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Autor Thema:  CFD: Problem mit Randbedingungen bei kompressibler Strömung (2053 mal gelesen)
StevenDeere
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4.PNG

 
Hallo,
Ich arbeite beruflich mit Solidworks Flow Simulation. Normalerweise habe ich eher mit Simulation von Flüssigkeitsströmungen zu tun, muss aber jetzt eine Simulation mit Luft, also einem kompressiblen Medium, durchführen.
Leider kann ich nicht alles hochladen, weil es wie gesagt beruflich ist. Ich habe aber trotzdem ein paar "zensierte Screenshots" um das Problem zu verdeutlichen.

Ziel der Simulation ist die Ermittlung des Differenzdrucks über einer Geometrie mit einer Querschnittsverengung. Die Querschnittsverengung sieht aus wie auf den Screenshots Nr 1. Bild Nr. 2 zeigt die gesamte Geometrie.
Es gibt generell den Fall dass die Luft von unten nach oben strömt (Ausgang ist hier an der Stirnfläche definiert) oder umgekehrt, wobei die obere Seite aber immer mit der Atmosphäre verbunden ist. Probleme bereitet eigentlich aber nur der Ausströmfall, also Strömung nach oben, deswegen gehe ich auch nur darauf ein. Was auf den Bildern nicht zu sehen ist: Untendrunter befindet sich ein Zylinderförmiger Tank. Die Randbedingung ist hier auf einer Fläche definiert.

Bild Nr.3 zeigt meinen ersten Ansatz. Hier habe ich oben als Randbedingung den Umgebungsdruck angegeben und unten den Volumenstromeintritt von 6666 l/min. Hierbei war es so, dass der Differenzdruck mit laufender Rechenzeit einfach linear in die Höhe ging. Im Solver habe ich mir bei der Zieldarstellung den Verlauf des mittleren Drucks anzeigen lassen, da war das schön zu erkennen. Bei dem Bild habe ich jetzt nicht besonders lange simuliert, aber nach einer Zeit scheint sich eine Strömung einzustellen, bei der das Lochblech als Lavaldüse funktioniert. Im engsten Querschnitt liegt die Geschwindigkeit dann irgendwo bei  etwas über 200 m/s und darüber wird sie nochmal höher. Der Screenshot lässt das ein bischen erahnen, auch wenn es hier noch nicht so weit ist.

Daher habe ich dann die Randbedingungen anders gesetzt. Ich habe oben den Austritt mit einem Volumenstrom von 6666 l/min gesetzt und unten einen konstanten Druck von 1,4 bar. Hier stoppt der Solver auch selbstständig nach einer gewissen Zeit.

Mich würde nun zunächst mal interessieren, wer schon ähnliche Erfahrungen mit Solidworks Flow Simulation gemacht hat? Gibt es bestimmte "Regeln" wie man die Randbedingungen setzen muss?

[Diese Nachricht wurde von StevenDeere am 14. Dez. 2016 editiert.]

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StevenDeere
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erstellt am: 14. Dez. 2016 08:44    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


1.PNG


2.PNG


3.PNG

 
Hier noch die restlichen Screenshots...

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freierfall
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erstellt am: 14. Dez. 2016 09:41    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für StevenDeere 10 Unities + Antwort hilfreich

- ok ich habe es so verstanden, dass du ein geschlossenes System hast, wenn du da immer 6666l/min reinpumpst, dann steigt die Druckdifferenz natürlich an und die Berechnung wird nicht stoppen, warum auch.

- wenn man kompressible Gase verwendet, muss man noch die Machzahl im Auge behalten und die entsprechende Strömmungsart einstellen.

---

Leider berechne ich solche Sachen nicht, deswegen Null Erfahrung. Ich würde den Differenzdruck auch über einen Volumenstrom plus Druckangabe machen. Wenn es ein geschlossenes System ist, dann arbeitet man anscheinend mit de Randbedingungen Druck/ Statischer Druck und Totaldruck. Mehr weiß ich leider auch nicht. 

herzlich Sascha

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StevenDeere
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Austrittsflache.PNG

 
Hi,
Nein ich Pumpe nicht in ein geschlossenes System. Die obere Stirnfläche ist jeweils die Austrittsfläche.
Ich hab mal noch ein Bild angehängt.
Der Unterschied zwischen den beiden Simulationen ist halt, dass ich im einen Fall an der gezeigten Fläche einen Austritt auf Umgebungsdruck angebe und im anderen Fall einen Volumenstromaustritt von 6666 l/min und sich der Druck dann von selbst einstellt.

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StevenDeere
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StromungMachzahl.PNG

 
So,
Ich habe jetzt eben die fehlerhafte Berechnung nochmal ein bischen weiterrechnen lassen. Das angehängte Bild zeigt jetzt mal die Machzahl. Der Differenzdruck ist hier jetzt ein bischen über 2 bar, steigt aber wie gesagt mit zunehmender Zahl der Iterationen linear an. Mit der verdrehten Randbedingungen hat sich der Differenzdruck ja relativ schnell auf 0,4 bar eingependelt und von den Strömungsgeschwindigkeiten ist man überall im Unterschallbereich.

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freierfall
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kannst du mir einen Gefallen tun, grob ein ähnliches Modell aber nur damit man es als 2D Variante durchrechnen lassen kann. Das geht schneller und ich kann mal ein wenig schauen.

---

- Machen wir es mal der Reihe nach, wie genau ist dein Netz?
- Welche Version verwendest du? Denn die 2017 hat bei engen Kanälen eine schöne Verbesserung.
- Verwendest du Zellenverfeinerung / Zellstufen? Welche Einstellung hast du da? Oder anders gefragt wieviele Zellen hast du an den engsten Stellen?

ich melde mich wenn ich wieder Zeit habe. herzlich Sascha

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