flow Analysis 1' - Domain 'Default Domain Modified': One component must be defined as 'Constraint' for the multi-component fluid 'Fluid 1'."
Macht Sinn, nur wo stell ich das ein? Das sagt es mir nicht das gute Programm, wisst Ihr wo?

Ich würde gerne eine .ccl Datei hochladen, ich kann hier nur nichts hochladen. Ich bekomme da immer die Fehlermeldungen vom Server, das der Dateityp nicht zulässig ist "FILETYPE not allowed" (gleiche bei Bildern).

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>>Ich verstehe nicht welchen Wert man bei "Kinematic Diffusity" eingeben muss. Den Diffusionskoeffizienten? Aber bezogen worauf? Auf sich selbst oder auf Luft bezogen? Und von welche Temperatur? Die Referenztemperatur und Ansys berücksichtigt den Anstieg der Diffusion mit der Temperatur, oder muss ich vorher abschätzen wie warm das Gemisch wird und ich berechne den Diffusionskoeffizienten von dieser abgeschätzten Temperatur?

Hier würde ich auf die Onlinehilfe verweisen bzw. jemanden der sich richtig damit auskennt.

>>Wenn ich nun in die Multi Componente Luft (N2 und O2) eine nicht Multicomponente Helium eingebe...

Warum machst du es dann? Wie wäre es nur mit EINER Multikomponente N2, O2 & He.

>>Das sagt es mir nicht das gute Programm, wisst Ihr wo?

Du musst einer Komponente des Gemisches zuweisen das sie berechnet wird. Wenn du mal bei Option (da wo "Transport Equation" steht) klickst findest du den Punkt "Constraint". In deinen Fall würde ich N2 als Constraint laufen lassen und O2 & He vorgeben.

>>Ich würde gerne eine .ccl Datei hochladen, ich kann hier nur nichts hochladen. Ich bekomme da immer die Fehlermeldungen vom Server, das der Dateityp nicht zulässig ist "FILETYPE not allowed" (gleiche bei Bildern).

Hast du es mal als pdf, zip, oder .txt probiert?

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Hallo,

danke erst mal für die Hilfestellung, jetzt funktioniert es grundsätzlich. Sieht auch ganz gut aus.

Hier mal ein einfacher Test mit und Ohne Diffusion 

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