Zusammenspiel von interFoam/interIsoFoam, Gitterauflösung, Wandfunktion nutkRoughWallFunction und Yplus (y+) für realistische Geschwindigkeit
Liebes Forum:
Meine Aufgabe besteht darin, Regenwasser auf Äckerflächen mit unterschiedlicher Bodenrauigkeit (je nach Bearbeitung) auf Hängen abfließen zu lassen. Dazu hätte ich mehrere Fragen an das Forum!
Ich habe mir für die Aufgabe eine Modelldomäne gebaut mit einer Rampenfläche von 4m Breite und (projiziert auf die Grundfläche) 10 m Länge, also ca. 40 qm. Seitlich habe ich niedrige Stufen eingebaut, sodaß das Wasser wirklich komplett die Rampe hinab fließt. Die Neigung der Rampe beträgt 2, 5 oder 10%, als Standardfall rechne ich mit 5 %. Das patch „leftoben_mitte“ am oberen Rand der Rampe habe ich als inlet definiert, hier lasse ich pro Sekunde 0,00012 Kubikmeter Wasser zufließen. Rechnet man das auf 40 qm um, so entspricht dies einem kräftigen Regen von knapp 11 mm pro Stunde (oder äquivalent 11 Liter pro qm und Stunde).
Einen Beispielfall habe ich angehängt.
1. Frage: Wären die Randbedingungen und die Konfiguration soweit in Ordnung?
Als Gleichungslöser benutze ich sowohl interFoam (OF-8, openfoam.org) als auch interIsoFoam (OF-v2106, openfoam.com), jeweils RAS und Turbulenzmodell k-epsilon. Den 3D-Ansatz benutze ich auch deshalb, weil in weiteren Schritten z.B. auch Abflußrinnen im Acker abgebildet werden sollen. Als Wandfunktion für den Boden und seine starke Rauheit nutze ich „nutkRoughWallFunction“. (Speziell zu diesem Thema habe ich auch einen Beitrag bei Luke92 im Forumsthema „Rauigkeiten“ verfaßt).
Mit welchen Unterschieden ist bei interIsoFoam mit seinem Algorithmus „isoAdvector“ zu rechnen? Im Tutorium für weirOverflow ist mit interIsoFoam trotz k-epsilon-Modell die Turbulenz beim Fluß fast gar nicht vorhanden, ganz anders als die ausgeprägte Turbulenz mit interFoam.
2. Frage: Was bedeutet das allgemein für das Zusammenspiel mit Wandfunktionen wie nutkRoughWallFunction?
Ich habe zur Anschauung – wie gesagt – einen Beispielfall (Variante 1) angehängt. InterFoam mit nutkRoughWallFunction und Ks = 0,003 für den Boden. Diesen Fall habe ich für 200 Sek. laufen lassen, um eine ungefähre Stabilität des Wassergehaltes für den Block „bodenmitte“ zu erreichen, durch den das Wasser fließt (Stabilität stellte sich tatsächlich schon ab ca. 70 Sek. ein).
y+(water), was ich als postProcessing ausgewertet habe, beträgt hier: y+ = 94 (Durchschnitt).
In Variante 2 habe ich genau die selbe Konfiguration genommen, diesmal aber mit Ks = 0,3 (also sehr rauh), sonst aber alles unverändert. Für die Erreichung eines ungefähren Stabilitätszustandes im Wassergehalt waren nun 2700 Sek. nötig.
y+(water) beträgt hier: y+ = 173 (Durchschnitt).
In Variante 3 habe ich abermals Variante 1 als Vorlage genommen, Ks bei 0,003 belassen, aber diesmal den Löser interIsoFoam verwendet. Die Laufzeit betrug hier, wie bei Variante 1, 200 Sekunden.
y+(water) liegt hier bei: y+ = 39 (Durchschnitt).
Zur Bewertung habe ich nun auch die Forumsdiskussion zu y+ gelesen mit den Antworten von RevolutionZero und Shor-ty/Tobi:
https://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum527/HTML/000953.shtml
3. Frage: Gelten diese Empfehlungen zu y+ (bei k-epsilon-Turbulenzmodell) auch bei Multiphasenlösern nach der VOF-Methode wie interFoam und interIsoFoam?
4. Frage und Hauptfrage: wann kann ich von Abfluß- oder Durchflußgeschwindigkeiten des Wassers ausgehen, die jedenfalls ziemlich nahe an der Realität sind? Sobald y+ zwischen 60 und 100 liegt, was Shor-ty als „super“ bezeichnet?
Hinweise zu meinen 4 Fragen wären großartig!
Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP
Foren auf CAD.de (alle Foren)
| 
