Анализ во Flow Simulation_Тип_External

[nev_a 0]

Здравствуйте.

Изучаю FlowSimulation. Задачи пока "простые", я так понимаю FlowSimulation легко с ними справится. Весь вопрос правильно ли я всё делаю.

Суть задачи:

есть некоторые тела, погружённые в воду (выносные штанги, крепятся к корпусу судна, на штангах "висит" гидрографическое оборудование), хочется хотя бы приблизительно оценить силы, действующие на штанги. Исходными данными служат модели штанг и прогнозируемая скорость течения (если судно движется+скорость судна).

Соответственно задаче, проделал урок по FlowSimulation, который для цилиндра и набегающего потока.

После этого сделал модель трубы, 2 конфигурации. 1-я-просто труба, 2-я труба с отверстиями по контуру. Получил значения результирующей силы. У трубы с отверстиями она получилась больше. Это вроде логично. (Кстати, вообще это правильно, что для последующего расчёта на прочность я возьму значение этой равнодействующей?) Построил эпюры линий тока. Во вложении приведены картинки.

Меня смущают линии тока на картинке, полученной для трубы без отверстий, как-то странно они выглядят.

Как-будто образовывается некий "центр водоворота" (на картинке синие линии справа за трубой) из которого жидкость вначале движется навстречу основному потоку (к трубе), а затем разворачиваете и движется с основным потоком. Как считаете в какой мере это соответствует действительности?

Изменено 9 июня 2012 пользователем nev_a

[ccc44 53]

Меня смущают линии тока на картинке, полученной для трубы без отверстий, как-то странно они выглядят.

Как-будто образовывается некий "центр водоворота" (на картинке синие линии справа за трубой) из которого жидкость вначале движется навстречу основному потоку (к трубе), а затем разворачиваете и движется с основным потоком. Как считаете в какой мере это соответствует действительности?

Физика явления коротко есть в файле technicalreference.pdf (в 7-м солиде он называется по-другому). Это классика:

Начиная с некоторого числа Рейнольдса (безразмерный критерий, характеризующий соотношение сил инерции и сил вязкости) течение становится нестационарным – вихри сверху и снизу поочередно отрываются от поверхности, образуя вихревую дорожку Кармана (см. фиг 7.5 в том же файле). К сожалению, уже много лет переводов этих файлов так и не появилось.

[nev_a 0]

Спасибо за ответ. Я в курсе про число Рейнольдса и про то что линии тока жидкости должны (в моём случае) отрываться от задней поверхности трубы. Просто меня смущает непосредственно сама картинка (визуализация линий тока). На прикреплённой картинке (та которая со стрелочками-направлениями тока) непонятно откуда взялся некий "центр водоворота", создаётся впечатление что он "висит в воздухе". Возможно стоит увеличить количество линий на визуализации...но вроде не помогает...

Возник ещё один вопрос. Получил равнодействующую силу. Как её перекинуть в Simulation. Для внутреннего давления понятно, благо есть пример. Для анализа типа "external" как-то я не увидел подходящего примера. Кто сталкивался и решил для себя этот вопрос-подскажите пожалуйста!

P.S. Спасибо за подсказку про technicalreference.pdf, как-то я прошляпил этот файл!

[soklakov 1 479]

Картинки линий тока, которые Вы получаете, ничего общего с реальностью не имеют. Не знаю наверняка, как считает SW, но, скорее всего, осредняет уравнения Навье-Стокса по Рейнольдсу. А следовательно используется модель турбулентности. Предположительно, к-омега или к-эпсилон. А раз модель, то и картинки модельные. Насколько подходит настройка модели для Вашей задачи - решать Вам, проверяя на тестовых задачах. Если я правильно помню, в SW оставили два набора настроек - внешнее и внутреннее обтекание. CFD-шники тихо ржут в сторонке и SW как решалку не рассматривают в принципе.

Как инженеру же, стоит принять во внимание: в общем и целом с некоторой точностью различные модели турбулентности одинаково предсказывают осреденные интегральные характеристики, а именно - силу сопротивления и подъемную силу. К счастью, Вам они и нужны.

Так что ищите коэффициенты сопротивления для простых геометрических форм (цилидр 1,2) и сверяйтесь. Настраивать модель трубулентности SW Вам скорее всего не позволит, но может быть позволит сделать хоть какую-то приемлемую сетку, может быть даже хорошо разрешить погран-слой. Когда сможете без шаманства с одинаковыми настройками получать правильные коэффициенты сопротивления для разных форм - вперед к своей задаче.

[nev_a 0]

Спасибо за отклик. Буду разбираться. Попробую предложенный Вами подход. Конечно, хотелось "нажав пару кнопок" получить правильный результат. В очередной раз убедился, что так не бывает. Либо, как вариант, я нажал не на те "пару кнопок"=)

[ber2004 23]

..Настраивать модель трубулентности SW Вам скорее всего не позволит,...

Настройки модели турбулентности там есть, можно изменить некоторые константы.

[soklakov 1 479]

Конечно, хотелось "нажав пару кнопок" получить правильный результат. В очередной раз убедился, что так не бывает.

Есть такие варианты. DNS решение. Только компьютеров таких пока в мире нет.

Настройки модели турбулентности там есть, можно изменить некоторые константы.

Тем лучше)

[ccc44 53]

Возник ещё один вопрос. Получил равнодействующую силу. Как её перекинуть в Simulation. Для внутреннего давления понятно, благо есть пример. Для анализа типа "external" как-то я не увидел подходящего примера. Кто сталкивался и решил для себя этот вопрос-подскажите пожалуйста!

Статический анализ необходимо выполнять в той же конфигурации, что и обтекание. Сейчас попробовал по обычной схеме: Flow Simulation>Tools>Export Results to Simulation, а в статическом анализе: Внешние нагрузки>ПКМ>Воздействие потока. Однако при попытке вставить файл .fld солид с треском вылетел…

Критика FW понятна, поскольку справедлива. Но в данном случае картина обтекания должна быть адекватна. Для цилиндра есть валидный пример. Просто нужно правильно выбрать для просмотра линий тока зону течения:

Re=10. Течение установившееся. Оба вихря хорошо просматриваются.

[nev_a 0]

Я проделывал tutorial с цилиндром. Затем ещё самостоятельно проделывал "опыты" с коэффициентом лобового сопротивления для круглой пластинки разных диаметров. Коэффициент полученный в Flow, кстати, сходится с "табличным". Разница в пределах 5%. Плюс я ещё в расчётах Flow (площадь в формуле для коэффициента) "ПИ" задавал с точностью до 3 знака...

Верно замечено, что мне нужны интегральные характеристики и они вроде у меня получаются более-менее адекватные.

По поводу экспорта в Simulation, чего-то у меня тоже не получилось...

Статический анализ выполял в той же конфигурации, что и обтекание. Попробовал по схеме: Flow Simulation>Tools>Export Results to Simulation, а в статическом анализе: Внешние нагрузки>ПКМ>Воздействие потока. Окошко параметров потока неактивно:

Т.е. нагрузки не прикладываются...О_о

Правда в своём примере я пробовал не с жидкостью, а с воздухом...Но думаю не принципиально...

[ccc44 53]

Т.е. нагрузки не прикладываются...О_о

Правда в своём примере я пробовал не с жидкостью, а с воздухом...Но думаю не принципиально...

Может быть это связано с версией SW. В 2011 SP5 у меня это окно активно, но при вставке файла солид вываливается, в 2012 - импорт происходит, по ПКМ даже появляется фишка "эпюра давления", но она нулевая. А при решении задачи внутреннего течения давление в полости импортируется нормально.

[soklakov 1 479]

Критика FW понятна, поскольку справедлива. Но в данном случае картина обтекания должна быть адекватна. Для цилиндра есть валидный пример. Просто нужно правильно выбрать для просмотра линий тока зону течения:

Re=10. Течение установившееся. Оба вихря хорошо просматриваются.

Слишком маленькое Re. В приведенной задаче явно выше. Чем больше Re, тем дальше вытянутся вихри.

А отклонение картины от симметричной скорее всего результат несошедшегося решения. Мало добиться маленьких невязок, необходимо отследить выход на горизонталь интересующей характеристики (в данном случае сила сопротивления). Если SW позволяет это отслеживать - пользуйтесь.

[ccc44 53]

Слишком маленькое Re. В приведенной задаче явно выше. Чем больше Re, тем дальше вытянутся вихри.

А отклонение картины от симметричной скорее всего результат несошедшегося решения. Мало добиться маленьких невязок, необходимо отследить выход на горизонталь интересующей характеристики (в данном случае сила сопротивления). Если SW позволяет это отслеживать - пользуйтесь.

При Re>100 вихри начнут отрываться и симметрия нарушится. Понятно, что у автора оно на3-4 порядка выше. И поэтому результат на первом скриншоте в первом посте - неверный. Картина не может быть симметричной. Хотя интегральная характеристика, по словам автора, отличается на 5%.

SW позволяет отслеживать заданные параметры в процессе расчета.

[soklakov 1 479]

При Re>100 вихри начнут отрываться и симметрия нарушится.

Срыв вихрей считать бесполезно без опоры на эксперимент. URANS-модели теоретически необоснованы.

Грубая сетка и грубые схемы интегрирования позволят свести нестационарную задачу к стационарной.

Понятно, что у автора оно на3-4 порядка выше. И поэтому результат на первом скриншоте в первом посте - неверный. Картина не может быть симметричной. Хотя интегральная характеристика, по словам автора, отличается на 5%.

При грамотных настройках RANS размажет любые вихри и Вы получите стационарную картину, а в случае симметричной геометрии симметричные результаты.

[ccc44 53]

Срыв вихрей считать бесполезно без опоры на эксперимент. URANS-модели теоретически необоснованы.

Грубая сетка и грубые схемы интегрирования позволят свести нестационарную задачу к стационарной.

При грамотных настройках RANS размажет любые вихри и Вы получите стационарную картину, а в случае симметричной геометрии симметричные результаты.

Размазать дорожку Кармана не смог бы и сам Карман. При больших Re она, скорее всего, сама размазывается.

Какая-то опора на эксперимент у разработчиков пакета несомненно была. В файле, на который я ссылался в посте #2 есть даже график зависимости числа Струхаля от Рейнольдса – сравнение с экспериментальными данными. Пакет разработан командой отечественных программистов. Видимо в насмешку над этим ни хелп, ни файлы описания не переведены на русский. Я подозреваю, что осреднение Навье-Стокса там не по Рейнольдсу. Если интересно, посмотрите сами:

FS_.zip

Большое спасибо за работу с новичками и такими темными стариками как я.

[soklakov 1 479]

Какая-то опора на эксперимент у разработчиков пакета несомненно была.

Проблема вот в чем: RANS-модель турбулентности настраивается под характер течения. По сути, под геометрию. Разные геометрии - разные настройки. Для разных профилей лопаток, которые отличаются хорошо если на полградуса - подойдут одни и те же настройки. Для лопатки и крыла - может быть тоже несильно будут отличаться. Для крыла и спутниковой антенны - модели будут разительно отличаться, чтобы соглассовываться с экспериментом.

Под опорой на эксперимент я имел в виду опору на СВОЙ эксперимент, либо на очень близкий.

Но опять же, с интегральными характеристиками разные модели справятся более менее одинаково. А уж что там в хвосте получается, не суть важно, елси это дает разброс искомых результатов с необходимой точностью. Лишь бы решение устойчивое получать.

Размазать дорожку Кармана не смог бы и сам Карман. При больших Re она, скорее всего, сама размазывается.

Размазывается без проблем. Для того модели и придумали, чтобы DNS не считать.

график зависимости числа Струхаля от Рейнольдса – сравнение с экспериментальными данными.

Эти графики разные для разных форм. Плюс качественное различие демонстрируют гладкие формы(круг, ркыло) и формы с фиксированными точками срыва вихрей (квадрат, мост). Так что снова настройка модели.

[ccc44 53]

Эти графики разные для разных форм. Плюс качественное различие демонстрируют гладкие формы(круг, ркыло) и формы с фиксированными точками срыва вихрей (квадрат, мост). Так что снова настройка модели.

Я думал, мы ведем речь о цилиндре. Зависимость Sh(Re) используется, например, в бытовых счетчиках газа. В цилиндр, установленный поперек трубы вмонтированы датчики, регистрирующие пульсации давления от сходящих вихрей. В электронный блок введены эмпирические зависимости поправки полученные в эксперименте испытаниях конкретной партии.

[soklakov 1 479]

Я думал, мы ведем речь о цилиндре. Зависимость Sh(Re) используется, например, в бытовых счетчиках газа. В цилиндр, установленный поперек трубы вмонтированы датчики, регистрирующие пульсации давления от сходящих вихрей. В электронный блок введены эмпирические зависимости полученные в эксперименте.

Для цилиндра есть зависимости. И есть совпадение результатов расчета с экспериментом. Но даже на цилиндре можно заметить интересную деталь при RANS моделировании.

На входящем потоке Вы задаете характеристики турбулентности. Одно из возможных представлений интенсивность плюс масштаб вихрей. Чтобы результат совпадал с экспериментом, Вам советуют устанавливать масштаб в соответсвии с характерным размером задачи. Но это же условие на входе. Оно, конечно, несколько зависит от того, что именно обтекается, но в большей степени от истории, от того, что находится за пределами расчетной области. Так поучему Вам советуют именно так? Потому что тогда с экпериментом сходится. А другие значения дадут огромный разброс результатов. А где проводят эксперимент? В гидрогазодинамической трубе. А где будет плавать Ваш объект? В свободной воде.

Важное замечание "введены эмпирические зависимости". CFD - большое шаманство.

[ccc44 53]

Важное замечание "введены эмпирические зависимости". CFD - большое шаманство.

Я отредактировал предыдущее сообщение. То, что CFD - шаманство убеждался не раз. А как реально испытывают серийно выпускаемые вихревые счетчикм газа, если интересно, можете найти здесь:

<noindex>http://www.gorgaz.ru/products/ir-k-300/documentation/</noindex>

[nev_a 0]

Блин, чертовски тяжело понимать то, о чём вы пишите...мне явно не хватает знаний. Но интересно, спасибо за ответы!!! Хоть узнал какие методы моделирования турбулентности существуют...

Может быть это связано с версией SW. В 2011 SP5 у меня это окно активно, но при вставке файла солид вываливается

:

Возможно...Попробую на днях переустановить программу, возможно коряво поставил. Плюс у меня ещё и сервис паков не стоит.

А отклонение картины от симметричной скорее всего результат несошедшегося решения. Мало добиться маленьких невязок, необходимо отследить выход на горизонталь интересующей характеристики (в данном случае сила сопротивления).

По каким критериям судить сошлось решение или нет (читай верное решение или нет)? Средства Flow?

Понятно, что у автора оно на3-4 порядка выше. И поэтому результат на первом скриншоте в первом посте - неверный. Картина не может быть симметричной. Хотя интегральная характеристика, по словам автора, отличается на 5%.

5%-это когда я моделировал круглую пластину. Здесь нет поста с её линиями тока и пр. В данной теме произвольный цилиндр, его интегральные характеристики я не проверял...и,кстати зря...попробую.

По поводу расчётной области, вот выдержка из урока по цилиндру и внешнему его обтеканию:

Я этот абзац понял так: вполне приемлемо оставлять расчётную область по умолчанию (для примерной оценки).

По-поводу настройки параметров турбулентности:

Тут вроде тоже рекомендуется ничего не трогать, а оставлять по умолчанию. Хотя сами в примере параметр поменяли...

И, наконец,

CFD - большое шаманство.

- вообще отбивает желание разбираться...

Может порекомендуете, как оценить силы, действующие со стороны набегающего потока жидкости/воздуха для тел произвольной формы, не прибегая к CFD?

[vl 327]

Может порекомендуете, как оценить силы, действующие со стороны набегающего потока жидкости/воздуха для тел произвольной формы, не прибегая к CFD?

О, в такой постановке это очень просто:

F = Cx*ro*V^2/2*S

где

ro - плотность среды

V- скорость потока

S - площадь Миделя

Ну а Cx выбираете от балды в среднем от 0 до 1, можно выше.

Вот это будет оценка. Ну для уточнения можно посмотреть характерные Сх в таблицах для конкретных тел, которое похоже на Ваше.