Сетка без призматического пограничного слоя

[Guterfreund 75]

Всем привет!

 

Вопрос общего характера. Всегда ли при построении КЭ сетки необходимо строить призматический пограничный слой при использований моделей турбулентности с пристеночными функциями?

 

Вот, например, имеется задача с течение рабочей среды через арматуру или какое-нибудь устройство, в котором местные сопротивления определяют величину перепада давления. Цель расчета: определение перепада давления на таком устройстве.

 

Все, что происходит в пограничном слое не интересует. Можно ли просто построить КЭ сетку без каких-либо пограничных слоев и забить на Y+? Или я что-то не улавливаю и если используется модель с пристеночной функцией, то пристеночный слой должен иметь соответствующую сетку?

 

Спасибо!

[a_schelyaev 371]

Ответ лежит в достаточности разрешения сеткой областей градиентов. На призму мы переходим только потому, что тетра при уменьшении размера элемента дает очень большой прирост количества ячеек.

Т.к. у вас в арматуре основной фактор сопротивления это давление, то начните мельчить сетку и смотрите, что происходит с гидравлическим сопротивлением.

Следите за Y+. До 30 он будет у вас работать с пристеночными функциями. Потом вам придется переходить на призму, чтобы проскочить интервал между Y+ = 2...30 использовать низкорейнольдсовые модели турбулентности KE или SST и на стенке убрать пристеночную функцию поставив стенку с прилипанием.

[Guterfreund 75]

1 час назад, a_schelyaev сказал:

Ответ лежит в достаточности разрешения сеткой областей градиентов. На призму мы переходим только потому, что тетра при уменьшении размера элемента дает очень большой прирост количества ячеек.

Это понятно! Вопрос в другом: насколько необходимо разрешать сеткой область градиентов? Основной вклад в сопротивление арматуры дают местные сопротивления формы. Что происходит в пристеночном слое не интересно. Все-равно требуется его разрешать?

[karachun 2 038]

@Guterfreund Еще можно посчитать один раз модель с правильно разрешенным призматическим слоем, т.е. с выполнением требований по y+ и без него и сравнить результаты. Если погрешность по перепаду давления приемлема то можно решать подобные конструкции и без призматического слоя.

 

Так будет стопроцентная уверенность и если кто-то будет делать замечания по поводу отсутствия призматического слоя то можно ткнуть его носом в это исследование.

8 минут назад, Guterfreund сказал:

Вопрос в другом: насколько необходимо разрешать сеткой область градиентов?

Это же CFD. Здесь почти на все есть только один ответ: "возьми и проверь" насколько принятое решение влияет на результат. За вас это никто не сделает.

Изменено 8 сентября 2021 пользователем karachun

[Guterfreund 75]

5 минут назад, karachun сказал:

Это же CFD. Здесь почти на все есть только один ответ: "возьми и проверь" насколько принятое решение влияет на результат.

Проверил, поэтому и спрашиваю :). Я изначально работал с хорошей сеткой, с призматическими слоями, мелким размером и пр. Затем я решил посмотреть, что будет, если я кину грубую тетру без всяких слоев. И разница в результатах по перепаду давления не превысила 5%.

 

Интересно другое, как работает пристеночная функция при плохих значениях Y+. Она просто не работает или откровенно портачит, влияя, в том числе, на ядро потока? 

[karachun 2 038]

1 час назад, Guterfreund сказал:

Проверил, поэтому и спрашиваю :).

Так зачем темнить? Надо было сразу результаты выкладывать. Никто же не знает что у вас конкретно за конструкция. Может там за задвижкой идет вихревой измеритель скорости или трубка Вентури и вы на ней не хотите пристеночный слой строить.

 

1 час назад, Guterfreund сказал:

Интересно другое, как работает пристеночная функция при плохих значениях Y+. Она просто не работает или откровенно портачит, влияя, в том числе, на ядро потока?

Хороший вопрос. Здесь все по разному.

https://cccp3d.ru/topic/120401-прогресс-сходимости/?do=findComment&comment=1243010

 

Вот, в соседней теме буквально пару дней назад я во Флюенте посчитал пластину с разными сетками и там на модели k-e со стандартной пристеночной функцией (которая требует y+>30) я чрезмерно измельчил сетку у стенки до y+=1 и получил вообще поломанный расчет.

Думаю раз у вас результаты получились близкими то использование грубой сетки не так критично и ничего принципиального вы не нарушили.

 

Так, чисто принципиально - в пристеночной функции нет проверок на величину y+, она не отключается если размер ячейки слишком грубый, так что ваш расчет считается на вот эти 5% неправильно. И скорость и давление и генерация турбулентных переменных (k, e или w) все считается с ошибкой. Но трение стенки влияет на это слабо. Те же турбулентные переменные сильнее генерируются от завихренности потока.

 

Можете сделать еще один проверочный расчет - задайте всем стенкам стенку с проскальзыванием. чтобы исключить трение а также генерацию турбулентных величин (но про генерацию это не точно). Если результаты слабо зависят от сопротивления трения то и результаты должны быть близкими.

[Guterfreund 75]

9 минут назад, karachun сказал:

Можете сделать еще один проверочный расчет - задайте всем стенкам стенку с проскальзыванием.

Хорошая идея!

10 минут назад, karachun сказал:

чтобы исключить трение а также генерацию турбулентных величин

Интересно, это эквивалентно отключению пристеночной функции?

[karachun 2 038]

2 минуты назад, Guterfreund сказал:

Интересно, это эквивалентно отключению пристеночной функции?

Вот это спорный вопрос. Я точно знаю что на плоскости симметрии пристеночгые функции не работают и вообще абсолютно ничего не генерируется и не поглощается, так как это другой тип ГУ. А на стенке с проскальзыванием скорее всего что-то будет генерироваться. По крайней мере я иногда встречал такие замечания что стенка с проскальзыванием ≠ симметрия как раз в плане того что на стенке некоторые переменные все таки имеют градиент в перпендикулярном направлении.

 

Вообще, а с чего вы взяли что отключив пристеночную функцию вы получите более правильный результат? Ее же и ввели в k-e модель как раз потому что сама модель турбулентности плохо справляется с течением у стенки. Может без пристеночной функции станет только хуже.

[karachun 2 038]

@Guterfreund Кстати а о каком пакете идет речь? А то мы в соседней теме коллективным разумом пришли к выводу что, например. в солидворксе вместе с моделью турбулентноси идет не обычная пристеночная функция а некий мат. аппарат который изменяет условия течения не только в первой но и в последующих ячейках, при необходимости.

[Guterfreund 75]

15 часов назад, karachun сказал:

Кстати а о каком пакете идет речь?

В большей части об ANSYS-е.

 

16 часов назад, karachun сказал:

Может без пристеночной функции станет только хуже.

Ну как Вы уже писали, это же CFD ;) Тут только тестить.

[Guterfreund 75]

Вообще, пусть это и CFD и каждая задача индивидуальна, я пытаюсь найти общие принципы моделирования.

 

Например, если моделируется течение в трубе и задачей является определить перепад давления, моделируйте пристеночный слой, т.к. трение определит результат. Если вы хотите определить коэффициент теплоотдачи на стенку, моделируйте пристеночный слой. Если интересно поведение среды у стенки, распределение скоростей, давлений и пр., моделируйте пристеночный слой. Т.е. мы применяем либо пристеночные функции, либо разрешаем этот слой сеткой.

 

Если же поведение среды у стенки не влияет на результат решаемой вами задачи, то забейте и на пристеночные функции и на призматические слои. Насколько сложно заранее, без расчета, определить повлияют ли процессы у стенки на результат? Думаю, для ряда задач это возможно.

 

Я смотрю примеры в сети и вижу, что все фанатично строят эти призматические слои, вылизывают сетку, тратят уйму времени. Может я не прав (поэтому и задал вопрос на форуме), но часто вся эта работа лишняя, можно обойтись обычной тетраэдрической сеткой. Нужно только сперва чуток подумать... 

[an_rushin 128]

слишком огульно говорить "о всех лизальщиках", о себе скажу, что на погранслой обращаю особое внимание только при теплопередаче, в иных случаях руководствуюсь правилом, которое озвучил гуру шеляев. никаких культов вокруг погранслоев.

 

[Guterfreund 75]

1 час назад, an_rushin сказал:

никаких культов вокруг погранслоев

Я так понимаю, никаких призматических слоев? Или со слоями, но без контроля Y+?

[MotorManiac 130]

21 час назад, Guterfreund сказал:

Основной вклад в сопротивление арматуры дают местные сопротивления формы

 

Так по идее вы их и будите аппроксимировать сеткой и скорее всего автоматически получите пристенные функции.  В случае расчета потерь напора в зависимости от шероховатости поверхности, возможно нужно нормально учитывать погран. слой.

[an_rushin 128]

это значит, что не строю погранслои любой ценой в каждой задаче, за исключением теплообмена :)

 

[Guterfreund 75]

29 минут назад, MotorManiac сказал:

автоматически получите пристенные функции

Которые работают при определенных значениях Y+, а значит появляются требования к сетке в погранслое, вклад которого в общий результат не превышает 5%.

[MotorManiac 130]

1 минуту назад, Guterfreund сказал:

Которые работают при определенных значениях Y+, а значит появляются требования к сетке в погранслое, вклад которого в общий результат не превышает 5%.

 

Некоторые местные сопротивления я считал без особенной привязки к пристенной функции => +- как по Идельчику получились значения, думаю можно сильно не заморачиваться.

[Guterfreund 75]

Только что, MotorManiac сказал:

как по Идельчику получились значения, думаю можно сильно не заморачиваться

Хороший итог! Получается камнями меня не закидали, значит двигаюсь в правильном направлении...

[an_rushin 128]

камнями? цветами, именно цветами! вы открыли очень хорошую тему, потому что большинство читателей являются практическими инженерами, но часто увязают в трясине не до конца выясненных вопросов с тягучим академическим подтекстом.

 

[MotorManiac 130]

2 часа назад, Guterfreund сказал:

Хороший итог! Получается камнями меня не закидали, значит двигаюсь в правильном направлении...

 

Такой еще тонкий момент, если считать задачу с условиями симметрии, то может быть доп. погрешность. Связано с "кривеньким" расчетом ядра потока.