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Ein fröhliches HALLO an alle !

Ich habe hier eine (ich hoffe nicht allzu blöde) Frage zu einer Ströungssimulation.

Um mich in das Thema ein wenig einzuarbeiten, habe ich schon diverse Tutorials nachfollzogen. Hat soweit auch alles prima funktioniert.

Jetzt wollte ich ein "eigenes", wie ich dachte einfaches Problem rechnen. Ein Rohrstück mit einer Querschnittsverengung, welches mit Luft durchströmt wird. Als Randbedingung habe ich eine Druckdifferenz von 10 bar angegeben. Die Strömung habe ich als turbulent, kompressible definiert. Als Anfangsbedingung am Eingang habe ich v=0 definiert.

Jetzt hatte ich mir überlegt, daß ich im engsten Querschnitt Mach1 erhalten müßte und dahinter (je nach Form der Querschnittsverengung) einen Verdichtungsstoß.

Das Problem ist jedoch, daß ich überall Überschallströmung erhalte.

Für einen Tipp, was ich hier prinzipiell falsch mache (oder für eine generelle Vorgehensweise), währe ich euch sehr dankbar. (oder vielleicht ein Tutorial ??)

Ich hoffe die, die Frage ist nicht sooo trivial, daß ich Euch damit beleidige 

THX und CU
Stephan

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Hallo Stephan,

Dein Rohrstück ist eine Lavaldüse. Aerodynamisch dort herscht eine adiabatische Strömung:
-Anfangzustand (notiert 1): Druck p1, Densität ro1,Teperatur T1, Geschwindigkeit v1 = 0, Schallgeschw. a;
-Laufend-, oder Endzustand notiert 2.
Du kannst Machzahl so berechnen:
Ma2 = v2/a2 wo:
v2 = ZweiteWurzel von(2*0.4*p1*(1/ro1)*(1-(p2/p1)(Hoch 0.4))+v1)
und
a2 = ZweiteWurzel von(1.4*287*T2).
So kannst Du die Function Ma(p2) in jede Quierschnitt bestimmen, wenn du p2 kennst.

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Hallo Stephan,

so richtig verstehe ich Dein Problem nicht. Wenn Du als Eintritt v=0 definiert hast, hast Du doch nicht überall eine Überschallströmung vorliegen. Zumindest dort ist doch dann die lokale Machzahl auch "0". 10 bar Druckdifferenz ist auch schon ein strammer Druck, das kritische Druckverhältnis für Luft beträgt 0,528, d.h. wenn Luft aus einem Behälter mit mehr als 1,89 bar absolut aus einer konvergent zulaufenden Düse gegen die Umgebung (1 bar) expandiert, kann der Druck schon nicht mehr in der Düse abgebaut werden, sondern es bilden sich Verdichtungsstöße im Düsenaustritt.
Mehr Infos: http://www.dhcae.de/SER_CFD_EXP3.htm
Bei einer konvergent/divergent laufenden Düse (Lavaldüse oder lavalartigen Düse), muß die Düsenkontur einen bestimmten Querschnittsverlauf haben, damit nach dem konvergent zulaufenden Berich (Unterschall) eine stabile Überschallströmung entsteht.
So ein Problem zu berechnen ist nicht trival, gerade kompressible (und dann noch turbulente) Strömungen mit Verdichtungsstößen berechnet man i.d.R. nicht mal eben so. Häufig sind hier auch spezielle Solververfahren (ich weiß nicht, was für einen CFD-Solver Du einsetzt) notwendig, da bei kompressiblen Strömungen vereinfacht gesagt ein anderer Diffentialgleichungstyp auftritt, als bei der inkompressiblen Betrachtung (Ma<0.3). Weiterhin sind bei Verdichtungsstößen i.d.R. auch adaptive Gitterverfahren erforderlich, da sich die Stöße in lateralen Abmessungen vollziehen, die der freien Weglänge von Molekülen entsprechen. Somit muss man das Gitter einige Male z.B. nach Druckgradienten adaptieren, um die Stöße aufzulösen.

Hoffe das hilft.

Gruss

U. Heck 

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Dr.-Ing. Ulrich Heck
ulrich_heck@dhcae.de
http://www.dhcae.de

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A.jpg B.jpg

Hallo und vielen Dank Euch beiden für die schnelle Antwort !

Da scheint dieses Problem ja doch nicht soo trivial zu sein, wie ich erst dachte. (Vielleicht ist dies auch der Grund, warum in den bisherigen Tut. eher kleine Druckunterschiede/Geschw. vorgekommen sind ...)

s. Anhang A:

Mein ferneres Ziel ist den Druckunterschied zwischen der oberen/unteren Kammer während des Öffnen des Ventils zu bestimmen.

s. Anhang B:

Daher hatte ich mir gedacht, fang ich mal etwas einfacher an. Mein erstes Ziel ist, die Druck- (Geschw.) Verteilung in diesem "Rohrstück" zu bestimmen. Dazu hatte ich mir überlegt, daß in 1+3 subsonische Strömung und in 2 (mit dem engsten Querschnitt) gerade M=1 vorliegen müßte. Ärgerlicherweise bekomme ich in 1+2+3 Machzahlen von weit über 1.

Naja ... da es hier keinen Tipp wie ***du mußt nur das einstellen *** zu geben scheint ... werd ich mich mal weiter auf die Suche nach Bsp. begeben ...(um gotteswillen .. oder nochmal meine strömi-bücher rausholen ??..  )

Das soll natürlich nicht heißen, daß ich mich über weiter Tipps nicht freuen würde 

Nochmal THX .. und CU

Stephan

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Hallo Stephan,

hast Du denn am Eintritt zu "1" eine Geschwindigkeit vorgegeben?
Im Prinzip hast Du recht, mit Deiner Erwartung, im engsten Querschnitt sollte sich Ma=1 einstellen (Bereich 2), wobei sich aber glaub'ich ein Druck von 0.528*p0= 5,28 bar dort ergeben sollte. Die restliche Expansion von 5.28 auf Umgebung müßte in Deinem Bereich "3" als Expansionsfächer stattfinden (Prandtl-Meyer-Expansion), wobei diese Expansionwellen meist irgendwo reflektieren und dan Kompressionswellen bilden, die je nach Intensität zu Verdichtungsstößen zusammenlaufen können. Hier kann dan lokal auch Überschall auftreten. Wenn Du kein Tutorial bei Deinem Solver findest, wo solche Stoßvorgänge berechnet werden, ist kritisch zu überprüfen, ob Dein Programm das kann. Ich habe es  mit CFX damals (ca.6 Jahre her !) probiert, das hat nicht funktioniert. Damals war Rampant das einzige Programm, das für solche Berechnungen ausgelegt war. Rampant ist jetzt der gekoppelte Solver in Fluent, wenn Du also versuchst das Problem mit Fluent zu berechnen, unbedingt den gekoppeten Solver wählen.

Gruss

Ulrich

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Dr.-Ing. Ulrich Heck
ulrich_heck@dhcae.de
http://www.dhcae.de

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