Симметричная задача в Flow Simulation

[korlion 1]

Здравствуйте, уважаемые форумчане! 

Вопрос в следующем: при внешней задаче симметричного тела (допустим, шарик) задаю расчётную область с условием симметрии по оси Y.  Модель обдувается потоком по оси X (-10 км/ч).

Всё вроде бы хорошо, и по эпюрам процесс выглядит как надо, и силы по осям X и Y похожи. Вопрос: Почему возникает отрицательная сила сопротивления по оси Z, которая больше даже сопротивления по оси X?

[a_schelyaev 366]

Что значит сила сопротивления по оси Z?

[korlion 1]

Имеются ввиду силы по осям X,Y,Z

[korlion 1]

[LazyBitch 275]

18 часов назад, korlion сказал:

Почему возникает отрицательная сила сопротивления по оси Z, которая больше даже сопротивления по оси X?

Коллега, возможно, таким образом сказывается влияние фланговой (боковой) стенки. В зависимости от особенностей задачи размер домена (расчетной области) должен быть достаточно большим, чтобы граничные условия не оказывали влияния на объект моделирования.
Попробуйте увеличить длину и ширину расчетной области и дать мягкие граничные условия (например, заменить стенку на скорость).

[Jesse 960]

19 часов назад, korlion сказал:

Почему возникает отрицательная сила сопротивления по оси Z

потому что, очевидно, у вас нет симметрии по оси Z ))))
И при обтекании для любых чисел Рейнольдса будет возникать перепад давления

Изменено 11 декабря 2021 пользователем Jesse

[MotorManiac 130]

27 минут назад, Jesse сказал:

потому что, очевидно, у вас нет симметрии по оси Z ))))

Сложно сказать, но в данной программе лучше не пилить геометрию как в ансисе, а задавать симметрию посредством расчетной области.

[karachun 2 038]

@korlion Так а в чем проблема?

В полной модели сила по Z (без вихрей фон Кармана, представим что течение за сферой симметрично) будет нулевой так как у вас одна половина будет давить по направлению Z с усилием +9.821 Н а вторая с усилием -9.821 Н а в сумме получится 0.

Вообще нельзя эту силу называть сопротивлением, она же перпендикулярна плоскости симметрии, эта сила вам ничего не даст.

Вот в полной модели, если при заданных параметрах течения за сферой возникнут вихревые дорожки вот тогда будет интересно какую боковую силу они будут вызывать.

[piden 2 874]

On 12/10/2021 at 6:18 PM, korlion said:

Вопрос: Почему возникает отрицательная сила сопротивления по оси Z, которая больше даже сопротивления по оси X?

Как любой CFD код получает значение силы, действующей на какую-либо поверхность? Берется интеграл давления по площади этой поверхности. Плюс интеграл касательных напряжений по этой поверхности, но об этом пока не будем. Рассмотрим только первый интеграл, который по давлению.

 

На пальцах: для каждого элементика поверхности находится среднее значение давления (обычно берется значение давления из центра ячейки, прилегающей к этому элементику) и умножается на площадь этого элементика -- получаем результирующую силу. Умножаем ее на направление нормали этого элементика -- получаем значения сил по глобальным осям для этого элементика. Находим такие значения для всех элементиков поверхности, суммируем -- ура, у нас есть силы по осям!

 

Но какое же именно давление берется для расчета силы? Оказывается, их много всяких разных. Понятно, статическое, динамическое... Просто давление (которое называется абсолютным в других CFD-кодах), относительное давление (relative pressure), которое равно местному статическому минус значение давления, заданного в настройках проекта (которое обычно 1 атм). И FlowSimulation вот как раз это самое relative pressure и использует для расчета сил!

 

Чтобы несколько упростить себе жизнь с определением нормалей к элементарным ячейкам поверхности, возьмем вместо полусферы полукубик. Снова среда воздух, 1 атм и 10 м/с по -X. Снова получаем отрицательную силу по Z. Но теперь за нее почти полностью ответственна одна грань, направление нормали к которой неизменно в любой ее точке:

 

 

Под Average ФлоуСимулейшен подразумевает среднее по площади. Берем Average Relative Pressure (-25.21 Па, которое, о чудо! как раз Average Pressure - Average Reference Pressure), умножаем на площадь (0.0025 м2), и получаем -0.063 Н. Что довольно близко к -0,064 Н, полученных программой. Разница - то ли силы вязкости, которые, по идее, всегда касательны к поверхности, то ли еще какие округления.

 

Можно представить все с другой стороны: что опорное давление 101325 Па действует и там, где нету расчетной области, с другой стороны полукубика. И тогда все норм: полукубик обтекается потоком, там скорость больше, а давление, следовательно, меньше опорного 101325 Па. Вот полукубик (или полусферу, как в оригинале) силы зла потока и пытаются затянуть по-глубже в расчетную область, т.е. прилагают к нему силу в направлении -Z.

 

That's all folks!

 

Подайте мою шпагу и плащ...

 

[a_schelyaev 366]

Мне как-то раз человек из вполне приличного КБ по ракетам такой же вопрос задавал. Причем с апломбом - мол, что за шляпу тут мне насчитали, я тут в Ансисе 100 лет считаю и ничего, а вы!