Граничные условия

[Egorov M.M. 0]

Обсуждение вопросов по граничным условиям задачи...

Изменено 15 января 2004 пользователем Egorov M.M.

[takedo 1]

Уважаемый М.М. Егоров!

Прошу Вас, объясните мне вот что:

В другом топике(модели турбулентности), вы привели решение. Однако, из него видно, что до выходных граничных условий должны дойти вихри. Это значит, что на месте граничных условий "выход" будет иметь место "подсос". А это в свою очередь предполагает применение дополнительных условий, ведь скорости дозвуковые, и возмущение от этого некорректного граничного условия выхода должно пойти "вверх" по потоку, и соответственно, как то повлиять на поток?

C уважением,

takedo

[Miki 3]

уважаемый takedo,

я конечно не Егоров М.М. :)

но и мне интересно,

а что вы имеете ввиду под словом подсос ?

и чем по вашей версии он обусловлен ?

навязанным на выходе расходом (скоростью) ?

на выходе вообще то задано давление, а на входе скорость

[takedo 1]

В том то и дело, что на выходе задано давление. Но! на выходе должен быть именно выход, если вектор скорости на выходе направлен внутрь расчетной области, то обычно, такое граниченое условие НЕ РАБОТАЕТ. Например в CFX автоматом в процессе расчета выставляется граничное условие стенка в местах, где на выходе при решении получается вход. Если в CFD не предпринимаются меры по этому поводу, то обычно, такое граничное условие является причиной "развала" задачи. Если уж не развала, то по крайней мере о сходимости нет речи. Такая ситуация возникает в случае, если до выхода доходит вихрь. Вот собственно откуда, по моей версии и "подсос".

С Уважением,

takedo

[takedo 1]

вообще - то, на таком выходе можно добавить дополнительное условие, например, плотность или температуру, тогда получше считает...

[Miki 3]

а ну теперь понятно

вообще в CFX есть два типа выхода

Outlet - это когда задано давление и ветора скорости направлены наружу,

тогда происходит то, что вы и описали и тогда конечно будет подсос,

если вообще задача сойдется

и Opening - когда задается только давление, а вектора как хотят так и располагаются.

не знаю как у Максима, у меня в модели задан тип opening

[takedo 1]

Уважаемый Miki,

Какие у Вас получились результаты?

Может быть так же как Егоров положите картинку? Вообще, интересно посмотреть не только на скорость и давление, но и на энтропийную функцию...

[Miki 3]

к сожалению на данный момент основная работа несколько сдерживает

мои стремления решить задачу

говоря проще никак не сделаю сетку с нормальными Y+,

сделаю, посчитаю, выложу результаты

но вряд ли раньше следующей недели :(

[caepavel 0]

Добрый день коллеги,

С интересом читаю эту тему, только пока нет никакого информационного результата. Предлагаю свою посильную лепту. Если будет время, а пока оно есть, для этой задачи, могу сделать сетку. Сетку могу выложить в любых форматах: Star-CD, CFX или Fluent.

При большом желании можно и в других форматах, а при очень большом можно и фильтр написать для экзотического варианта. Вопрос не в том, вопрос в том сколько и каких сеток нужно для тестирования.

Сразу скажу, что CFD для меня не основная тема, моя тема прочность. Но приходится моделировать очень много сеток и зачастую иногда сложных для «гидриков». Поэтому хотелось бы иметь, первое, четко поставленную задачу, чего сейчас нет. А именно для гексаэдрической сетки:

- Основной размер элементов;

- Области сгущения и размер элементов в областях сгущения;

- Определение поверхностей с моделированием пог. слоя.;

- Размер и количество слоев элементов пог. слоя;

- Степень разрежения от погран слоя в основную массу.

Потом, мне приходилось тестировадля для своих задачь ANSYS как это не смешно.

Но, на самом деле не ANSYS, а методику решения. Здесь проверка ANSYS заключалась на самом деле только в том, как он себя ведет в случае если расчетная область построена не совсем корректно:

-зависимость перемещений, от количества элементов по толщине;

- зависимость решения от некачественных элементов в интересных областях (большие градиенты величин)

- и т.п.

Поэтому я глубоко убежден, что на качественной (эталонной) сетке решение может быть получено одинаково хорошо на всех пакетах и оно нужно для нас для получения полной картины решения расчетной области. На этом первом этапе на всех 3 пакетах (3 специалистам) нужно настроить математическую модель или ее протестировать. А уже следующий этап это этап тестирования решателей т.е получение решение на сетках далеких от идеала:

- сетки на основе тетраэдров;

- сетки с наличием призматических элементов;

- сетки с наличием элементов плохого качества;

- определение влияния структуры сетки на решение, для структурированной.

В качестве «быка» могу предложить рисунки сетки на «нашей» геометрии:

<noindex>http://www.caepavel.hotmail.ru/pict_cfd/001.gif</noindex>

выше показана общая структура

<noindex>http://www.caepavel.hotmail.ru/pict_cfd/002.gif</noindex>

выше показан вариант погр. слоя

Коллеги жду от вас комментариев и после выложу в свободном доступе. Опять же, все зависит от времени, свободного.

С уважением Павел Н.

[Egorov M.M. 0]

Takedo, очень правомерный и интересный вопрос Вы задали.

1. Оптимальным, с точки зрения простановки выходных граничных условий, является то вариант, когда они проставляются на достаточном удалении от исследуемой области (там где поток установился), дабы исключить влияние выходных ГУ на результаты расчета. В этом случае используется выходное ГУ – Outflow, т.е. свободный выход потока, которое означает, что вектор скорости направлен по внешней нормали (частная производная скорости по нормали равна нулю), и это должно соответствовать физике течения.

2. Когда 1 вариант невозможен или нецелесообразен с точки зрения вычислительных ресурсов, тогда выходные граничные условия проставляют там, где поток еще не установился, и в качестве их задают статическое давление, а также параметры турбулентности , например k-e (если подключено уравнение энергии, то и задается температура), которые используются в том случае, если часть выхода становится входом, но также в этом случае введеное нами статическое давление «становится» полным, соответственно баланс между статическим и динамическим давлениями рассчитывается комплексом. Такой подход позволяет не задавать явное значение граничных условий на выходе. Для такого варианта также используется комплексом нормальное направление потока, только теперь не только по внешней, но и по внутренней нормали.

P.S. второй вариант написал применительно к комплексу FLUENT, в качестве выходных граничных условий для внешних границ бака использовал вариант 2.

С уважением, Егоров М.М.

Изменено 22 января 2004 пользователем Egorov M.M.

[Egorov M.M. 0]

Павел:

Если вы подготовите сетки в трех в трех форматах Fluent, CFX, Star-CD, то пуду очень признателен…

Павел, ставлю задачу (для Вас – это постановка, а для нас - это часть расчетов :) )

Общие требования к гексаэдральной расчетной сетке для расчета по пристеночным функциям (y+~40):

Необходимо обеспечить:

- узлы ячеек в выходном сечении диффузора совпдают с узлами ячеек цилиндра, по соответствующей плоскости;

- плавный градиент изменения размеров ячеек по всем направлением во всем диффузоре, что позволит избежать численных ошибок в расчетах;

- при построении сетки, насколько это возможно, стремиться, чтобы ячейки стремились к форме куба или вытинутого паралеллипипеда с соотношение длины к сторонам не более 3-4;

- количество узлов в пограничном слое 5 (как для боковых так и для верхней и нижней стенок), размер первого пристеночного слоя ячеек 1 мм, отношение размера второго слоя к первому 1.45, общая ширина пограничного слоя ~12 мм.

- количество узлов (без учета ячеек в погранслое) по трем направлениям диффузора: высота 14, ширина 24, длина 60.

- зону перед входом и выходом в диффузор при разбиении согласовать с диффузором и разбить с учетом требования плавности изменения градиента размеров ячеек.

На мой взгляд, перед исследованием различных видов расчетных сеток необходимо определиться на одной сетке с выбором модели турбулентности.

Павел, из предъявленных мною требований к расчетной сетке видны позиции по которым можно сделать замечания по Вашей сетке.

С уважением, Егоров М.М.

Изменено 22 января 2004 пользователем Egorov M.M.

[takedo 1]

Уважаемый М.М. Егоров

Правильно ли я понял, что Вам пришлось дописывать свой так сказать "Plugin"?

И в стандратных граничных условиях FLUENTа такого нет? Если это стандартный вариант во FLUENT то вопросов больше нет, а если нестандартный, то не могли бы Вы подсказать, где в литературе описан этот прием (я всегда делал примерно то же самое, что и Вы описали, но не совсем).

С большим Уважением,

takedo

[takedo 1]

Уважемый М.М. Егоров

В обращении к Павлу Вы привели очень много цифр. Нельзя ли пояснить, на основании чего Вы выбираете именно такие?

С большим Уважением,

takedo

[Egorov M.M. 0]

Уважаемый, takedo

Описанное мною граничное условие (тип 2) имеется поумолчанию во Fluent. Так, что писать подобный "Plugin" мне не пришлось, тем более подобное, на данный момент, мне пока не под силу. А Вы заниаетесь численными методами? Чем отличается приминяемая Вами «схема» граничных условий? Относительно литературы, есть одна достаточно интересная статья с обширным списком литературы по численным методам в вычислительной гидродинамике. Напишите письмо на ящик egorov@nm.ru (чтобы мне узнать Ваш адрес), после чего отправлю Вам письмо с ссылочкой.

Относительно обоснования требований к расчетной сетке (с конкретными численными значениями):

узлы ячеек в выходном сечении диффузора совпдают с узлами ячеек цилиндра, по соответствующей плоскости;

Не считается целесообразным использовать неконформные границы, когда этого можно избежать. Ведь в случае несовпадения узлов расчетной сетки усложняется математическая схема аппроксимации параметров потока между подобными ячейками, а следовательно и уменьшается точность численного расчета.

- плавный градиент изменения размеров ячеек по всем направлением во всем диффузоре, что позволит избежать численных ошибок в расчетах;

- при построении сетки, насколько это возможно, стремиться, чтобы ячейки стремились к форме куба или вытинутого паралеллипипеда с соотношение длины к сторонам не более 3-4;

- зону перед входом и выходом в диффузор при разбиении согласовать с диффузором и разбить с учетом требования плавности изменения градиента размеров ячеек.

Данные рекомендации исходят из общих требований численных методов к расчетным сеткам, для обеспечения корректности их «работы». В областях больших градиентов, например, в пристеночных областях, где имеют место большие значения касательных напряжений между слоями, сетка должна быть достаточно качественной и обеспечивать плавное изменение параметров потока от ячейке к ячейке, что снизит величину накопления численной ошибки при аппроксимации потока. Сама величина накопления численной ошибки в совокупности зависит от величины градиента потока, и от используемой схемы аппроксимации.

А оптимальной ячейкой для численных методов является куб, поэтому и стремиться при построении расчетной сетки необходимо к этому. «Aspect ratio» - характеризует протяженность ячейки. Для очень анизотропных потоков, могут использоваться ячейки большой протяженности, что позволяет получить для этих потоков точное решение с меньшим количеством ячеек. Однако отношение дины ячейки к ее ширине или высоте не должно превышать 5. Наверное не следует принимать предельное критическое значение, поэтому и рекомендую не больше 3-4, хотя все опять же зависит от конкретного режима течения…

- количество узлов в пограничном слое 5 (как для боковых так и для верхней и нижней стенок), размер первого пристеночного слоя ячеек 1 мм, отношение размера второго слоя к первому 1.45, общая ширина >>>пограничного слоя ~12 мм.

- количество узлов (без учета ячеек в погранслое) по трем направлениям диффузора: высота 14, ширина 24, длина 60.

Любая область потока не может быть более менее качественно описана менее чем 5 ячейками, а область погранслоя является «особой» областью потока. Для пристеночных функций такое количество ячеек достаточно, а величина пристеночного слоя ячеек -1мм выбрана из предварительных расчетов для обеспечения y+~40. Вообще, если говорить строго, то оптимальным является значение y+~30, но при имеющемся потоке в диффузоре, с таким значением (30) увеличивается количество «вырожденных» ячеек в зоне отрыва, с точки зрения недопустимо малых значений y+<11.225 для пристеночных функций. Было выбрано оптимальное значение y+~40.

Все остальные числа получились при построении расчетной сетки «максимально» возможно приближенным ко всем тем требованиям, которые приводились выше…

С уважением, Egorov M.M.

Изменено 24 января 2004 пользователем Egorov M.M.

[Miki 3]

По поводу пристеночных функций и качества элементов хотелось бы пообщаться с нашими коллегами на CFX и Star-CD, но похоже молчат как партизаны.

:))

не хочу повторяться и плохо говорить про гекса сетку, (все таки прочностные задачи и CFD несколько различны по требованиям к сетке )

но к сожалению её применимость к реальной геометрии крайне ограничена, чаще используются гибридные сетки тетра + призма на погр слое

по поводу ПС и пристенных функций, есть разные функции, кому то нужна одна ячейка в ПС, а кому то и десятка мало.

да граничные поверхности надо выделять в отдельные группы.

по поводу 1,45 если честно то похоже на то, что кому как нравиться тот так и делает. :))

имхо, я делаю так чтобы последний слой призм был близкого размера к тетре,

соотв чем меньше слоев призм тем больше отношение размеров (при одной высоте первого слоя призм) посл/перв

но больше чем 1,2 я не делаю

[Egorov M.M. 0]

её применимость к реальной геометрии крайне ограничена

согласен, что применимость гексаэдральной сетки действительна ограничена, но стоит уточнить, что это не связано с ее "свойствами", а скорее со сложностью ее качественного построения для реальной геометрии...

по поводу 1,45 если честно то похоже на то, что кому как нравиться тот так и делает. :))

:))))

Принощу свои извенения за грубейшую оплошность, "критическое" разрешение слоев ячеек в пограничном слое = 1.3.

Полностью соглашаюсь с Miki лучше его не превышать 1.2.....