Сеточная сходимость (независимость) при движении газа в конструкции "труба в трубе" с вихревой структурой в межтрубном пространстве

[Another14 6]

Добрый вечер. Нужна помощь в создании сетки (как думаю я).

Проблема - при увеличении количества ячеек возрастает значение потери давления в устройстве. Сеточная сходимость не достигается. 

P.S. увеличивать сетку в большую сторону, толку по всей видимости не придаст, потому что значение потери давления в устройстве при физическом эксперименте ниже.

 

Имеется трехмерная модель (рисунок 1 и рисунок 2). Геометрия простая. Имеется вход по центру и выход из межтрубного пространства.

Принцип действия - газ входит через отверстие по центру, далее движется вниз и распределяется по прямоугольным щелям и попадает в межтрубное пространство, где образуется множество вихрей, которые движутся в верхнюю часть устройства к выходу.

Немного геометрии: высота устройства - 130 мм, диаметр внеш. и внутр. трубы - 50 и 80 мм соответственно, ширина и высота прямоугольных щелей - 6 и 39 мм соответственно, диаметр каждого вихря в межтрубном пространстве - около 13 мм (рисунок 3).

 

Создание сетки: скорее всего слабое место. Внимание не уделялось. Генерация сетки производилась через "element size". Путем изменения "element size" количество ячеек варьировалось от 50к до 7кк. Как правило, результаты показывали, что разница давлений между входом и выходом растет. Например, рисунок 4 или 5. При этом пробовали и стационарный и нестационарный режимы. Результаты в принципе одинаковые между стационаром и нестационарном, но суть одна - больше ячеек - больше дельта П. По сути, параметр потери давления может расти, если вихревая структура рушится и в межтрубном пространстве идет хаос, но по визуализации потока вихревая структура имеется почти всегда, т.е. гипотеза, что сетка совсем кривая и поток газа формируется кривой - отклоняется. Отмечу, что вихревая структура подтверждена экспериментом, была создана лабораторная установка и подавался дым, вихри фиксировались. Также, следует отметить, что расчет секциями производить нельзя, потому что в межтрубном пространстве вихревая структура не всегда упорядоченная, т.е. некоторые вихри иногда ломаются, это и приводит к отклонениям дельта П на графике 4. При стационарном расчете тоже такие же отклонения фиксируются, там только будет не по времени, а по итерациям. К примеру, рисунок 5 это осредненные значения по итерациям, когда расчет вышел на квазистационар. Ну и как вихри пляшут при нестационаре, прикладываю видео на гугл диск (https://drive.google.com/file/d/1Wo4G4kpnXvlAfVNR3D3EanfoWdstJLtg/view?usp=sharing). Расчет производили на разных моделях (ламинар, k-w, k-e, transtion sst и др.) результаты +- одинаковые.

 

Проводили оценочный дополнительный экспериментальный расчет. Данная модель была распечатана на 3Д принтере. Результаты прикладываю на рисунке 6. Следует отметить, что тут значения приблизительно точные, потому что скорость определяли через потери давления в трубе Вентури, чтобы потом поток выравнивать перед исследуемым модулем еще устанавливали прямую трубу. Поэтому, ориентироваться на значения можно, но они могут немного отличаться от реальных (рисунок 6).

 

Скорее всего дело в сетке, поэтому просьба помочь с ее настройкой или дать иной совет. Прикладывай модель (уже проточную область Volume) в формате .scdoc сюда 50х80.scdocи на гугл диск (https://drive.google.com/file/d/1WRwzX2nTCUSGrZxkl9N2LITv8UGRfLUh/view?usp=sharing). Если сможете настроить, то просьба прислать весь проект. Имеется интерес, как будете настраивать сетку в блоке Mesh. Inlet - по центру, Outlet - из межтрубного пространства.

 

P.S. также прикладываю рисунок 7 для демонстрации, например, на какой сетке производился расчет, тут 2кк.

 

[MotorManiac 130]

3 часа назад, Another14 сказал:

Скорее всего дело в сетке, поэтому просьба помочь с ее настройкой или дать иной совет.

Не факт, смотрите решатели. Если не стационар то число Куранта, временной шаг итп итд 

[a_schelyaev 366]

19 часов назад, Another14 сказал:

 

Скорее всего дело в сетке, поэтому просьба помочь с ее настройкой или дать иной совет. Прикладывай модель (уже проточную область Volume) в формате .scdoc сюда 50х80.scdocи на гугл диск (https://drive.google.com/file/d/1WRwzX2nTCUSGrZxkl9N2LITv8UGRfLUh/view?usp=sharing). Если сможете настроить, то просьба прислать весь проект. Имеется интерес, как будете настраивать сетку в блоке Mesh. Inlet - по центру, Outlet - из межтрубного пространства.

 

P.S. также прикладываю рисунок 7 для демонстрации, например, на какой сетке производился расчет, тут 2кк.

 

 

А можете геометрию проточной части сохранить в STEP или ACIS?

[Another14 6]

20 минут назад, a_schelyaev сказал:

А можете геометрию проточной части сохранить в STEP или ACIS?

Добрый день, конечно.

Спасибо.

50х80.SLDPRT 50х80_ACIS.SAT 50х80_STEP_AP203.STEP 50х80_STEP_AP214.STEP

[a_schelyaev 366]

46 минут назад, Another14 сказал:

Добрый день, конечно.

Спасибо.

50х80.SLDPRT 164 \u041a\u0431 · 0 скачиваний 50х80_ACIS.SAT 57 \u041a\u0431 · 0 скачиваний 50х80_STEP_AP203.STEP 100 \u041a\u0431 · 0 скачиваний 50х80_STEP_AP214.STEP 99 \u041a\u0431 · 0 скачиваний

Нужна геометрия проточной части, а тут конструкция.

[Another14 6]

Только что, a_schelyaev сказал:

Нужна геометрия проточной части, а тут конструкция.

Извиняюсь, вот, спасибо.

50х80_ACIS_PROTOCHKA.sab 50х80_STEP_PROTOCHKA.stp

[a_schelyaev 366]

По ГУ сориентируйте.
Вещество: воздух?
Опорное давление и температура?

 

[Another14 6]

1 минуту назад, a_schelyaev сказал:

По ГУ сориентируйте.
Вещество: воздух?
Опорное давление и температура?

 

Inlet (вход через центральный патрубок)- входная скорость 8 м/с

Outlet (выход через межтрубное пространство) - давление окр. среды - 101 325 Па

Вещество (рабочее тело) - воздух

Температура - 25 градусов Цельсия

[a_schelyaev 366]

В эксперименте перепад как измерялся?

[Another14 6]

Только что, a_schelyaev сказал:

В эксперименте перепад как измерялся?

Давление перед модулем измерялось тестовским (testo) дифференциальным манометром, на выходе принималось равным атмосферному, примерно 101325 Па. Перед измерялся как разность между избыточным и атмосферным. Также скриншот прикладываю.

Отмечу, что экспериментальные данные +- точные, потому что давление мерили сразу после трубы Вентури, поэтому там скорее всего есть отклонения, т.к.поток не до конца выравнивался, но они не существенны.

[a_schelyaev 366]

Я правильно понял, что в расчете площадь, на которой вы снимаете среднее давление по сечению, меньше площади сечения замера в эксперименте в 1.5 раза?

 

[karachun 2 038]

22 часа назад, Another14 сказал:

т.е. гипотеза, что сетка совсем кривая и поток газа формируется кривой - отклоняется.

Эта гипотеза еще не отклоняется.

 

22 часа назад, Another14 сказал:

Путем изменения "element size" количество ячеек варьировалось от 50к до 7кк.

Я замешил четверть геометрии таким же образов как и вы - задав один глобальный размер элементов. У меня получилось 2.1 млн. элементов что даже больше чем у вас, для полной модели. И все равно видно что сетка на узкой щели отстой.

У вас в модели есть несколько участков у которых характерный размер отличается на порядок - диаметр центральной  трубы 50 мм а ширина щели 4 мм. И соответственно для них нужна сетка с разными размерами. Вам нужно поучиться работе с инструментами образмеривания сетки. например Body of Influence. Тогда вы сможете указать мешеру что в одних частях модели нужно сделать очень мелко а в других можно сетку загрубить.

 

Так что ответ простой - сетка это самая важная часть проекта а вы ей пренебрегли.

[piden 2 874]

1 minute ago, Another14 said:

потому что давление мерили сразу после трубы Вентури

А можно фото или картинку из СВ, как оно там все выглядит с трубой Вентури?

 

А то посчитал с гексой, с пристеночным слоем....

Spoiler

с адаптацией сетки по градиенту давления,

c адаптацией во внешнем цилиндре,

с air ideal-gas и уравнением энергии,

с RSM моделью турбулентности.

 

Для 5 м/с и для 10 м/с. 

 

Перепад получился как у Вас.

 

Так что ставлю на то, что сетка вообще не при делах, а постановка в CFD отличается от эксперимента.

 

10 minutes ago, a_schelyaev said:

в расчете площадь, на которой вы снимаете среднее давление по сечению, меньше площади сечения замера в эксперименте в 1.5 раза?

Можно как-то раскрыть мысль?

[karachun 2 038]

Вот, для чистоты эксперимента вернул все настройки в состояние по умолчанию.

 

[piden 2 874]

4 minutes ago, karachun said:

для чистоты эксперимента ...

Посчитать попробуй 

@Another14 , могли бы вы выложить геометрию этой распечатанной фиговины?

 

[Another14 6]

24 минуты назад, a_schelyaev сказал:

Я правильно понял, что в расчете площадь, на которой вы снимаете среднее давление по сечению, меньше площади сечения замера в эксперименте в 1.5 раза?

 

Давление снимали в кольцевой камере, чтобы в сечение проточной области ничего не вводить для измерения давления сделали 4 отверстия с постоянным шагом в трубе и накрыли их кольцевой камерой, к который уже припаяли трубки для измерения давления. 

 

24 минуты назад, piden сказал:

А можно фото или картинку из СВ, как оно там все выглядит с трубой Вентури?

 

А то посчитал с гексой, с пристеночным слоем....

 

 

Но, при увеличении сетки давление же не может бесконечно расти, сеточная сходимость не ловится. Поэтому, хотелось бы чтобы параметр потери давления вышел на какую-ту константу.

 

Фото прикладываю. Отмечу, что для выравнивания потока между трубой вентури и модулем еще ставили дополнительно метровую трубу. При течении газа со скоростью от 3 до 17 м/с она вносила доп. сопротивление 3-90 Па.

[MotorManiac 130]

39 минут назад, karachun сказал:

И все равно видно что сетка на узкой щели отстой.

 

Да сетка так себе.

39 минут назад, karachun сказал:

четверть геометрии

Флюент же вроде может периодичность считать , возможно задачку можно еще сократить.

[Another14 6]

36 минут назад, karachun сказал:

Так что ответ простой - сетка это самая важная часть проекта а вы ей пренебрегли.

Я пробовал мешить в отверстиях, сетка в сужениях была только 4кк, но потери все равно росли (здесь моделька немного отличается, но результат тот же)

[piden 2 874]

3 minutes ago, Another14 said:

Но, при увеличении сетки давление же не может бесконечно расти, сеточная сходимость не ловится.

У меня при измельчении сетки перепад давления не меняется.

Судя по Рис. 5 из первого поста - у вас тоже. Просто вы мельчите весь объем, что не особо эффективно.

 

5 minutes ago, Another14 said:

ежду трубой вентури и модулем еще ставили дополнительно метровую трубу

А как скорость потока замеряли в контрольном сечении? Или замеряли таки расход и пересчитывали?

Вообще, насыпьте больше подробностей про постановку эксперимента. 

 

[MotorManiac 130]

2 минуты назад, piden сказал:

Вообще, насыпьте больше подробностей про постановку эксперимента. 

Да вот это интересно, т.к. автор мог измерять статическое давление, а в программе смотреть, например, полное.

Еще такой вопрос автору - как моделируется выход из кольцевого зазора ? модель не будет учитывать местное гидравлическое сопротивление на выходе, например, потому что там резко заканчивается расчетная зона :)