цилиндрическое сопло+свободная струя в fluent

[irinatotkstu 0]

Здравствуйте , я только недавно начала работать в Fluente, но решение этой задачи очень очень важно для меня, подскажите пожалуйста!

У меня имеется обычное цилиндрическое сопло очень маленьких размеров ,не Лаваля, хотя скорость на конце превышает сверхзвук . Стоит задача рассчитать истечение из объёма ( очень большого по сравнению с соплом) с высоким давлением (25, 35 МПа) через сопло в другой большой объём с атмосферными условиями.

Почитала советы и пока остановилась

на solver density based, axisymmentic (может просто 2D?)

модель или Spallart –Allmaras или k-eplison модель

и вот основные трудности с заданием граничных условий . Задаю Pressure inlet и pressure outlet, задачу можно упростить и не считать большой объём на входе и принять давление на входе в сопло 25 МПа( Есть ещё температуры, как лучше это всё задать?) А вот что делать с свободной струей на выходе , чтобы у меня учитывалась снижение давления после выхода из сопла от большого давления до атмосферного в объёме после сопла.

К тому же среда диоксид углерода...

Может кто много времени занимался подобными задачами , подскажите пожалуйста, какие трудности меня ожидают? Что нужно обязательно учитывать в этой задаче. Заранее благодарна

[Ivan88 0]

Так граничные условия и задавайте, полное давление и полную температуру. На выходе из сопла прорисуйте объем окружающей среды, чем больше, тем лучше. Статическое давление на выходе - 1 атм. Для свойств материала среды: плотность - идеальный газ (а может даже реальный тут нужен), вязкость по Сатерленду. Вроде пока всё. Могут быть проблемы со сходимостью в начале расчета.

[irinatotkstu 0]

Так граничные условия и задавайте, полное давление и полную температуру. На выходе из сопла прорисуйте объем окружающей среды, чем больше, тем лучше. Статическое давление на выходе - 1 атм. Для свойств материала среды: плотность - идеальный газ (а может даже реальный тут нужен), вязкость по Сатерленду. Вроде пока всё. Могут быть проблемы со сходимостью в начале расчета.

Большое спасибо за ответ! А в чём существенная разница между Gauge Total pressure и superconic /initial gaige pressure на входных условиях? выходное давление где лучше ставить на выходе из сопла или на выходе из объёма окружающей среды?

со средой я даже не начинала , потому что в идеале мне нужно учитывать не простой СО2, а сверхкритический, а это другая плотность и вязкость. Попробую это учесть в расчётах, возьму из таблиц, не знаю как получится.

А какая модель лучше подходит для этой задачи? потому что этот вопрос ещё нужно объяснить при защите диссертации...

Заранее благодарна за отзывчивость

[Ivan88 0]

Большое спасибо за ответ! А в чём существенная разница между Gauge Total pressure и superconic /initial gaige pressure на входных условиях? выходное давление где лучше ставить на выходе из сопла или на выходе из объёма окружающей среды?

Кстати да, поскольку поток сверхзвуковой, необходимо также задать и статику. Gauge Total pressure - полное давление, superconic /initial gaige pressure - для сверхзвука - статическое давление. Выходное давление на границах очерченой окружающей среды.

про какую модель вы спрашиваете?

[Konstantin_xxx 0]

А какая модель лучше подходит для этой задачи?

Заранее благодарна за отзывчивость

Если вы имеете ввиду модель турбулентности, то лучше всего подойдет SST k-w модель (по крайней мере из 2-ух параметрических), она лучше апробирована для учета как пристенных, так и далеких от стенок течений:)

но если пристенные течения для вас не сильно важны, то можете смело юзать к-е модель, да и модель Спалларта-Алмараса тоже вполне пригодна (хоть она и однопараметрическая).

[irinatotkstu 0]

Кстати да, поскольку поток сверхзвуковой, необходимо также задать и статику. Gauge Total pressure - полное давление, superconic /initial gaige pressure - для сверхзвука - статическое давление. Выходное давление на границах очерченой окружающей среды.

про какую модель вы спрашиваете?

Ясно, когда задаю он просит указывать оба давления, хотя существенной разницы не вижу... может поставить одинаковое 25 МПа, кстати переход на сверзвук и число маха программа сама рассчитает, за этим можно следить и посмотреть?

Про модели ...

Есть разница , например, axisymmentic или просто 2D модели

модель viscous или Spallart –Allmaras или k-eplison модель? первая проще считается вроде, вторая более распространенная, а вот к нашей задаче что лучше? ... сопло микронных размеров

[Ivan88 0]

Ясно, когда задаю он просит указывать оба давления, хотя существенной разницы не вижу... может поставить одинаковое 25 МПа, кстати переход на сверзвук и число маха программа сама рассчитает, за этим можно следить и посмотреть?

Про модели ...

Есть разница , например, axisymmentic или просто 2D модели

модель viscous или Spallart –Allmaras или k-eplison модель? первая проще считается вроде, вторая более распространенная, а вот к нашей задаче что лучше? ... сопло микронных размеров

По поводу граничных условий. Для большей реалистичности неплохо было бы нарисовать границы внутреннего объема и задать там полное и статическое давление. Если на входе скорость дозвуковая, то нет большого значения какое статическое значение задавать на входе. Если сверхзвук, то скорость на входе будет зависить от заданных значений полного и статического давления.

Про модели. Разница есть. В вашем случае, если сопло круглое в сечении, то наверное лучше выбрать axisymmentic и в качестве оси задать ось сопла.

Про модели турбулентности лучше пробовать и сравнивать. Какая лучше подойдет для вашей задачи ответить затрудняюсь.

[Konstantin_xxx 0]

Есть разница , например, axisymmentic или просто 2D модели

Конечно есть!!! для того чтобы это понять, достаточно взглянуть на уравнения для расчета двумерных и осесимметричных течений! Любой преподаватель вам об этом скажет!!

[irinatotkstu 0]

Конечно есть!!! для того чтобы это понять, достаточно взглянуть на уравнения для расчета двумерных и осесимметричных течений! Любой преподаватель вам об этом скажет!!

Это конечно да, прочитав литературу , я больше склоняюсь к осесимметричной модели. Спасибо за совет

По поводу граничных условий. Для большей реалистичности неплохо было бы нарисовать границы внутреннего объема и задать там полное и статическое давление. Если на входе скорость дозвуковая, то нет большого значения какое статическое значение задавать на входе. Если сверхзвук, то скорость на входе будет зависить от заданных значений полного и статического давления.

Про модели. Разница есть. В вашем случае, если сопло круглое в сечении, то наверное лучше выбрать axisymmentic и в качестве оси задать ось сопла.

Про модели турбулентности лучше пробовать и сравнивать. Какая лучше подойдет для вашей задачи ответить затрудняюсь.

А что нам даст если мы прорисуем границы внутреннего объёма, не усложнить ли задачу?

насчёт скорости это большая проблема , вообще в подобных задачах ( одномерная и не программировалась ) скорость достигает сверзвука на выходе из сопла , за счёт перепада давлений . У нас идёт течение из капилляра размером в несколько миллиметров (большой объём по сравнению с соплом) с высокими параметрами( больше 10 МПа всегда) , через очень маленькое сопло 50 мкм , в атмосферу. Можно ли увидеть переход через сверзвук?

по моделям попробую ))

[Railnolds 2]

Если вы имеете ввиду модель турбулентности, то лучше всего подойдет SST k-w модель (по крайней мере из 2-ух параметрических), она лучше апробирована для учета как пристенных, так и далеких от стенок течений:)

но если пристенные течения для вас не сильно важны, то можете смело юзать к-е модель, да и модель Спалларта-Алмараса тоже вполне пригодна (хоть она и однопараметрическая).

Вы считаете, что к-е плохо отрабатывает поведение сверхзвукового потока возле стенки? А какую модель турбулентности и пристенную модель посоветуете для сверхзвукового сопла Лаваля, чтобы чётко можно было исследовать процессы в критическом сечении сопла?

[Konstantin_xxx 0]

Можно ли увидеть переход через сверзвук?

Без проблем! вывести нужно на монитор значения Числа Маха, где он больше 1, там начинается сверхзвук:)

[irinatotkstu 0]

Без проблем! вывести нужно на монитор значения Числа Маха, где он больше 1, там начинается сверхзвук:)

Это конечно, гениальное просто :)Заложить бы всё правильно и достигнуть сходимости перед этим , вот в чём проблема. Целыми днями на форумах и с литературой о Fluente сижу , ладно хоть вы мне помогаете

Может это глупый вопрос, но если не трудно, подскажите ещё пожалуйста, как во Fluente в этой задаче учитывать входную скорость в сопло . Должна заложить в какой-нибудь закладке или может в граничные условия

Вообще массовый расход и скорость при входе могу рассчитать и заложить сама, но может это и не нужно?

Изменено 24 февраля 2011 пользователем irinatotkstu

[Konstantin_xxx 0]

Может это глупый вопрос, но если не трудно, подскажите ещё пожалуйста, как во Fluente в этой задаче учитывать входную скорость в сопло . Должна заложить в какой-нибудь закладке или может в граничные условия

нужно обязательно показать переход за сверхзвук.

Вообще массовый расход и скорость при входе могу рассчитать и заложить сама, но может это и не нужно?

в двумерном случае вам достаточно задать два граничных условия, если вы используете ГрУс - Pressure inlet и Pressure Outlet, то вам хватит давления и температуры, из них скорость и энтальпия высчитывается сама.

Для того чтобы увидеть переход на режим сверхзвука... тут многое зависит от длины сопла и начального давления! Если сопло работает на режиме перерасширения, то переход на сверхзвук вы сможете оценить внутри сопла... в любом случае воспользуйтесь советом данным выше и постройте область окружающей среды, её размеры примерно могут быть 40критических радиусов в длину и 20 в высоту.

А визуально показать переход на сверхзвук можно во вкладке Display-> Contours -> Velocity -> Mach Number

[irinatotkstu 0]

в двумерном случае вам достаточно задать два граничных условия, если вы используете ГрУс - Pressure inlet и Pressure Outlet, то вам хватит давления и температуры, из них скорость и энтальпия высчитывается сама.

Для того чтобы увидеть переход на режим сверхзвука... тут многое зависит от длины сопла и начального давления! Если сопло работает на режиме перерасширения, то переход на сверхзвук вы сможете оценить внутри сопла... в любом случае воспользуйтесь советом данным выше и постройте область окружающей среды, её размеры примерно могут быть 40критических радиусов в длину и 20 в высоту.

А визуально показать переход на сверхзвук можно во вкладке Display-> Contours -> Velocity -> Mach Number

Я так в принципе и думала, что граничные условия по давлению достаточно , просто всё время ошибку выдает -1.#IND по скоростям в initialization по входному потоку, поэтому закрались сомнения, может думаю тоже заложить нужно.

А область окружающей среды по-любому считать буду , в этом и задача больше и заключается))

В ручную в одномерной модели свободную струю очень трудно просчитать .

[Ангмар 0]

так что же вы все-таки посчитать то хотите?

если именно расходные характеристики, то это одно и вам подойдет к-е модель

а если вы хотите посчитать перемешивание или даже параметры струи, то скорее всего(я сам в CFX сижу так что точно про модели которые есть во Fluent-e сейчас не скажу) ни одна исходная модель не поможет(ну кроме LES конечно) так как струя у вас сверхзвуковая и надо учитывать влияние сжимаемости на турбулентность

и еще не слушайте умников про использование SST модели, они вам тут наговорят...если вам не надо учитывать отрывы от стенки и считать очень точно на ней трение (а это я практически уверен вам не надо), то пользуются -k-e моделью, тем более что влияние погранслоя в сопле на тело струи практически ничтожно, а как вы должны знать SST модель в свободном течении, далеком от стенки это та же самая k-e

в идеале если вы считаете именно струю, то неплохо было бы взять элементарную модель прандтля, только вариант для свободных течений(а то для пристеночных он вам глупость насчитет)

по граничным условиям - я считаю так:

на входе только давление и температура

на выходе свободная граница (opening) и все нормально

есть еще вариант - посчитать отдельно сопло потом содрать профиль давлений скорости и температуры на срезе и засунуть его в модель среды без сопла - это поможет решить уйму проблем с устойчивостью решения

[Railnolds 2]

тем более что влияние погранслоя в сопле на тело струи практически ничтожно,

Категорически не согласен. Если задачей стоит определение расхода через сопло то в зависимости от конфигурации сопла пограничный слой в критическом сечении может оказать и окажет существенное влияние на расход. Особенно если размеры критического сечения малы, когда доля пограничного слоя относительно всего потока с уменьшением размеров увеличивается.

если вам не надо учитывать отрывы от стенки и считать очень точно на ней трение (а это я практически уверен вам не надо),

А если нужно - как поступить? У меня например именно эта задача поставлена. Изменено 7 марта 2011 пользователем Railnolds

[irinatotkstu 0]

Всем большое спасибо, приступила к расчётам и в первом приближении и при упрощениях задача сошлась.Вот теперь осталась наладить небольшие мелочи чтоб всё было точно.

Подробно почитав мануалы я пришла к выводу что для плотности, теплоёмкости, вязкости Fluent предлагает как линейную, полиномную и.т.д . функцию от температуры.

Тогда как , например, плотность при одинаковой температуре и разных давлениях сильно отличается. Например в моей задаче при 25 МПа и 343 К плотность около 747 кг/м3, а при 0.1 МПа и тоже 343 K 0.06 кг\м3. Своства материалов для меня очень важны!

Не подскажите по какому лучше закону считать все свойства , чтоб учитывалась изменении и температуры и давления?