массовый расход несопоставим со скоростью

[Red Ember 0]

Всем добрый день! Засел за CFX пару месяцев назад. Решаю задачу охлаждения силовых элементов ГТД. На данном этапе это сегмент кольцевого канала (pi/3), в середине которого находится обтекатель с охлаждающим потоком внутри (силовой элемент внутри еще не добавил). В итоге 2 течения - горячий газ в сегменте и охлаждение воздухом в обтекателе.

Проблема: массовый расход обоих течений несопостовим со скоростью потока! Например, в канале с продуктами сгорания 0,262 кг/с vs 230 м/с. Площадь сечения порядка 0.08 м^2, плотность около 0.9 кг/м^3, т.е. расход должен быть на 2 порядка выше. Немного о ГУ: вход - задаю профиль скорости, total temp=865 K, выход - stat.pressure=0. В домене указал смесь продуктов сгорания, задал все их свойства при T=865 K и давлении 2.5 атм.

В канале охлаждения задал один и тот же расход на входе и на входе, но скорость с расходом опять не согласуются.

Подскажите, наверно, я при задании ГУ где-то лопухнулся? Если нужны прочие данные, напишу.

Спасибо!

Изменено 21 августа 2011 пользователем Red Ember

[Rotor 0]

Всем добрый день! Засел за CFX пару месяцев назад. Решаю задачу охлаждения силовых элементов ГТД. На данном этапе это сегмент кольцевого канала (pi/3), в середине которого находится обтекатель с охлаждающим потоком внутри (силовой элемент внутри еще не добавил). В итоге 2 течения - горячий газ в сегменте и охлаждение воздухом в обтекателе.

Проблема: массовый расход обоих течений несопостовим со скоростью потока! Например, в канале с продуктами сгорания 0,262 кг/с vs 230 м/с. Площадь сечения порядка 0.08 м^2, плотность около 0.9 кг/м^3, т.е. расход должен быть на 2 порядка выше. Немного о ГУ: вход - задаю профиль скорости, total temp=865 K, выход - stat.pressure=0. В домене указал смесь продуктов сгорания, задал все их свойства при T=865 K и давлении 2.5 атм.

В канале охлаждения задал один и тот же расход на входе и на входе, но скорость с расходом опять не согласуются.

Подскажите, наверно, я при задании ГУ где-то лопухнулся? Если нужны прочие данные, напишу.

Спасибо!

Посмотрите распределения плотности по каналу. Может у вас где-то запирание происходит...

[IGL 8]

без картинок на ваш вопрос трудно ответить

[Red Ember 0]

плотность я ставил постоянной, т.е. предполагал несжимаемость. или не надо было так делать?

несмотря на то, что солвер выдал expansion factor 10000 и несколько "!", невязки относительно быстро (чуть более 100 приближений) пришли к 10^-4, domain imbalance составлял максимум десятые доли процента. Monitor points поставил в центрах входных и выходных сечений, возможности выбрать расход/скорость не было, поэтому поставил варианты давлений. Это постоянство на картинке что вообще означает? плохо/хорошо?

скорости на входе и на выходе из канала, где идут продукты сгорания:

На входе все как задавалось, но вот на выходе картина такая, как будто препятствий в канале нет...

Расход на входе слишком маленький:

А на выходе не то, что обратные токи - они вполне вероятны, т.к. канал слишком быстро заканчивается, - там вообще по результату весь газ обратно идет!

Изменено 22 августа 2011 пользователем Red Ember

[BadArtem 9]

"Подскажите, наверно, я при задании ГУ где-то лопухнулся?"

Прежде чем браться за решение сопряжённых задач теплообмена необходимо разобраться с более простыми вещами, например:

- "что означает параметр "mass flow", какова его математическая формулировка?

- какая должна быть сетка для получения корректного решения?

- какая комбинация граничных условий обеспечит устойчивое и физически корректное решение?

.........

и ещё очень много различных вопросов.

Потренируйтесь/поэкспериментируйте с CFX на простых задачах, где есть эксперимент - вы быстро поймёте что к чему.

С уважением, BadArtem

PS По сути вопроса отвечать рано - мы будем говорить с Вами на разных языках.

[Red Ember 0]

"Подскажите, наверно, я при задании ГУ где-то лопухнулся?"

Прежде чем браться за решение сопряжённых задач теплообмена необходимо разобраться с более простыми вещами, например:

- "что означает параметр "mass flow", какова его математическая формулировка?

- какая должна быть сетка для получения корректного решения?

- какая комбинация граничных условий обеспечит устойчивое и физически корректное решение?

.........

и ещё очень много различных вопросов.

Потренируйтесь/поэкспериментируйте с CFX на простых задачах, где есть эксперимент - вы быстро поймёте что к чему.

С уважением, BadArtem

PS По сути вопроса отвечать рано - мы будем говорить с Вами на разных языках.

1. mass flow - среднемассовый расход, насколько понимаю, если он измеряется в кг/с?

2. про корректность сетки для жанной задачи судить пока не могу. но если выдает "!", значит, надо что-то совершенствовать. другой вопрос - что и как?

3. на входе заданы скорость (профиль) и total temp., на выходе - stat.pressure (поставил равным 1 Па). Help Говорит, что это довольно устойчивый вариант. Разве нет? В канале охлаждения поставил бы давление на выходе, и это тоже был бы устойчивый вариант (опять же согласно help'у), но я его не знаю, потому и ставлю массовый расход.

На простых задачах (если речь о tutorial'е) потренировался, но от них проку немного.

По сути вопроса отвечать - давайте сперва попробуем, а там видно будет - рано, или нет. Вряд ли будет такая разница. Мне наводку надо хотя бы, возможно, дальше сам разберусь.

[BadArtem 9]

Ок, давайте попробуем.

=========================================

1. mass flow - среднемассовый расход, насколько понимаю, если он измеряется в кг/с?

да, это так. Но когда мы говорим "расход" мы подразумеваем расход через сечение (т.е. площадь). Так вот на какой площади вычисляется этот расход?

По рисункам: вы уверены, что поток втекает на выходе? Вектора строили? Знак + или - зависит от направления течения и направления нормали к поверхности.

=========================================

2. про корректность сетки для жанной задачи судить пока не могу. но если выдает "!", значит, надо что-то совершенствовать. другой вопрос - что и как?

По этому вопросу можно спокойно написать 1-2 странички текста, но для начала так:

Каждая модель турбулентности имеет свои требования по сетке. Это сказывается на устойчивости и точности расчётов. Обращать внимание стоит на минимальный угол, аспект и Yplus. В хелпе есть рекомендации по данным параметрам.

=========================================

3. на входе заданы скорость (профиль) и total temp., на выходе - stat.pressure (поставил равным 1 Па). Help Говорит, что это довольно устойчивый вариант. Разве нет? В канале охлаждения поставил бы давление на выходе, и это тоже был бы устойчивый вариант (опять же согласно help'у), но я его не знаю, потому и ставлю массовый расход.

Процитирую: "плотность я ставил постоянной, т.е. предполагал несжимаемость. или не надо было так делать?" Посмотрите любой учебник по газовой динамике. Зная свой режим (число М или перепад давлений) Вы поймёте, надо это делать в вашем случае или нет.

ГУ: этот вариант устойчивый, но необходимо добиться согласования заданного режима inlet: Ptot, Ttot outlet: Pstat, massflow с тем, что посчитает CFX. Поэтому можно задавать различные комбинации, но главное - чтобы сохранялась физика.

=========================================

На простых задачах (если речь о tutorial'е) потренировался, но от них проку немного.

Я про другие задачи: течение в трубке тока, в трубе, погранслой на пластине, теплообмен на пластине, цилиндре и т.п.

С уважением, BadArtem

[Red Ember 0]

Ок, давайте попробуем.

=========================================

1. mass flow - среднемассовый расход, насколько понимаю, если он измеряется в кг/с?

да, это так. Но когда мы говорим "расход" мы подразумеваем расход через сечение (т.е. площадь). Так вот на какой площади вычисляется этот расход?

По рисункам: вы уверены, что поток втекает на выходе? Вектора строили? Знак + или - зависит от направления течения и направления нормали к поверхности.

=========================================

2. про корректность сетки для жанной задачи судить пока не могу. но если выдает "!", значит, надо что-то совершенствовать. другой вопрос - что и как?

По этому вопросу можно спокойно написать 1-2 странички текста, но для начала так:

Каждая модель турбулентности имеет свои требования по сетке. Это сказывается на устойчивости и точности расчётов. Обращать внимание стоит на минимальный угол, аспект и Yplus. В хелпе есть рекомендации по данным параметрам.

=========================================

3. на входе заданы скорость (профиль) и total temp., на выходе - stat.pressure (поставил равным 1 Па). Help Говорит, что это довольно устойчивый вариант. Разве нет? В канале охлаждения поставил бы давление на выходе, и это тоже был бы устойчивый вариант (опять же согласно help'у), но я его не знаю, потому и ставлю массовый расход.

Процитирую: "плотность я ставил постоянной, т.е. предполагал несжимаемость. или не надо было так делать?" Посмотрите любой учебник по газовой динамике. Зная свой режим (число М или перепад давлений) Вы поймёте, надо это делать в вашем случае или нет.

ГУ: этот вариант устойчивый, но необходимо добиться согласования заданного режима inlet: Ptot, Ttot outlet: Pstat, massflow с тем, что посчитает CFX. Поэтому можно задавать различные комбинации, но главное - чтобы сохранялась физика.

=========================================

На простых задачах (если речь о tutorial'е) потренировался, но от них проку немного.

Я про другие задачи: течение в трубке тока, в трубе, погранслой на пластине, теплообмен на пластине, цилиндре и т.п.

С уважением, BadArtem

Расход вычисляется на площади входа в канал, равной 0,07715 м^2. Калькулятор выдает 0.2165 кг/с (ave) и 0.2589 кг/с (areaave). Как это сопоставить с ожидаемыми 15 кг/с?

По рисункам: вот векторы, по всей площади выходного сечения знак "-", т.е. поток должен идти в направлении, противоположном нормалям outlet'а, верно? Раньше такого не было (когда моделировал обтекание цилиндра в прямоугольном канале).

С сеткой начинаю ковыряться поглубже. Посмотрел, что выдает CFD-POST касательно y+: при моей постановке везде больше десятки, порой на порядок. Я inflation ставил только с наружной стороны обтекателя, на smooth transition все по умолчанию и на 5 слоев (получилась ерунда, см. пример ниже). Завтра перестрою сетку, добавив везде inflation с вариантом total thickness. Число слоев возьму 10, как help рекомендует для SST-модели, max thickness поставлю соответственно предполагаемой толщине погранслоя.

Насчет плотности согласен, просто месяц назад прислушался к совету поставить постоянство плотности, да так и оставил, а сейчас в help глянул, - там предлагают принять во внимание сжимаемость уже при M=0.2 и выше, а у меня при T=865K и скорости порядка 250 м/с Мах доходит до 0.5. Сейчас поставил всем 5 составляющим смеси продуктов сгорания свойство ideal gas, раньше просто ставил плотность, соответствующую T=865K.

По ГУ: выбрал именно вариант с заданием скорости, т.к. не нашел другой возможности построить ожидаемый профиль скорости.

В канале внутри обтекателя ставил на входе Total temperature и массовый расход, а на выходе - массовый расход, т.к. все остальные варианты вели к существенному "наложению" поверхностей и рекомендации поставить на выходе условие opening вместо outlet.

[BadArtem 9]

Расход вычисляется на площади входа в канал, равной 0,07715 м^2. Калькулятор выдает 0.2165 кг/с (ave) и 0.2589 кг/с (areaave). Как это сопоставить с ожидаемыми 15 кг/с?

Никак не сопоставить - ищите проблемы в ГУ и настройках домена. Видимо, что-то с плотностью и может быть со скоростями. Проще всего отработать постановку на модели канала без стойки, охлаждения и т.п.

По рисункам: вот векторы, по всей площади выходного сечения знак "-", т.е. поток должен идти в направлении, противоположном нормалям outlet'а, верно? Раньше такого не было (когда моделировал обтекание цилиндра в прямоугольном канале).

Не вижу ничего ненормального. Векторы построены по скоростям и показывают правильное направление. Отрицательна величина mass flow потому, что нормали направлены внутрь расчётной области.

С сеткой начинаю ковыряться поглубже. Посмотрел, что выдает CFD-POST касательно y+: при моей постановке везде больше десятки, порой на порядок. Я inflation ставил только с наружной стороны обтекателя, на smooth transition все по умолчанию и на 5 слоев (получилась ерунда, см. пример ниже). Завтра перестрою сетку, добавив везде inflation с вариантом total thickness. Число слоев возьму 10, как help рекомендует для SST-модели, max thickness поставлю соответственно предполагаемой толщине погранслоя.

Всегда контролируйте сетку или она начнёт контролировать вас. Это очень важная часть работы.

Осваивайте блочно-структурированный hexa meshing. Для лопаточных машин - самое лучшее.

Или ICEM tetra+prisma с очисткой геометрии от лишних геометрических элементов и ручной расстановкой размеров элементов на поверхности.

<cut> Сейчас поставил всем 5 составляющим смеси продуктов сгорания свойство ideal gas, раньше просто ставил плотность, соответствующую T=865K.

Надо ставить ещё Total Energy в настройках домена.

По ГУ: выбрал именно вариант с заданием скорости, т.к. не нашел другой возможности построить ожидаемый профиль скорости.

Можно ещё так:

на входе - Total Pressure Total Temperature и направление вектора скорости.

Выход - Pressure

В этом случае значение скорости и расход определяется в процессе расчёта. Этот подход работает только если расход получается правильный и этого добиться непросто.

В канале внутри обтекателя ставил на входе Total temperature и массовый расход, а на выходе - массовый расход, т.к. все остальные варианты вели к существенному "наложению" поверхностей и рекомендации поставить на выходе условие opening вместо outlet.

В такой постановке вы не указываете решателю уровень давлений в расчётной области. Для несжимаемой жидкости может и прокатит, а для сжимаемой - уже нет.

Общее замечание - легко получить "красивые картинки" которые будут значительно расходится с экспериментом. При этом идея CFD себя дискредитирует в глазах руководства, что имеет длительные стойкие последствия.

Это бывает тогда, когда пытаются выполнить сложный расчёт без достаточно длительной предварительной отработки его элементов.

Про себя скажу так: у меня начало "получаться" с первого раза только через ~1-1.5 года работы. Около трёх лет пришлось доказывать, что расчётам можно верить.

С уважением, BadArtem

[Red Ember 0]

Да, в домене продуктов сгорания у меня стояло условие Total Energy. В домене охлаждения стоит Thermal Energy.

Вообще скорости в обтекателе на порядок ниже, и я предполагал постоянную плотность воздуха, но сегодня все же поставил идеальный газ, mass flow, total temp. На входе и stat. press.=1 Па на выходе.

Переменная плотность не помогла (что касается расхода). Похоже, дело в сетке. Завтра прогоню самую простую задачу, надеюсь, расход покажет нормальный...

Правда, есть у меня подозрение, что я намудрил с параметрами составляющих газовой смеси. Я добавлял в материалы идеальные газы (составляющие), для которых указывал вязкость, теплоемкость, теплопроводность при T=865K (значение Total Temperature на входе). Попытаюсь поставить простые аппроксимации - полиномы второй степени от температуры. С опцией компонентов specified point еще разобраться не могу - для чего она? Просто как опорная точка?

С послесловием согласен полностью, но увы, начальство иногда не знает этого и знать не желает, ему результат подавай. Приходится выдавать наиболее физичные и правдоподобные результаты, а там, где сам полностью в правильности не уверен, изо всех сил нажимать на то, что необходим эксперимент, т.к. исходных данных недостаточно. Но опыт потихоньку накапливается. Сроки вполне резонные, по-другому вряд ли бывает.

Изменено 24 августа 2011 пользователем Red Ember

[stydentium 0]

Судя по картинке – сетка никак не пригодна для подобного расчета… по сложности задачи количество расчетных ячеек сеточной модели должно быть не меньше 1 млн., но построена она должна быть грамотно..!

ЗЫ: попробуйте для ПС сетки задать First Layer Thickness, а там поиграйтесь с величиной первого ПС…

Изменено 25 августа 2011 пользователем stydentium

[Red Ember 0]

Когда добавил силовой элемент внутрь обтекателя, число элементов перевалило за 11 млн. Но сетка построена на самом деле плохо, плюс все же надо было принять некоторые упрощения в геометрии (думаю, это основной мой промах). Из-за сложной геометрии получается существенный expansion factor - около 5000. Когда ставлю inflation, то появляется сообщение о перекрытии слоев, если только не ставлю очень малую толщину (например, total thickness), но в этом случае очень высокое соотношение объемов гексов слоя inflation и прилегающих тетраэдров, там expansion factor еще выше становится.

Пробую редактировать в ICEM, но он почему-то тормозит при простом повороте импортированной сетки и пересчитывает со скоростью 2% в час...

[BadArtem 9]

"Правда, есть у меня подозрение, что я намудрил с параметрами составляющих газовой смеси."

Возможно, это так. Предлагаю не задавать композицию газов, а задать чистый воздух с полиномом Cp(T) и законом Сазерленда для вязкости и теплопроводности. Если это часть ГТД, то при такой температуре потока, воздуха в нем должно быть намного больше, чем продуктов сгорания.

На всякий случай контролируйте число Прандтля: оно не должно сильно отклоняться от 0.7

И ещё: поставьте референсное давление в настройках домена равным нулю, а давление на выходе - 1 атм.

С уважением, BadArtem

[Red Ember 0]

Похоже, я неправильно как-то калькулятором пользуюсь... Вот сравнение двух вариантов:

Function: ave __________ Mass Flow

Location: inlet __________ inlet

Variable: Mass Flow _______ -

Значения: 0,075 kg/s ____ 19,7 kg/s

Похоже, CFD-POST отображает именно вариант слева, может быть, такие маленькие расходы на картинке - это просто суммарные расходы по 2-D поверхностям? И если сложить все, в сумме и выйдет 19,7 kg/s?

BadArtem,

да, идея хорошая, попробую. Воздуха и в самом деле в 5 раз больше по массе.

Изменено 26 августа 2011 пользователем Red Ember

[BadArtem 9]

такие маленькие расходы на картинке - это просто суммарные расходы по 2-D поверхностям? И если сложить все, в сумме и выйдет 19,7 kg/s?

правильная мысль. :)