Обтекание сборки твэлов

[Maks001 1]

Здравствуйте!

boundary condition in fluent

Подскажите пожалуста, как называется граничное условие во fluent для поверхности нормаль к которой направленна вдоль оси Z, при котором нормальная составляющая скорости равна 0 (вдоль оси Z), а тангенциальная нет (вдоль оси X и Y).

В программе OpenFOAM данной граничное условие называлось Slip для скорости и zerogradient для скалярных величин ( p, k, omega,...).

Просто мне это нужно, чтоб уменьшить расчетную область в 2 раза, т.е. разделить ее пополам, и моделировать только половину задачи, так ресурсов на всю не хватает.

И что вы думаете по поводу данной сетки и как ее можно улучшить. Числа Re в диапазоне от 1500 до 3000. Скорость на входе (слева ) от 1.54 до 3 м/с.

И вот еще картинки.

Как лучше бить два куска спереди и сзади от твэлов, которые нужны для установления профиля скорости.

В данном случае геометрия склеена. Но можно разбить и по отдельностию

[a_schelyaev 366]

В зависимости от того, как будет моделироваться погранслой, будет меняться и количество пристеночных ячеек. В классике нужно делать между цилиндрами 10 ячеек, причем еще и чтобы высота ячейки менялась не более чем в 1,2 раза.

Будет весело.

:)

Поэтому, по возможности, сводят задачу к модели пористой среды.

[Игорь (Москва) 1]

Во Флюенте есть условие Symmetry.

А у вас наверное можно вообще четверть конструкции считать.

Насчет улучшения сетки - надо измельчать. 10 ячеек на минимальный элемент тела - это необходимый минимум.

А вообще - какая задача? Что и зачем хотим получить? Действительно ли надо считать СТОЛЬКО труб?

С уважением,

Игорь

[Maks001 1]

А что на счет граничного условия, ставить symmetry?

на ту граничную поверхность которая возникает, если данную геометрию уменьшить в 2 раза по оси Z. Т.е. относительно которой геометрия симметрична.

И какую лучше бить геометрию сеткой ( сетку делаю в Workbench, делает долго гад и совсем не параллелит):

1) когда бьешь всю геометрию вместе (т.е. то, что представлено выше);

2) когда бьешь геометрию составленную из 3-х частей (данные части бьются по отдельности);

Дополнительные картинки для второго случая привел.

В этом случае хуже то, что ячейки получаются одного размера и не сгущаются к твэлам, в результате этого получается огромное количество элементов (особенно в случае треугольников)).

Изменено 18 марта 2011 пользователем Maks001

[Maks001 1]

Во Флюенте есть условие Symmetry.

А у вас наверное можно вообще четверть конструкции считать.

Насчет улучшения сетки - надо измельчать. 10 ячеек на минимальный элемент тела - это необходимый минимум.

А вообще - какая задача? Что и зачем хотим получить? Действительно ли надо считать СТОЛЬКО труб?

С уважением,

Игорь

Здравствуйте!

Да на счет симметрии я так и подумал, просто хотелось, чтоб мои догадки кто-нибудь подтвердил, спасибо.

Хочу получить совпадение с экспериментальными данными (эксперимент делали в институте). В эксперименте участвовала представленная геометрия 31*8 трубок обтекаемых потоком жидкости. По бокам сверху, снизу, спереди и сзади (по всем сторонам) стенки (wall). Слева - вход (velocity inlet). справа - выход (pressure outlet). Вот все граничные условия.

Моделировать можно в лучшем случае половину с использованием условия Symmetry иначе нарушаться условия эксперимента и данные с ним не совпадут.

На счет четверти можно, но в эксперименте мерили полный перепад.

А так комп у меня не очень мощный и задача для него достаточно тяжелая (на домашнем компе считаю, не на кластере) и особенно долго сетка строиться - часами (3 и более), так как построение сетки не параллелится в Workbench (Ansys 12.1). Не знаете как рапараллелить построение сеток в Workbench. И какой тип сеток лучше использовать: треугольники или квадраты? Т.е. Automatic, Тетраэды, Гексаэдры, Sweep метод или MultiZone?

В данном случае был использован метод Automatic.

Скорость же потока на входе низкая - от 1.54 до 3 м/c. Т.е. Re=1500 - 3000. Почти ламинарное течение.

Насчет построения сетки можете посоветовать как ее лучше сделать, 10 ячеек это между твэлами (циллиндрами). Диаметр твэла d = 1.48 мм. Шаг между твэлами S = 1.9 мм.

В результате всего надо получить совпадение с экспериментальными данными. Пока что сделать на данной сетке с использованием laminar, k-epsilon, rek-epsilon и k-omegaSST моделей не удалось.

С уважением,

Максим

На счет сетки лучше наверное в другой раздел обратиться (Сеточные генераторы — подфорумы) или тут тоже можно, потому что сетка неотрывно связана с решением?

С уважением,

Максим

Изменено 18 марта 2011 пользователем Maks001

[Игорь (Москва) 1]

Насчет workbench - ниего не скажу. Я по старинке в Гамбите рисую.

Насчет сетки - вы оценивали какое количество ячеек получается?

Можно все засыпать тетрой и преобразовать её в полихедру - только надо делать на машине где памяти неск гигов. И это будет ДОЛГО. зато сетка получится потом очень хорошая.

В плане сетки я страюсь делать хексу. Но может я просто не умею делать качественные треугольники. А квадратики понятней.

С уважением, Игорь

[Maks001 1]

Насчет workbench - ниего не скажу. Я по старинке в Гамбите рисую.

Насчет сетки - вы оценивали какое количество ячеек получается?

Можно все засыпать тетрой и преобразовать её в полихедру - только надо делать на машине где памяти неск гигов. И это будет ДОЛГО. зато сетка получится потом очень хорошая.

В плане сетки я страюсь делать хексу. Но может я просто не умею делать качественные треугольники. А квадратики понятней.

С уважением, Игорь

hexa - 1164352

tetra - раза в 3 больше точно

Но это на недостаточно качественной сетке, картинки которой выложил.

А в Гамбите сложно сетку по геометрии построить? Просто в workbench этот процесс максимально упрощен.

А на счет преобразования тетры и в полихедру? Как это сделать и есть ли преимущество перед hexa сеткой?

С уважением,

Максим

Изменено 18 марта 2011 пользователем Maks001

[Maks001 1]

А вот такое качество сетки, по-моему даже слишком мелкая.

С уважением,

Максим

[a_schelyaev 366]

Проливать объем чем собрался?

[MotorManiac 130]

А зачем для перепада давления расчитывать именно такой объем-геометрию ? Можно же порешать эквивалентную задачу, например, уменьшить проходное сечение в свету для жидкости/газа/, естественно с сохранением скоростей=> чисел Re, перепад от этого не измениться, зато можно будет сильно уменьшить расчетную сетку. Я бы даже больше сказал, что перепад будет зависить только от числа Re (от скорости), и кол-ва рядов по движению газа/жидкости/ и все.

[Игорь (Москва) 1]

Да.

1e6 ячеек - прилично. Хотя конечно не смертельно. Я правда больше чем миллион не делал, но здесь народ вроде делает и существенно больше.

"А в Гамбите сложно сетку по геометрии построить?"

Ну интерфейс в плане рисования у гамбита фиговый. Можно использовать такую связку - рисовать геометрию в SolidWorks, а сетку строить уже в Gambite.

Я делаю так - вначале ставлю точки на линиях, потом уже делается сама сетка на плоскости. Можно выставить все коэффициенты роста ячеек, и вообще - сделать все по правилам и красиво. Но - это долго - в смысле что надо возиться с каждой линией. А в 3D случае - работы еще будь здоров сколько прибавляется.

"Просто в workbench этот процесс максимально упрощен." Надо попробовать. По нему хэлп есть?

"А на счет преобразования тетры и в полихедру? "

Это команда во Флюенте - нажимаете кнопочку - и идете обедать. Или домой. А утром результат смотрите.

"Как это сделать и есть ли преимущество перед hexa сеткой?" Сетка уменьшается в несколько раз (раз в 5-6). Качество считается самым высоким. Я пробовал простые задачки решать на полихедре, но чем это было лучше чем хекса - не скажу.

Для преобразования в полихедру нужна шустрая машина и много памяти. Несколько гигов точно. (Соберите на ночь со всего отдела память - утром вернете).

С уважением,

Игорь

[Maks001 1]

Здравствуйте! Спасибо за советы.

Проливать объем чем собрался?

Водой, обычной, при комнатной температуре 20 градусов.

А зачем для перепада давления расчитывать именно такой объем-геометрию ? Можно же порешать эквивалентную задачу, например, уменьшить проходное сечение в свету для жидкости/газа/, естественно с сохранением скоростей=> чисел Re, перепад от этого не измениться, зато можно будет сильно уменьшить расчетную сетку. Я бы даже больше сказал, что перепад будет зависить только от числа Re (от скорости), и кол-ва рядов по движению газа/жидкости/ и все.

Да я в принципе с этим согласен, но вот мой руководитель в институте говорит, что тогда получится другая задача.

Во первых длина трубок (твэлов или дырок) в данном примере равна 10 мм ( при использовании условия симметрии, можно решать половину задачи и тогда длина составит 5 мм). Так же проходил эксперимент, когда длина трубок была равна 70 мм и надо сказать, что результаты довольно сильно отличаются от 10 мм.

Когда я спросил можно ли моделировать 1 рад (или 2) длиной в 31 трубку - мне сказали, что нельзя и что результаты тогда будут отличаться. Может потому, что стенки, которыми ограничен поток жидкости так влияют.

Пока еще не сумел построить хорошую сетку в Workbench для 10 мм (5), говорить о 70 (35, при использовании symmetry) не приходиться.

"А на счет преобразования тетры и в полихедру? "

Это команда во Флюенте - нажимаете кнопочку - и идете обедать. Или домой. А утром результат смотрите.

"Как это сделать и есть ли преимущество перед hexa сеткой?" Сетка уменьшается в несколько раз (раз в 5-6). Качество считается самым высоким. Я пробовал простые задачки решать на полихедре, но чем это было лучше чем хекса - не скажу.

Для преобразования в полихедру нужна шустрая машина и много памяти. Несколько гигов точно. (Соберите на ночь со всего отдела память - утром вернете).

С уважением,

Игорь

Т.е. во Fluent из tetra сетки ( без hexa ) Mesh/Polyhedra/Convert Domain - вроде так?

А Mesh/Polyhedra/Convert skewed cells кому-нибудь помогало понизить skew (скособоченность) сетки? это применимо только к tetra или к любой сетке (и к hexa тоже)?

А так в принципе hexa точнее, чем tetra или все от размера элемента зависит ( имеется ввиду при равных размерах элемента)?

А что Вы можете сказать о программе ICEM CFD, которую если запускать отдельно от Workbench. Она выглядит (интерфейс) совсем не так как в Workbench, и как говорят даже параллелится в отличии от него. А то это просто тяжело смотреть как медленно Workbench сетки строит.

С уважением,

Максим

Изменено 19 марта 2011 пользователем Maks001

[MotorManiac 130]

Да я в принципе с этим согласен, но вот мой руководитель в институте говорит, что тогда получится другая задача.

Во первых длина трубок (твэлов или дырок) в данном примере равна 10 мм ( при использовании условия симметрии, можно решать половину задачи и тогда длина составит 5 мм). Так же проходил эксперимент, когда длина трубок была равна 70 мм и надо сказать, что результаты довольно сильно отличаются от 10 мм.

Когда я спросил можно ли моделировать 1 рад (или 2) длиной в 31 трубку - мне сказали, что нельзя и что результаты тогда будут отличаться. Может потому, что стенки, которыми ограничен поток жидкости так влияют.

Пока еще не сумел построить хорошую сетку в Workbench для 10 мм (5), говорить о 70 (35, при использовании symmetry) не приходиться.

А расход был одинаковый ? Если расход был одинаковый при различных проходных сечениях, то скорости были не равны. Кстати, в расчете будет учитываться разогрев жидкости и как следствие изменение вязкости и числа RE ? можно еще учитывать тепловое расширение и как следствие увеличение скорости и увеличение RE

PS а может просто по формулам посчитать ? :)

[Maks001 1]

А расход был одинаковый ? Если расход был одинаковый при различных проходных сечениях, то скорости были не равны. Кстати, в расчете будет учитываться разогрев жидкости и как следствие изменение вязкости и числа RE ? можно еще учитывать тепловое расширение и как следствие увеличение скорости и увеличение RE

PS а может просто по формулам посчитать ? :)

Разогрев жидкости и тепловое расширение учитываться не будут, т.е. данная задача чисто гидродинамическая без уравнения энергии.

На счет расхода и скоростей скажу так: расход для канала с трубками длиной 10 мм и 70 мм менялся в разных диапазонах и скорость соответственно тоже. Но судя по результатам эксперимента, если интересно могу выложить их полностью, при одинаковых скоростях (т.е. для 70 ти расход при сравнении был больше) (v=G/Sвх , G измерялся в м^3/час) результаты по перепаду давления (на картинке по гидравлическому сопротивлению (синим - 10 мм, красным - 70 мм) получаются разные (судя по эксперименту).

Например при скорости 1,54 м/c: 2,08*10^5 Па (для 10-ти мм) и 6,37*10^4 Па (для 70-ти мм).

По приведенным в этой теме рекомендациям увеличил число разбиений между твэлами (трубками) - теперь порядка 10-11.

В результате этого совпадение с экспериментом почти достигнуто:

До этого на крупной сетке (раза в 2 точно) результаты отличались в большую сторону в 2 раза ( 3,77*10^5 для 2,08*10^5 и 9*10^5 для 5*10^5 ).

После измельчения сетки стало: ( 2*10^5 для 2,08*10^5 и 5,46*10^5 для 5*10^5 ). Т.е. отклонение в 4% и 10% соответственно. Если измельчить еще сетку, то наверное во втором (10%) случае будет по точнее. Модель турбулентности k-omega SST.

Ниже приведены графики по гидравлическому сопротивлению из эксперимента для 10 и 70 мм (длина твэлов).

А также приведена картинка сетки, не самой лучшей, т.к. на верхней, нижней стенке и после трубок (где жидкость вытекает) недостаточно мелкая сетка. В дальнейшем думаю как это исправить. А между твэлами сетка достаточно хорошая. Сетка Hexa. Порядка 1 миллиона эл-тов.

Так же привел график сходимости и график изменения перепада давления в зависимости от числа итераций для скорости на входе 2,64 и перепада давления 5*10^5 (по эксперименту).

С уважением,

Максим

Изменено 19 марта 2011 пользователем Maks001

[Maks001 1]

Здравствуйте!

Можете подсказать как нужно контролировать решение. Допустим я получил результат близкий к эксперименту. Нужно же еще результат оценить по сходимости (residials), по массовому дисбалансу и для моего случая можно еще по скорости (чтоб на выходе не была больше чем на входе).

1) В результате наблюдения за графиком сходимости (residials) заметил странную вещь: сначала residials падают до 10^-3 на 50 итерации примерно (но экспериментального значения результаты не достигают), потом немного возрастают и почти устаканиваются достигая почти экспериментального значения на 300-600 итерациях (10% отклонения из-за качества сетки наверное, т.к. при меньших скоростях (числах Re) отклонения меньше).

2) C чем это связано не подскажете. Графики сходимости и зависимости перепада давления от числа итераций привел. Результаты для k-omega SST модели ( 2.64 м/c, Re=3670 ).

Пробовал считать laminar моделью, т.к. число Re=3000, но результаты получились гораздо хуже. K-epsilon standart моделью нормальных результатов получить тоже не удалось.

Думаю еще посчитать rek-epsilon моделью.

А так получается, что лучше, чем результат, полученный k-omega SST моделью и не получишь?

3) Если же расписать процесс сходимости более подробно, то он выглядит так:

точное значение перепада давления при ( 2.64 м/c, Re=3670 ) из эксперимента составило 5*10^5 Па

В зависимости от числа итераций для k-omega SST модели:

iter continuity pressure (перепад давления)

_25 7.8772e-03 4.8157e+05

_50 3.1429e-03 4.6571e+05

100 3.3410e-03 4.6848e+05

137 3.9955e-03 5.0002e+05

150 4.1494e-03 5.1135e+05

200 3.9212e-03 5.3949e+05

250 3.7343e-03 5.4377e+05

300 3.6119e-03 5.4653e+05

350 3.5080e-03 5.4861e+05

400 3.4029e-03 5.4881e+05

450 3.1666e-03 5.4808e+05

500 2.9917e-03 5.4747e+05

550 2.8615e-03 5.4557e+05

586 2.8579e-03 5.4472e+05

Т.е. исходя из представленного на 137 итерации был получен правильный результат, но в результате дальнейшего расчета он изменился в худшую сторону.

С чем это связано?

Так же во время расчета с 146 по 162 итерацию в ходе решения писалось следующее:

146 reversed flow in 1 faces on pressure-outlet 10012.

157 reversed flow in 15 faces on pressure-outlet 10012.

Что это означает и с чем связано и как влияет на результат?

Просто когда считал k-omega SST моделью при меьшей скорости на входе 1.54 м/с этого не происходило.

4) Интересует главным образом то как определить необходимое число итераций при котором достигается нормальное решение?

Или же поступать следующим образом: считать до тех пор пока значения не перестанут меняться или будут колебаться в малых пределах вокруг некоторого числа (результата расчета), но для этого необходимо очень большое число итераций (600) и решение получается очень долгим. как найти компромисс?

5) И еще вопрос надо ли следить за параметром Y+, т.к. у меня он получается равным 20.

С уважением,

Максим

Изменено 20 марта 2011 пользователем Maks001

[Игорь (Москва) 1]

Сделаю несколько общих замечаний, может будут полезными.

1. Сравнение эксперимента и расчета. Какая погрешность эксперимента? Погрешность расчета оценить несколько сложнее - но кое-что уже ясно - влияние типа сетки, разных моделей, и т.п... Это все даст некий коридор значений.

2. Модель Ментера - это хорошая модель. На сегодня наверное самая лучшая (если не брать DES-LES-DNS - ну это отдельная песня)

3. 600 итераций - это НЕМНОГО.

С уважением,

Игорь

[MotorManiac 130]

(v=G/Sвх , G измерялся в м^3/час) результаты по перепаду давления (на картинке по гидравлическому сопротивлению (синим - 10 мм, красным - 70 мм) получаются разные (судя по эксперименту).

Например при скорости 1,54 м/c: 2,08*10^5 Па (для 10-ти мм) и 6,37*10^4 Па (для 70-ти мм).

Интересно конечно, почему перепад разный получается, а погран. слой не посмотреть в расчетах (для 10мм) ? или там сетка загрублена сильно.

[Maks001 1]

Интересно конечно, почему перепад разный получается, а погран. слой не посмотреть в расчетах (для 10мм) ? или там сетка загрублена сильно.

Здравствуйте!

График, который представлен выше - это результаты эксперимента, а не расчета.

Пока удалось на среднем качестве паршивости сетки рассчитать для длины трубок 10 мм моделью k-omega SST. Из графика (по оси Х - перепад давления, по оси Y - скорость на входе) видно, что с погрешностью в 20% результаты совпадают. В ходе расчета надо было получить перепад давления. Дальнейшие эксперименты с разными моделями (например, re k-epsilon) и разным качеством сеток пока провести не успел.

По поводу качества сетки - 10 элементов примерно между трубками, как рекомендовали.

С уважением,

Максим

Изменено 21 марта 2011 пользователем Maks001

[MotorManiac 130]

А вот такой вопрос, число Ре расчитывается исходя из какой скорости ? средней по каналу, т.е. расход разделить на сечение канала или расход разделить на сумму проходных сечений м/у элементами (во втором случае скорость будет больше) ? И все-таки я не понимаю почему при различных скоростях (это график перепада давления от "истинно средней скорости"), для 70мм и для 10мм мы имеем разные перепады давления, с тем что изменится потребляемая мощность на перекачку среды, с этим я согласен, но почему перепады разные ?

[Maks001 1]

А вот такой вопрос, число Ре расчитывается исходя из какой скорости ? средней по каналу, т.е. расход разделить на сечение канала или расход разделить на сумму проходных сечений м/у элементами (во втором случае скорость будет больше) ? И все-таки я не понимаю почему при различных скоростях (это график перепада давления от "истинно средней скорости"), для 70мм и для 10мм мы имеем разные перепады давления, с тем что изменится потребляемая мощность на перекачку среды, с этим я согласен, но почему перепады разные ?

Число Re считал (оценивал) так: Re=Ux*dг/Nu, Ux-средняя скорость на входе, dг- гидравлический диаметр входа или того места где трубки (пока не определился, но разница не велика: 0.0121 для входа против 0.01389 м для решетки твэлов (для длины трубок 10 мм)), Nu=10^-6 - кинематическая вязкость для воды (20 градусов). Ux меняется от 1.54 до 3 м/с.

Дополнительно приведу картинки по расчету скорости и геометрическим параметрам модели.

Расход измерялся в G=0,45 м3/час в эксперименте (поэтому делим на 3600, чтоб перевести в м3/с).

Исходя из схемы поперечного сечения канала можно понять почему задачу можно разрезать пополам, а вот почему нельзя на 4 части разрезать уточню сегодня.

Плюс добил геометрические параметры модели.

С уважением,

Максим

Изменено 22 марта 2011 пользователем Maks001