расчет сопла Лаваля

[ilang 0]

Здравствуйте.

При расчете солпа Лаваля столкнулась со следующей проблемой.

Была посчитана задача сверхзвукового истечения газа из сопла Лаваля. Параметры газа на входе давление 20атм, температура 590К. Давление фоновое 10^(-3)ммрт ст. на выходе необходимо получить значение числа маха =2.

граничные условия:

На левой стороне расчетной области задавалось граничное условие вход со скоростью набегающего потока, определенной давлением Pin =2000000 Па ,температурой Tin =590 К.

На верхней стороне установлено граничное условие стенка. Температура определяется нулевым градиентом, скорость условием прилипания.

На боковых сторонах расчетной области задавалось условие симметрии. Скорость определялась условием проскальзывания, температура- нулевым градиентом.

На правой стороне установлено граничное условие свободный выход. Температура была задана значением, 0 К. На скорость накладывалось условие-сверхзвуковой выход.

Задача рассматривалась в двумерной осесимметричной постановке, без учета турбулентности.Сетка 100 на 35, без адаптации.

Данный проект прилагаю с названием<noindex> сопло</noindex>. И <noindex>отчет</noindex> по нему небольшой.

Затем была поставлена похожая задача, где условие выхода ставилось уже не на сопло, а на сферическую поверхность. Хотелось посмотреть чем будут отличаться результаты, однако при тех же настройках данная задача у меня разваливается. Проект прилагаю с названием <noindex>сопло_сфера</noindex>.

Быть может кто-нибудь подскажет в чем может быть причина или как бороться с данной проблемой?

Мое предположение таково. Я ввожу два типа начальных условий,которые разграничиваются в критическом сечении, чтобы сначала на выходе можно было задать небольшое давление, поскольку,при вводе сразу высокого давления задача разваливалась. Ощущение у меня, что в случае со сферой трапеция, которая как раз таки была внедрена для ввода этих условий установлена не совсем четко чтоли..или её надо как-то спецефически туда было экспортировать. Однако,с другой стороны, рассмотрев внимательно геометрию, мне все же кажется, что трапеция стоит нужным образом. Очень жду чьего-нибудь комментария. =)

[ilang 0]

Ребята, ну подскажите же что-нибудь,пожалуйста.

[ksitdikov 0]

Ты все верно мыслишь. Вне зависимости от версии или программы, задавать сразу высокое давление плохо. Делай либо функцию роста с выходом на расчетное, либо пересчитывай в массовую скорость и задавай ей. В подробности не вдавался.

[a_schelyaev 366]

Мы обычно делаем так - задаем давление в камере на ГУ.

Задаем НУ с тем же давлением в объеме, который простирается до критического сечения.

И т.о. сразу начинаем решать истечение потока из критики и изменение условий до критики.

Обычно работает.

Потом уже можно подобрать под этот режим течения расход и последующие задачи, где варьируются внешние условия гонять уже так.

Если задавать не сопло целиком, а, например, плоский участок, на котором и задать распределение всех переменных по всем уравнениям (скорость, давление, температура, турбулентность), то есть вероятность, что шаг интегрирования просядет на один порядок.

Причина - есть граница на поверхности, где в одном месте стоит распределение из сопла, а в соседней ячейке уже стенка. Это переходное место является особой точкой и из-за него решалка может и просесть.

Выход: или это место проадаптировать локально, чтобы градиент по сетке размазать, или задать распределение в этом месте более монотонное.

И не забывайте, что работать нужно в версии как можно более свежей.

[ilang 0]

сопло_сфера_17.rarЗдравствуйте, спасибо огромное за ответ!

Сделала адаптацию на стенке. задала НУ в пространстве с большим давлением( 1000000Па), сначала решение было вполне адекватным..невязки в -7 степени, число Маха на выходе 1,5..так было где-то на 1000 шагов, затем оставила решалку на ночь, встала с утра..а там все развалилось((((.

Проект с результатами прилагаю.

правильно ли я делаю, что ставлю условие симметрия на гранях сектора? просто в СFX задается в таком случае условие периодичности, насколько я помню. В документации не нашла описания граничных условий.

Мы обычно делаем так - задаем давление в камере на ГУ.

Задаем НУ с тем же давлением в объеме, который простирается до критического сечения.

И т.о. сразу начинаем решать истечение потока из критики и изменение условий до критики.

Обычно работает.

Потом уже можно подобрать под этот режим течения расход и последующие задачи, где варьируются внешние условия гонять уже так.

Если задавать не сопло целиком, а, например, плоский участок, на котором и задать распределение всех переменных по всем уравнениям (скорость, давление, температура, турбулентность), то есть вероятность, что шаг интегрирования просядет на один порядок.

Причина - есть граница на поверхности, где в одном месте стоит распределение из сопла, а в соседней ячейке уже стенка. Это переходное место является особой точкой и из-за него решалка может и просесть.

Выход: или это место проадаптировать локально, чтобы градиент по сетке размазать, или задать распределение в этом месте более монотонное.

И не забывайте, что работать нужно в версии как можно более свежей.

[a_schelyaev 366]

Какая версия FV?

[a_schelyaev 366]

Я в постановке кое что поправил.

1. Убрал адаптацию.

2. Поигрался сеткой начального уровня, чтобы сделать неравномерную сетку - сгустить в районе сопла и струи. Сделал поперек одну ячейку.

3. Задал еще парочку областей для адаптации - не только в боксе, но еще в конфузорной части и цилиндрической.

4. В ограничителях для скорости убавил диапазон.

5. Вместо физического шага задал число Куранта=1. Добавил ограничитель по шагу интегрирования 1e-8, а потом ограничитель снял, чтобы шел по явному шагу расчет.

6. Можно еще задать на границе Всободного выхода подусловие для Скорости - Сверхзвуковой выход. Т.к. слишком выход близко от сопла задан... уже стоит. :)

Запустил у себя на предрелизной версии. Поглядим что да как.

Если упадет после 1000 итерации, то одам разработчикам.

[Bonusfrag 104]

Запустил у себя на предрелизной версии.

это которая пре.8.2?

не ожидал, что в архиве файл к FV3...

просто у меня мое сопло еще пока не пересчитано,

которое тоже валилось раньше - и от развала я ушел через расчет на шаге ~0.5 CFL или меньше.

еще поступали рекомендации - отключать турбулентность, но пока не пробовал.

[a_schelyaev 366]

1500 итераций, полет нормальный.

Шаг интегрировани 3e-7

Турбелентности тут нет.

Порядок первый.

В задаче заданы опорные характеристики атмосферы близкие к вакууму.

Для меня это экзотический ход, т.к. я обычно подбираю опорыне величины ближе к рабочим..

Сейчас переключю на второй порядок.

[a_schelyaev 366]

2000 итераций на втором порядке. Полет нормальный.

[ilang 0]

Здравствуйте!

Спасибо, что не забываете))).

1)Версия 3.08.01, насколько я понимаю это самая свежая из всех, что сейчас доступны.

2) Переделала проект, следуя вашим советам.

Измельчила сетку в сопле и в области струи. Единственное я не очень понимаю, из-за того, что ячейки должны быть квадратными пришлось ещё измельчить сетку по оси х над соплом( то есть в левом углу) . Но там мне в принципе не нужна такая мелкая сетка, можно ли как-нибудь этого не делать и при это заполучить неструктурированную сетку с квадратными ячейками?

Адаптация у меня и была на всей стенке сопла, поэтому я её оставила..

Задала число CFL =1. Ограничила шаг интегрирования до 1e-8.

На условие выхода стоит сверхзвук по -прежнему.

Плюс ещё я поменяла нач условия. В боксе давление 2000000, температура 590( как в гран условие входа), во всей остальной области давление 0,13 (как в вакууме), температура комнатная 300К. Решение сразу разваливается, как же у вас все вышло правильно?В прошлый раз я делала давление в нач усл для пространства выше..порядка тоже 2000000 и все по началу шло хорошо, но затем разваливалось.

Ещё у меня задачка очень медленно считается и компьютеру тяжело постоянно, но я думаю это из-за измельчения сетки произошло.

Проект прилагаю.

soplo_sphera_18.rar

[a_schelyaev 366]

Сетка

Объекты внутри которых задаются начальные условия

[HFL 34]

Одно замечание по начальным условиям задачи. Фактически в приведенной постановке это задача ударной трубы. То есть на старте решается задача распада разрыва когда от границы раздела высокого и низкого давления в разные стороны идут волна сжатия и волна разряжения. Обычно проблемы с устойчивостью у решателя (если он специально не заточен под захват сильной ударной волны) возникают на фронте волны сжатия. Так как нас инересует не сам процесс а конечный результат процесса установления, можно попытаться сократить зону низкого давления до собственно самой границы с низким давлением. Тогда в расчётном домене будет только волна разряжения.

Плюс - устойчивость решения при таком НУ гораздо выше, минус - решение сходится медленнее.

[a_schelyaev 366]

Собственно это мы и делаем задавая НУ с высоким давлением до критического сечения. Задача с этого момента и начинает развиваться фактически от границы.

Обычно сопловые задачи разваливаются в месте, где начинается сужение сопла, где возникает локальный градиент давления и поток меняет свое направление.

Возможно, что у автора какой-то косяк в решалке, просто и всего.

С другой стороны я в ограничителях расчета задал верхнюю границу для скорости поменьше.

[HFL 34]

Собственно это мы и делаем задавая НУ с высоким давлением до критического сечения. Задача с этого момента и начинает развиваться фактически от границы.

Обычно сопловые задачи разваливаются в месте, где начинается сужение сопла, где возникает локальный градиент давления и поток меняет свое направление.

Возможно, что у автора какой-то косяк в решалке, просто и всего.

С другой стороны я в ограничителях расчета задал верхнюю границу для скорости поменьше.

Если я правильно понял задачу то у ТС истечение в вакуум (0.13Па) а на ваших картинках внешнее давление близко к атмосферному. При истечении в атмосферу вообще никаких проблем быть не должно у любого решателя.

Изменено 20 апреля 2012 пользователем HFL

[a_schelyaev 366]

Нет, у него только опорное давление задано маленькое, а НУ большие.

В процессе решения, учитывая ГУ и их близость, получается то, что получается.

При работе именнно в вакууме мы обычно стенки подальше отодвигали.

[a_schelyaev 366]

Для данной задачи можно разделить ГУ, чтобы было св/зв и обычное.

Но можно не фантазиоровать, и если все сходится нормально, то задать везде на выходе просто Своодный выход с нулевым давлением, относительно опорного.

[a_schelyaev 366]

Если жы мы хотим считать задачу, не дожидаясь, когда там НУ рассосется, а убрать все НУ и считать с момента вакуума, то главный фикусовый пикус этой задачи это большой перепад давления между ГУ и областью. Из-за этого, если задавать большой шаг интегрирования, то получится "проскок" - около ГУ будет область с очень высокой скоростью и очень низким давлением, после нее уже сформируется область с другими характеристиками. Эта зона прилипнет у входу и будет давать нефизичное поведение.

Чтобы удрать зону "проскока" нужно в начале задать очень маленький шаг интегрирования.

Потом уже можно будет ослаблять ограничитель и получить нормальное распределение давление от входа в область..

[Bonusfrag 104]

а насколько всё это шаманство может ускорить счет по сравнению с заданием давления на входе по формуле в зав-ти от времени?

Т.е. если решать нестационар с вакуума во всем объеме, постепенно поднимая давление на входе.

Тогда этих моментов с проскоками и пр. можно 100% избежать.

[a_schelyaev 366]

Самое лучшее шаманство это поставить массовый расход на входе.

Если ставить давление, то всегда придется тараканов лечить.

Я на выходные оставил свою постановку на расчет. Там проблема именно из-за гуляния волны внутри камеры движка. С выхлопом проблем вообще нет никаких.

Если не получится, буду делать как ты говоришь - запускать движок подкручивая подсос.

:)