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Hallo liebe Forumgemeinde

Ich benutze nun Solidworks Flow Simulation schon über 10 Jahre. Ich bin kein Profi habe mir alles selbst beigebracht. Nun habe ich aber ein für mich unlösbares Problem, welches aber sicherlich einfach zu lösen ist, ich`s aber einfach nicht hinbekomme.

Also, momentan muss ich Simulationen mit free surface durchführen. Dies klappt alles wunderbar. Die Simulationen stimmen auch mit den realen Bauwerken überein.
Wenn ich einen Behälter habe, welcher mit Wasser gefüllt ist und seitlich zwei Abgänge verschiedener Dimensionen hat, muss ich ermitteln wie gross der Volumenstrom/Massenstrom in den jeweiligen Abgängen ist.
Die Rohre/Abgänge weisen keine Vollfüllung auf. Die Geschwindigkeitsverteilung in Rohren ist ja nicht homogen. In der Mitte fliesst Wasser schneller als am Randbereich, deshalb ist eine Berechnung des Volumenstrom über die Geschwindigkeit und Fläche nur sehr aufwendig möglich und ist dann immer noch sehr ungenau da nur interpoliert. Ausserdem ist es sehr zeitaufwendig die verschiedenen Flächen/Farben der Geschwindigkeit zu ermitteln. Das muss doch direkt in SW möglich sein.
Ist es nicht irgendwie möglich, dass mir Solidworks den Volumenstrom einer nicht voll gefüllten Leitung im freien Ausfluss ausgibt?
Denn ansonsten nütz mich dieses Simulationstool in diesem Bereich nichts. Wenn ich z.B. offene Gerinne für Regenwasser berechnen möchte, ist das Wichtigste wieviel Durchfluss in diesen Gerinnen möglich ist. Ich finde aber die Lösung nicht wie dies zu bewerkstelligen ist.

Ich hoffe jemand kann mir hier eine Lösung anbieten, denn google und Youtube helfen mir für einmal nicht weiter.

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wieso wird das Wasser abfliessen? Also wird dein Abfluß nur über den Höhenunterschied der Ausgänge zur Wasseroberkante definiert?

Was willst du denn darstellen und warum?

herzlich Sascha

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Ist das Rohr nciht voll gefüllt, weil der Einlauf zu kantig ist,
oder weil der Wasserspiegel nicht bis oben geht ? 

Das mit der offenen Rinne ist dann aber ein ganz anderes Thema. 

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Klaus

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Auslauf.jpg SeiherGeschwindigkeitLocher1.jpg

Guten Morgen

@freierfall: Es fliesst ab weil es eine free surface simulation ist. Es handelt sich um einen Offenen Behälter. Dieser läuft einfach aus. Wir bauen Reservoirs und Quellwasserfassungen. Wenn bei einer Quelle z.B. 1500 Ltr./min in das Bauwerk einströmen muss ich wissen ob der Ablauf diese Menge auch noch abführen kann. Das spielt jetzt bei kleinen Ertragsmengen wie 60-800 ltr/min nicht so eine Rolle. Aber ab und zu haben wir Quellen die 6000Ltr./min also 100 Ltr./sec bringen. Kommt trübes Wasser, muss dieses verworfen werden, sprich es muss über einen separaten Verwurfauslauf in einen Vorfluter (Fluss/Bach) geleitet werden. Der Auslauf ist mit einem Seiher ausgestattet damit keine Grobstoffe in das Reservoir gelangen. Ein Seiher ist ein Grobes Sieb. Dies bremst den Abfluss deshalb gibt es keine Vollfüllung. Deshalb muss ich ermittel wie hoch dieser Volumenstrom ist. Damit wir wissen ob im Falle eines Verwurfs auch die gesamte Menge abläuft. Und ja ich könnte einfach das ganze Bauwerk inklusive Einlauf mit 6000Ltr/min. Simulieren. Dann würde ich sehen ob dieser Verwurf die Menge abführen kann. Aber das ganze ist etwas komplizierter und würde hier zu lange dauern alles zu erklären. Ich muss es mit free surface simulieren und ohne den Einlauf. einfach ein offener Behälter. Auch würde die Simulationszeit für das ganze Bauwerk mit Einlauf viel zu lange dauern. und ich habe zwei 32 Kern workstations. Denn nur das mir der Seiher genügen aufgelöst wird benötige ich schon 1,5 Mio Zellen. 
@N.Lesch: Das Rohr ist aufgrund dieses Seihers also eine Art künstliche Verengung nicht vollgefüllt. Offene Rinnen habe ich auch schon simuliert. An sich kein grosser unterschied zu einem freien Auslauf in einem Rohr. Aber auch da kann ich den Volumenstrom nicht ermitteln.

Die einzige Möglichkeit den Volumenstrom zu ermitteln ist folgender. Ich importiere eine Schnittdarstellung des Gerinnes/Rohres mit der Geschwindigkeit in ein CAD. Da zeichne ich die Flächen der verschiedenen Farben und somit Geschwindigkeiten nach. Dann ermittle ich diese Flächen, dann Geschwindigkeit mal Fläche somit komme ich auf den Volumenstrom
Dieses Vorgehen ist aber extrem Zeitintensiv. Rein theoretisch ist das für ein CAD ein Klax, wäre diese Funktion einprogrammiert. Meine Frage deshalb, gibt es diese Funktion oder die Möglichkeit den Volumenstrom auszugeben.

Wenn nicht ist die Freiflächensimulation in Solidworks für mich Sinnfrei, unbrauchbar. Resp. ich kann visualisieren wie das Abflussverhalten ist, ob das Wasser in einem Gerinne überschiesst usw. Somit sind die Ergebnisse nur quantitativ und nicht qualitativ

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Der Volumenstrom ist nur ein Integral der Geschwindigkeit, also eine Flächenberechnung, das sollte auch SWX schaffen. Ansonsten ist das in Hand umdrehen mit Excel und co. gemacht.
Kann man heute immer noch keine Inflation Layers mit SWX machen? Das Netz der Rohrströmung im Bild verstößt gegen jede Grundregel der CFD, keine ausreichende Grenzschichtauflösung.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 29. Jun. 2023 editiert.]

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Bitte hier keine Grundsatzdiskussionen und Belehrungen über FEM und Simulationen. Jede Software hat ihre eigene Theorie. SWX Simulation ist kein Ansys, aber es wird oft und erfolgreich verwendet. Daß die Ergebnisse plausibel sind und auch funktionieren ist bekannt.
Der Fragesteller hat ein konkretes Problem mit der Ausgabe der Ergebnisse. 

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Klaus

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Zitat:

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Original erstellt von N.Lesch:
Bitte hier keine Grundsatzdiskussionen und Belehrungen über FEM und Simulationen. Jede Software hat ihre eigene Theorie. SWX Simulation ist kein Ansys, aber es wird oft und erfolgreich verwendet. Daß die Ergebnisse plausibel sind und auch funktionieren ist bekannt.

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Diese Aussage ist so nicht richtig, denn die Theorie ist stets die gleiche. SWX verwendet keine anderen Turbulenzmodelle als die anderen CFD Software und auch bei SWX ist die Auflösung der Grenzschicht wichtig. Nicht umsonsonst rät der Support von SWX auch hier die boundary stets fein aufzulösen.

Zu den plausibeln Ergebnissen. Also für mich sieht die Massenkonzentration der VOF Simulation sehr suspekt aus, die auch noch gegen das Prinzip von Archimedes verstößt. Ich habe noch nie einen auströmenden Behälter nach Bernoulli gesehen wo am tieferen Punkt des auströmenden Rohres sich Luft ansammeln kann, wie man anhand den Bildern erkennen kann. Da der gesammte Querschnitt des Auslassrohres stets tiefer als die Wasserlinie ist, besteht hier ein Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck . Es kann also keine Luft von außen eindringen und die Luft im Behälter sammelt sich stets am höchsten Punkt. So das der Querschnitt des ausströmenden Wasser immer den Innenquerschnitt des Rohres entspricht, wie man anhand von Beobachtung aus der praktischen Anwendung erkennt.

Die eigentliche Frage wurde beantwortet. In SWX kann man durchaus user definierte crossektion erstellen und sich hier den Volumenstrom ausgeben lassen.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 30. Jun. 2023 editiert.]

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Hi Duke711

Danke für deine Antwort. Nur leider ist diese nicht ganz aussagekräftig. Kannst du vielleicht erklären wie man solche crosssektionen erstellt und wie man sich dann den Volumenstrom anzeigen lässt? Bei voll gefüllten Rohren geht das. Auch wenn ich Deckel auf die Rohre mache und z.B. am Einlass einen Überdruck angebe. Dann weisst das Rohr eine Vollfüllung auf und ich kann mir den Volumenstrom angeben lassen. Ich wäre froh wenn du das für teilgefüllte Rohre im free surface modus kurz erklären könntest..

Gehört hier eigentlich nicht zur Fragestellung, aber verliere trotzdem kurz einige Gedanken darüber. Ich arbeite nun seit über 25 Jahren in der Haustechnik Sanitär Heizung Lüftung, als Monteuer hin bis Ingenieur. Auch arbeite ich schon seit 20 Jahren im Bereich des Wasserbaus, Reservoir usw. Und ich kann dir versichern das ein Auslauf mit Seiher niemals eine Vollfüllung aufweisst. Da kann auch Archimedes und Bernoulli die Physik nicht verdrehen.    Ein Rohr unter diesen Auslaufbedingungen erreicht im Schnitt eine Füllung von 70%. Dies sagen einschlägige Fachliteraturen der Fluiddynamik und unsere Schweizer Normen betreffend Wasserbau.
Ich kann dir also versichern, dass die Simulation, welche ich erstellt habe sehr genau mit der Realität übereinstimmt. Klar wäre es noch genauer würde ich die Grenzschicht verfeinern, dass ist mir auch klar. Ich kenne mich sehr gut aus mit Fluiddynamik. Aber um noch mal 5% mehr Genauigkeit rauszuholen 600% länger Rechenleistung in kauf zu nehmen steht hier in keinem Verhältnis. Wenn ich 6000Ltr./min weg bringen muss und ich bei der Simulation 6500Ltr./min rausbekomme reicht diese Genauigkeit aus. 

In diesem Sinne nochmals danke für deine Antwort, und ich wäre froh wenn du mir diese Crosssection Geschicht kurz erklären könntest oder mir sagst wo ich dazu tutorials finde. 

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Hier gibt es eine Anleitung:

https://www.cfd-online.com/Forums/floefd-floworks-flotherm/150060-averaging-velocity-field-sw-flow-simulation.html

Anstatt averaging-velocity-field dann eben integration-velocity-field, wenn SWX die Funktion des Volumenstromes nicht so einfach ausgeben kann.

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HochauflosendesNetz.jpg Normalesnetz.jpg Fluss.jpg

Hallo

Hier zum Abschluss noch ein kleiner Selbstversuch

Betreffend der Grenzschichtauflösung diese ist für Gerinne und freie grosse Ausläufe zu vernachlässigen. Für kleine Querschnitte und kompliziert Ventilgeometrien auf jedenfall ein muss, da gebe ich Duke vollkommen recht.
Ich habe einen Testbehälter erstellt, welchen ich von unten mit 1 Ltr./sec. befülle. dann läuft das Wasser einfach über eine Rinne ins Freie.
Das Ergebnis seht Ihr in den Bildern. Die Abweichung ist sehr klein. Deshalb ist bei solchen Geometrien eine hohe Grenzschichtauflösung nicht zwingend notwendig. Erhöht nur unnötiger Weise die Rechenzeit.

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Bauteil.jpg Punktparameter.jpg Startbedingungen.jpg

Hier noch einige Bilder des Versuchs

Vorgehen
Nach Abschluss der Simulation einfach ein Schnitt durch die Rinne oder das Ablaufrohr erstellen mit dem Massenanteil an Wasser. Dann ein neues Bauteil direkt in der Baugruppe generieren und den roten bis maximal orangen Bereich des Masseanteilschnittes nachzeichnen. Dann einen Punktparameter mit Geschwindigkeit auf die Fläche des Bauteils einfügen. Ich habe 10000 Punkte generiert und diese in Excel exportiert. In Excel alle Geschwindigkeiten zusammenzählen und durch die Anzahl Punkte dividieren (Achtung!!! Ich habe 10000 Punkte generiert in Solidworks es wurden aber 10035 Punkte exportiert. Also die Anzahl in Excel abgreifen) ergibt die Durchschnittliche Geschwindigkeit im Gerinne oder Ablaufrohr. Dann über die Fläche und Geschwindigkeit den Volumenstrom berechnen. Voila... und fertig ist 

Warum nur den roten - orangen Bereich nachzeichnen? Das seht Ihr im Bild. Ich habe den Behälter genau bis zur überlaufkannte "vorbefüllt" wenn die Simulation dann startet ist die Wasseroberfläche aber höher. Wieso und weshalb, hab ich keine Ahnung. Entweder da ist Wasser oder da ist kein Wasser. Bei Wasser gibt es keinen Übergang von rot zu blau wo es dann 50 oder 30% Wasser hat. Item
Ich habe schon unzählige Wasserbauwerke im CAD nachsimuliert und mit der realität verglichen. die realität wird bei der roten - orangen Schicht erreicht. Alle anderen Farben sind kein Wasser mehr. Dies zeigt ja auch die Auswertung in Excel. Nehme ich nur die rote Schicht erhalte ich ein ziemlich akurates Ergebnis.

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Ja die Rechenzeit ist von SWX ein Problem und wie zu sehen ist, wird sich das wohl auch nie ändern. Ca. um den Faktor 8 - 9 langsamer.

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SiemensFlowEFD.jpg

Hallo Duke

Ok das ist interessant.
In SWX ist ja einfach FlowEFD von, mittlerweile Siemens integriert.
Die Software wird ja in verschiedenste CAD`s integriert / aufgesetzt.

Kannst du mir sagen, in welcher Software es den 8x schneller ist?

SolidEdge, Creo, NX oder Catia?
Ich nehme mal an in NX  da dieses ja auch von Siemens ist. Das wäre dann aber für mich leider unerschwinglich 

Oder gibts FlowEFD auch als stand alone und ist es nur dann schneller?

Auf der Seite von Siemens wird SWX nicht mal erwähnt???

Denn ich dachte mir schon wie das denn gehen soll wenn ich mal ein richtiges Problem lösen soll oder etwas neues entwickeln müsste. Dann muss ich ja das Netz feiner stellen. Aber wenn ich dann immer 500h benötige für einen Durchgang... das geht ja nicht.
Und ich würde sagen ich habe eine wirklich schnelle CPU AMD Ryzen 9 5950X der läuft mit 5 GHz auf 16 Kerne / 32 threads oder ist das zu langsam?
Ich habe mal gelesen, dass viel mehr Kerne (32 +) gar nicht mehr viel bringt und das die Taktfrequenz wichtiger sei. Ist das immer noch so? 

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Hallo, verglichen mit Solidworks Flow Simulation mag es eine aufwändigere Lernkurve haben, dafür ist es umsonst und ich kann bestätigen es ist um Größenordnungen schneller: OpenFOAM. Bei uns im Industriebetrieb hat es nach 7 Jahren der Arbeit von 2010 an mit zwei Solidworks Flow Simulation ab 2017 vollständig ersetzt.
Ich möchte nichts anderes mehr. Zum Vernetzen setzen wir blockMesh/snappyHexMesh (beides OpenFOAM Boardmittel) und Ansys CFD PrepPost ein.

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Wie bereits erwähnt z.B. OpenFoam, aber auch Star-CCM+, Fleunt etc. OpenFoam ist sogar kostenlos. Nach meinen Vergleich damals mit der Version 2020 um den Faktor 8 gegenüber Fluent. Es handelt sich bei deinem Beispiel zwar um eine VOF Simulation, aber 4,7 Millionen Zellen sind nicht viel und 72 h dafür sehr lange. Das war auch meine Erfahrung. Jenseits von 4 Millionen Zellen dauert SWX mehrere Stunden und skaliert auch sehr schlecht mit der Core Anzahl. Zum Vergleich ist ein 30 Millionen Netz mit Energietherm in Fluent bei 16 Kernen (was nicht viel ist) schon in 4 h gelöst. Dafür benötigt Solidworks bei einer stationären Simulation mit nur 4 Millionen rund 4 h. Und bis 50.000 Kernen skaliert Fluent auch noch linear. Das wird bei OpenFoam ähnlich sein, denn es wird sehr oft auf Supercomputer angewandt.

SWX mag zwar von der Handhabung einfacher sein, ist aber in der praktischen Anwendung unwirtschaftlich, denn Zeit ist Geld.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 14. Jul. 2023 editiert.]

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