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.

 

[a_schelyaev 366]

2 часа назад, soklakov сказал:

а Вы точно продюсссер?

а он точно стационарный?

Он кто?

[soklakov 1 475]

11.11.2021 в 00:42, a_schelyaev сказал:

Он кто?

решатель

[a_schelyaev 366]

А это у автора нужно спросить

[Jesse 960]

@a_schelyaev мне кажется @soklakov имеет в виду, что разрушение вихрей в расчете и стационарный решатель - это что-то типа оксиморона..)

[Another14 6]

1 час назад, Jesse сказал:

@a_schelyaev мне кажется @soklakov имеет в виду, что разрушение вихрей в расчете и стационарный решатель - это что-то типа оксиморона..)

Возможно, я ошибаюсь. Но, результаты на стационаре и нестационаре показывают одни и те же результаты. И разрушение вихрей, также, аналогично фиксируется, с одним различием: при нестационарном решении - структура вихрей разрушается и "собирается" при различных значениях времени t, при стационарном решение - структура вихрей разрушается и "собирается" при различных итерациях n. 

Пример, стационарного расчета на рисунке, когда, условно, при итерации n=620 структура цельная, при n=622 структура нецельная. Анимацию нестационарного расчета прикладывал в видео выше.

 

[a_schelyaev 366]

11 часов назад, Jesse сказал:

@a_schelyaev мне кажется @soklakov имеет в виду, что разрушение вихрей в расчете и стационарный решатель - это что-то типа оксиморона..)

То, что вы назвали вихрем есть циклическая структура течения. И типу решателя это по барабану. Ключевой момент лишь размер ячеек и величина градиента между ними. Дальше в зависимости от характера нестационарности процесса вы имеете изменение положения зон градиента от шага к шагу. При решении задачи на установлении шаг по времени является итерационным  параметром установления. Для нестационаоного процесса на большом шаге интегрирования  можно словить нефизичное изменение структуры течения локально или поведение характеристик.

Т.е. начинаем считать и сперва не знаем какие там будут частотные характеристики и структура потока. Если прокатит, то значит стационар. Если не прокатит, то начинаем смотреть сходимость по шагу интегрирования и/или переход во временную шкалу.

 

Но тут, конечно же, я рассуждаю с точки зрения URANS ибо FlowVision.

Хотя в CFX в Stage тоже шаг по времени задается.

Изменено 13 ноября 2021 пользователем a_schelyaev

[Jesse 960]

13.11.2021 в 14:02, Another14 сказал:

Но, результаты на стационаре и нестационаре показывают одни и те же результаты

не могу похвастаться большим опытом решений задач cfd, но для меня пока что диковинка что данную, казалось бы, явно нестационарную задачу (конкретно про разрушение вихрей) можно решить в стационаре и получить адекватные результаты..))

 

13.11.2021 в 23:46, a_schelyaev сказал:

с точки зрения URANS

а верно что все рейнольдсовы модели потерпят крах, если попытаться смоделировать сильно нестационарную турбулентность, скажем, около лопаток рабочего колеса жидкостного компрессора или истечение из сопла?
Вот здесь об этом пишут
https://www.cfd-online.com/Forums/main/6519-rans-urans.html

Цитата

Reynolds averaging is a time averaging (http://www.cfd-online.com/Wiki/Reynolds_averaging). People have developed URANS model by separating time scale of mean motion and time scales of turbulent motion. They have assumed that "turbulent time scale" << "mean flow time scale". The basic assumption in URANS is that averaging time (DT) is higher than turbulent time scale but much lower than mean flow time scale. Many physical cases does not obey this rule for example jet flows have approximately same order of time scale for both, at jet boundaries. URANS really didnt work here. we do separate turbulent scales in LES but there we resolve the large scale and model the small scale motions. URANS is not resolving mean flow variation.. its complected to believes on URANS

Я понял это так:
Тип мы меж двух огней - нам надо и нестационарность среднего потока смоделировать (мельчить шаг по времени), в то же время необходимо поддерживать шаг достаточно большим (чтобы был намного больше турбулентного интегрального масштаба), чтоб работала эргодическая гипотеза, иначе говоря чтоб осреднение по Рейнольдсу имело смысл. Ну и соотв-но когда у нас частота вращения, к примеру, того же компрессора слишком высока, то рейнольдсовы модели "не тянут" и надо переходить на LES. 
Сталкивались с такой проблемой? Как с этим делом Flowvision справляется?)

[a_schelyaev 366]

Около стенки нет больших вихрей, поэтому LES тут тоже не вариант. То о чем они пишут а-ля ударно волновое воздействие в малом пространственном масштабе, когда турбулентность не успевает развится. Тогда мы считаем без турбулентности, т.е. DNS.

Но вопрос в том, что нужно? Если акустика, то понятно. Если ВЧ-пульсации на лопатке, то наверное. А если в итоге все это будут осреднять, чтобы получить просто силы, то нафига козе баян? ;)

 

Но в целом да, без турбулентности сходимость по сетке процесс увлекательный, дзен. Все любители LES про сходимость по сетке предпочитают умалчивать. Посчитали и слава богу, но щеки надувают дай боже.

RANS - шаг по времени в районе e-5, -6, LES - минус 2 порядка, DNS - еще минус 2 порядка, а то и 3. Т.е. Считать в лоб и долго.

 

А еще есть особенности реализации и баги. Инонда у народа что-то может не получаться чисто из-за реализации, а не из-за смысловой сути. Сами на таком накалывались. В итоге там где я могу смотреть как помпаж развивается попивая чаек, в CFX решатель уже в конвульсиях. Попытались опубликоваться с описанием своих наработок по вычматам, как разработчики рассказывали, так у них статью не приняли, сказали, чтобы не отвлекали своей ерундой.

Я, как бы, и рад - конкурентное преимущество - но разработка же к ученой среде относится, им обидно.

Изменено 16 ноября 2021 пользователем a_schelyaev

[Jesse 960]

16.11.2021 в 08:27, a_schelyaev сказал:

А если в итоге все это будут осреднять, чтобы получить просто силы, то нафига козе баян? ;)

так в том то и дело, что осреднять будет неправильно....

[a_schelyaev 366]

17.11.2021 в 12:46, Jesse сказал:

так в том то и дело, что осреднять будет неправильно....

Почему?

[Another14 6]

@piden

@karachun

Добрый вечер. Возник вопрос по сетке. 

 

Если кратко, что было - 1) снова провели эксперимент; 2) модель разделил на 8 частей. Произвел секторное моделирование. Прогонял на тетраэдральной сетке (с погранслоем) и гексаэдральной сетке без ПС (рисунок прикладываю). Результаты с экспериментом: +-1-6% сходятся с гексой. На тетре погрешность около 15-25%.

 

Я думаю, большая погрешность на тетре связана с тем, что качество сетки не особо хорошее, в частности "element quality" ниже 0,6-0,4 при различном сгущении. Программа показывает, что практически все "плохие" ячейки лежат на стенках, т.е. в ПС. Я пробовал через топологию ее измельчить, но ничего не получается. 

 

Хотелось бы еще поэкспериментировать с сеткой, поэтому 2 вопроса:
1) Хочу проверить результаты с наличием сетки для ПС на гексаэдральной сетке. Как можно ее сгустить? inflation не работает, body of influence тоже не работает на 1/8 части модели. При этом наилучшие результаты на k-e realizable, около 1-2%; на k-w SST погрешность выше на 4% примерно.

2) Как можно улучшить сетку для тетраэдральной сетки? С топологией особо не получается. В ICEM пока нет времени лезть. Из плюсов этого подхода, что у+ меньше 1. Но, k-w SST дает нестабильные результаты и высокая погрешность (неопределенность).

[karachun 2 038]

25 минут назад, Another14 сказал:

inflation не работает, body of influence тоже не работает на 1/8 части модели.

Почему это? У меня все работало.

Все понял, гекса.... Попробуйте разбить геометрию на блоки. У вас же геометрия не очень сложная. Выделите часть геометрии у стенки и сможете там разбивать сетку отдельно.

Ну или задавайте не постоянный размер, Sizing Bias или как-то так.

 

25 минут назад, Another14 сказал:

Я пробовал через топологию ее измельчить, но ничего не получается.

Вы же выполняли процедуру сеточно сходимости? Т.е. мельчили сетку до упора, когда результат уже не изменяется или практически не изменяется?

Если вы просто сделали сетку которая по вашим ощущениям достаточно мелкая и сеточную сходимость не выполняли то это не правильно. Чем вы докажете что сетка достаточно мелкая. Восклицания "мамой клянусь" недостаточо.

Трение включали, какие y+ на стенках, а какие y+ должны быть согдасно требованиям вашей пристеночной функции? Иногда если не соблюдать эти требования и делать высоту первого элемента меньше или больше рамок дозволенного пристеночной функцией то можно сильно ошгииться с трением. вплоть до того что модель откажется считаться. Но это все зависит от самой пристеночной функции, читайте описание вашей пристеночной функции в справке.

Изменено 16 декабря 2021 пользователем karachun

[Another14 6]

По поводу сеточной сходимости - да, +- получил. На k-w SST продул от 9к ячеек до 4кк 1/8 часть модели. Получилось, что 240к достаточно. Далее уже 12 моделей попробовал. Подошла больше всего k-e realizable.

 

Я разделил модель на 3 блока (рисунок), вместо чистой hexa ставил multizone (hexa) + inflation - работает на верхних 2 блоках, но, когда подключаю 3 нижний блок, из-за того, что там имеется сужение - вылетает с множеством ошибок. 

 

Попробую тонкий слой 1-3 мм выделить около стенки и там сделать либо inflation либо очень мелкую сетку. 

 

Кстати, при гексе плохое разрешение векторов в сечении (малое их количество), если построить в какой-нибудь области поле скоростей. При тетрах намного лучше. Данный аспект решается только доп. измельчением?

 

Спасибо.

28 минут назад, karachun сказал:

Почему это? У меня все работало.

Все понял, гекса.... Попробуйте разбить геометрию на блоки. У вас же геометрия не очень сложная. Выделите часть геометрии у стенки и сможете там разбивать сетку отдельно.

Ну или задавайте не постоянный размер, Sizing Bias или как-то так.

 

Вы же выполняли процедуру сеточно сходимости? Т.е. мельчили сетку до упора, когда результат уже не изменяется или практически не изменяется?

Если вы просто сделали сетку которая по вашим ощущениям достаточно мелкая и сеточную сходимость не выполняли то это не правильно. Чем вы докажете что сетка достаточно мелкая. Восклицания "мамой клянусь" недостаточо.

Трение включали, какие y+ на стенках, а какие y+ должны быть согдасно требованиям вашей пристеночной функции? Иногда если не соблюдать эти требования и делать высоту первого элемента меньше или больше рамок дозволенного пристеночной функцией то можно сильно ошгииться с трением. вплоть до того что модель откажется считаться. Но это все зависит от самой пристеночной функции, читайте описание вашей пристеночной функции в справке.

 

Изменено 16 декабря 2021 пользователем Another14

[karachun 2 038]

8 минут назад, Another14 сказал:

Попробую тонкий слой 1-3 мм выделить около стенки и там сделать либо inflation либо очень мелкую сетку.

Там надо не Inflation а мелкая сетка. если у вас Гекса. При чем сетка должна быть с переменным шагом, у стенки она будет мельче а со стороны ядра потока - больше.

Вот видео если не знаете как задавать переменный шаг.

Изменено 16 декабря 2021 пользователем karachun