ANSYS CFX - Почему результат не симметричен?

[SimonDm 0]

Привет всем.

Вот считал ввод газа в аппарат через лопастное устройство. Вот что вышло...

Как видите, модель симметричная, а результы нет... ПОЧЕМУ ТАК?

Заранее спасибо!

2. Mesh Report

Table 2. Mesh Information for VesselGIVS_006

Domain Nodes Elements

Default Domain 619061 3509309

3. Physics Report

Table 3. Domain Physics for VesselGIVS_006Name Location Type Materials Models

Default Domain CREATED_MATERIAL_8 Fluid Air Ideal Gas Heat Transfer Model = Isothermal

Turbulence Model = k epsilon

Turbulent Wall Functions = Scalable

Buoyancy Model = Non Buoyant

Domain Motion = Stationary

Table 4. Boundary Physics for VesselGIVS_006Domain Name Location Type Settings

Default Domain IN IN Inlet Flow Regime = Subsonic

Normal Speed = 10 [m s^-1]

Mass And Momentum = Normal Speed

Turbulence = Medium Intensity and Eddy Viscosity Ratio

Default Domain OUT OUT Outlet Flow Regime = Subsonic

Mass And Momentum = Average Static Pressure

Relative Pressure = 50 [atm]

Pressure Averaging = Average Over Whole Outlet

Default Domain Default Domain Default SOLID_1_1 Wall Wall Influence On Flow = No Slip

Wall Roughness = Smooth Wall

Изменено 25 августа 2008 пользователем SimonDm

[Dick 0]

1. Решение не сошлось.

2. Слишком крупная сетка.

[dmiantosha 11]

А может быть задача вообще не стационара и то что вы видете на картинки - промежуточный результат?

[chupal 0]

По-моему, dmiantosha прав. Решение явно хочет быть нестационарным . Если Вы ведете стационарный расчет, то желательно переключиться в нестационарный режим. Кстати, а есть ли подобное устройство в "железе"?. Изучался ли режим его работы экспериментально?

[SimonDm 0]

В железе это есть, но результатов у меня нет.

Как мне объяснил один человек, который считал подобные устройства в Floworks и CFX, результаты достаточно реалистичны. По его словам, гидравлическое сопротивление лопастей низкое, чтобы равномерно распределять с двух сторон. Здесь начинают играть роль турбулентные вихри на выходе из лопаток, которые влияют на газораспределение на входе на лопатку.

Таким образом, основное газораспределение происходит на первых 3х рядах лопастей, где скорость газа определяется скоростями в штуцере ввода. Т.е. при таком низком гидравлическом сопротивлении устройства, поток газа реагирует на малейшие турбулентные вихри.

Но для меня встает вопрос почему же газ уходит вправо, а не влево??? Турбулентные вихри крутятся только в одну сторону?

По-моему, dmiantosha прав. Решение явно хочет быть нестационарным . Если Вы ведете стационарный расчет, то желательно переключиться в нестационарный режим.

Пожалуйста, разъясните мне про стационарность и не стационарность... это имеется ввиду стационарность во времени???

[SimonDm 0]

Подскажите мне, пожалуйста, какую сетку лучше строить для такого типа задач? Я сейчас использую только тетра элементы, т.к. пока не знаю преимущества различных элементов и их оптимальное применение.

Делаю по простому... Задаю общий максимальный размер 50-100 мм (диаметр аппарата 1600 мм), и делаю Density на устройстве ввода 15-20 мм.

Где можно почитать про это (лучше на русском).

Заранее благодарю!

[chupal 0]

Пожалуйста, разъясните мне про стационарность и не стационарность... это имеется ввиду стационарность во времени???

Да, стационарность по времени. Если задача физически нестационарна, то есть параметры течения сильно колеблются по времени, то и расчет следует проводить нестационарный (точно не знаю, но по-моему в CFX он называется Transient, в отличие от стационарного Steady State). Дело в том, что при расчете Steady State шаг по времени в каждой ячейке выбирается свой, локальный для большей скорости сходимости решения. Но если стационарного решения не существует, то режим Steady State будет давать нефизичное решение.

[SimonDm 0]

Да, стационарность по времени. Если задача физически нестационарна, то есть параметры течения сильно колеблются по времени, то и расчет следует проводить нестационарный (точно не знаю, но по-моему в CFX он называется Transient, в отличие от стационарного Steady State). Дело в том, что при расчете Steady State шаг по времени в каждой ячейке выбирается свой, локальный для большей скорости сходимости решения. Но если стационарного решения не существует, то режим Steady State будет давать нефизичное решение.

А какое здесь может быть колебание во времени, если есть установившийся поток газа с постоянной скорость. Среднне давление на выходе тоже постоянно...

[chupal 0]

Подскажите мне, пожалуйста, какую сетку лучше строить для такого типа задач? Я сейчас использую только тетра элементы, т.к. пока не знаю преимущества различных элементов и их оптимальное применение.

Преимущество тетры - автоматический генератор сетки. Недостаток - слишком большое количество ячеек по сравнению, например с сетками, создаваемыми в ICEM Hexa, при одном и том же качестве разрешения особенностей течения. Но создавать сетки в Hexa труднее и дольше, чем пользоваться автоматическим генератором Tetra. Нужно самому придумать топологию сетки, примерно представлять особенности решения (где ячейки можно растянуть, где нельзя). Поэтому, если в начале расчета мало известно о физической картине течения, то начинайте с Tetra. А дальше уже решите, целесообразно ли связываться с гексой. Кстати, можно выбрать компромиссный вариант - гибридную сетку, когда в простых геометрических подобластях строится гекса, а в сложных тетра.

Что касается литературы, то, по-моему, например для ICEM CFD, лучше воспользоваться их собственным туториалом. Он, конечно, на английском, но там много картинок и разобраться в нем можно и не зная языка (заодно и английский подтянется).

А какое здесь может быть колебание во времени, если есть установившийся поток газа с постоянной скорость. Среднне давление на выходе тоже постоянно...

Колебания возникают из-за нестационарных вихрей. Почитайте в интернете про дорожку Кармана за цилиндром (это классическая иллюстрация подобного физического явления)

[Dick 0]

SimonDm,

Стационарных процессов в природе практически не встречается, всегда есть различного рода флюктуации из-за которых процессы протекают нестационарно.

Так и здесь. Любое отрывное течение, возникающее при обтекании чего-нибудь нестационарно, потому что поток всегда турбулизирован. Будут возникать изменения вихревой структуры, пульсации давлений, сил и т.д., в общем симметрии не будет. Но это касательно реальности.

В данном же примере имеем типичную стационарную задачу - на входе задана скорость и какая-то осредненная турбулентность. Так вот, эффект "нестационарности" в виде пульсации вихревых структур - результат грубой сетки, из-за которой расчетный домен получается несимметричным (сетка ведь не структурированная) и численной "погрешности". То что на картинке - это просто остановили расчет в один из моментом времени, то есть стационарный расчет не сошелся, либо не может сойтись из-за грубой сетки.

Не надо сейчас думать о нестационаре, моделирование нестационарной турбулентности - отдельный разговор. Просто надо дождаться численной сходимости расчета - увеличить physical timescale раз в десять и по необходимости сетку помельче сделать. Все пульсации исчезнут и картинка будет симметричной.

А вообще, надо было изначально порубить домен пополам с плоскостью симметрии.

[chupal 0]

SimonDm,

Стационарных процессов в природе практически не встречается, всегда есть различного рода флюктуации из-за которых процессы протекают нестационарно.

Так и здесь. Любое отрывное течение, возникающее при обтекании чего-нибудь нестационарно, потому что поток всегда турбулизирован. Будут возникать изменения вихревой структуры, пульсации давлений, сил и т.д., в общем симметрии не будет. Но это касательно реальности.

В данном же примере имеем типичную стационарную задачу - на входе задана скорость и какая-то осредненная турбулентность. Так вот, эффект "нестационарности" в виде пульсации вихревых структур - результат грубой сетки, из-за которой расчетный домен получается несимметричным (сетка ведь не структурированная) и численной "погрешности". То что на картинке - это просто остановили расчет в один из моментом времени, то есть стационарный расчет не сошелся, либо не может сойтись из-за грубой сетки.

Не надо сейчас думать о нестационаре, моделирование нестационарной турбулентности - отдельный разговор. Просто надо дождаться численной сходимости расчета - увеличить physical timescale раз в десять и по необходимости сетку помельче сделать. Все пульсации исчезнут и картинка будет симметричной.

А вообще, надо было изначально порубить домен пополам с плоскостью симметрии.

Dick, Вы пробовали считать по k-e дорожку Кармана за цилиндром? Вы действительно считаете, что можно ее (дорожку) "заглушить" просто измельчая сетку? Все, что Вы написали относительно турбулентных пульсаций верно, но только для мелкомасштабной турбулентности.

А вообще, надо было изначально порубить домен пополам с плоскостью симметрии.

Ага, и получить совсем другое, не соответствующее реальной физической картине, решение. Здесь все зависит от того, какую информацию Вы хотите получить от результатов расчета. Если нужна красивая симметричная картинка, то так можно сделать. Но если важны физические характеристики устройства, то так делать нельзя. Сильные колебания в решении могут свидетельствовать о реальных физических свойствах устройства. В реале это может проявляться шумом, вибрациями на определенных частотах и т.п.

[Dick 0]

Можно "заглушить" большим шагом по времени.

Что касается реальной физичной картины - а как определить насколько физична и реальна начальная турбулентность типа medium intensity и с чем ее сравнивать?

Разумеется все зависит от задачи и требований к результатам, я же сказал, что нестационарная турбулентность - отдельный разговор.

Я неоднократно "глушил" пульсации и получал физические характеристики устройств, а не просто картинки С умом подходить надо.

PS. Мультики с пульсациями гораздо красивей стационарных картинок Так что, наверное, я бы Ваш пост интерпретировал в обратном смысле :-)

[SimonDm 0]

Всем авторам спасибо за ответы

Раз уж речь зашла про сходимость, то возникает вопрос как (где) определить сколько нужно итераций, чтобы стационарное решение сошлось? Какие параметры в CFX характеризуют сходимость?

Я просто беру по умолчанию 100 итераций.

Еще раз заранее спасибо :)

Изменено 26 августа 2008 пользователем SimonDm

[Dick 0]

Смотреть уровень невязок - они должны упасть и стать постоянными. Вывести мониторинг балансов и сил на лопатках (в солвер менеджере New Monitor и т.д.) - балансы должны быть нулевыми, силы должны установиться. Можно где-нибудь по потоку расставить Monitor Points (это в препроцессоре в Output Control) и смотреть как устанавливается скорость в этих точках.

[chupal 0]

Можно "заглушить" большим шагом по времени.

Что касается реальной физичной картины - а как определить насколько физична и реальна начальная турбулентность типа medium intensity и с чем ее сравнивать?

Разумеется все зависит от задачи и требований к результатам, я же сказал, что нестационарная турбулентность - отдельный разговор.

Я неоднократно "глушил" пульсации и получал физические характеристики устройств, а не просто картинки С умом подходить надо.

PS. Мультики с пульсациями гораздо красивей стационарных картинок Так что, наверное, я бы Ваш пост интерпретировал в обратном смысле :-)

"Глушить" большим шагом по времени - это искусственное увеличение схемной вязкости. Можно и просто увеличить вязкость среды с 10-5 до 1 например. Но разве это будет корректный подход в получении решения?

Я неоднократно "глушил" пульсации и получал физические характеристики устройств, а не просто картинки С умом подходить надо.

Все зависит от реальных свойств системы. По-видимому эти пульсации в тех устройствах были незначительные и не оказывали на характеристики существенного влияния. Но (вернемся опять к дорожке Кармана), например вихревой след за цилиндром может оказывать существенное влияние на силы, действующие на цилиндр вплоть до разрушения конструкции (например дымоходные трубы).

PS. Мультики с пульсациями гораздо красивей стационарных картинок Так что, наверное, я бы Ваш пост интерпретировал в обратном смысле :-)

Да, но только времени на их получение на нескольно порядков требуется больше.

[SimonDm 0]

Смотреть уровень невязок - они должны упасть и стать постоянными. Вывести мониторинг балансов и сил на лопатках (в солвер менеджере New Monitor и т.д.) - балансы должны быть нулевыми, силы должны установиться. Можно где-нибудь по потоку расставить Monitor Points (это в препроцессоре в Output Control) и смотреть как устанавливается скорость в этих точках.

Общий смысл понял, потыркаюсь... :) спасибо.

[Dick 0]

"Глушить" большим шагом по времени - это искусственное увеличение схемной вязкости. Можно и просто увеличить вязкость среды с 10-5 до 1 например. Но разве это будет корректный подход в получении решения?

А почему бы и нет? Мы получаем не "заглушенное", а осредненное значение, которое имеет право на существование.

[chupal 0]

А почему бы и нет? Мы получаем не "заглушенное", а осредненное значение, которое имеет право на существование.

Имеет. Но все-таки под классической сходимостью численного решения к решению дифференциальных уравнений подразумевается независимость этого решения от размеров ячеек и шага по времени.

[SimonDm 0]

А имеет ли смысл в подобных задачах делать область ввода газа из ТЕТРА элементов, а область выше из ГЕКСА (еще и немного их вытянуть в вертикальном направлении)?

[chupal 0]

А имеет ли смысл в подобных задачах делать область ввода газа из ТЕТРА элементов, а область выше из ГЕКСА (еще и немного их вытянуть в вертикальном направлении)?

В Вашей задаче, как мне видится, имеет смысл делать гексу в межлопаточных областях. Здесь действительно можно сделать сетку погуще в направлении поперек межлопаточного канала и немного вытянуть вдоль размаха лопатки. Но сильно все равно лучше не вытягивать, поскольку по размаху лопатки параметры могут существенно меняться из-за влияния входного патрубка круглого сечения. Делать круглый входной патрубок (если я правильно понял, область ввода - отрезок трубы круглого сечения) из тетра при этом смысла нет, поскольку без особого труда его тоже можно сделать из гекса. Скорее сложности у Вас могут возникнуть с гекса-сеткой между лопатками. Вообще для этой задачи можно упростить себе работу, создавая тетра-сетку с призматическими слоями на стенках. Это позволит и хорошо разрешить пограничный слой и другие особенности течения (явное разрешение пограничного слоя важно для расчета мест отрыва потока на гладкой поверхности лопаток) и уменьшить трудозатраты по построению сетки.