Гидродинамика в Cosmosfloworks

[kinge 0]

Задали мне задачку : Найти оптимальную конфигурацию сопла при подаче через него воды в затопленом состоянии, т.е. движение струи воды в воде (окружающая среда под давлением до 60 атм.).

Сделал типа стенда в Солиде: форсунка в ограниченной с обоих концов трубе. Задаю эту задачу как внутренную с граничными условиями на входе в форсунку и стенки трубы и вижу: струя воды не выходит из форсунки, а в металле всё работает. В чём причина?

Заранее благодарен всем кто ответить.

[Iatsouk 3]

Я не понял: какие граничные условия поставлены у вас на торцах трубы - неужели непротекание ?

Если действительно непротекание, а в форсунке задано давление, то, подозреваю, это давление моментально распространится по объему и ничего течь не будет. Какое именно давление задано при этом в объеме неважно, ибо работает перепад форсунка-объем.

Во Флюенте вброс струи в незамкнутый объем (на границах ставилось условие нулевого давления, а на входе в форсунку (у меня просто трубка) задавалось ро-ве-квадрат) считалось вполне сносно и даже соответствовало имевшимся простеньким экспериментам.

Правда вот только были проблемы со сходимостью по уравнению неразрывности. 8(((

[kinge 0]

Я не понял: какие граничные условия поставлены у вас на торцах трубы - неужели непротекание ?

Если действительно непротекание, а в форсунке задано давление, то, подозреваю, это  давление моментально распространится по объему и ничего течь не будет. Какое именно давление задано при этом в объеме неважно, ибо работает перепад форсунка-объем.

Во Флюенте вброс струи в незамкнутый объем (на границах ставилось условие нулевого давления, а на входе в форсунку (у меня просто трубка) задавалось ро-ве-квадрат) считалось вполне сносно и даже соответствовало имевшимся простеньким экспериментам.

Правда вот только были проблемы со сходимостью по уравнению неразрывности. 8(((

<{POST_SNAPBACK}>

Граничные условия я поставил протекание по всем областям наружной трубы (static pressure), струя вроде получается. Когда применяю профиль типа сопла Вентури, то струя уходит в сторону, что странно . Если есть экспериментальные данные или похожие расчёты, посьба, скинуть на kinge2@yandex.ru .

[Iatsouk 3]

Чтобы понять насколько мои расчеты струй похожи на действительность я пользовался книгой:

Г. Н. Абрамович. Теория турбулентных струй. М. Физматгиз, 1960

Там имеется довольно много экспериментальных данных, правда судя по описаниям опыты ставились "по рабоче-крестьянски" - при помощи "петли и палки".

Правильно ли я понял, что при совершено симметричной области струя уползает в сторону?

[kinge 0]

Чтобы понять насколько мои расчеты струй похожи на действительность я пользовался книгой:

Г. Н. Абрамович. Теория турбулентных струй. М. Физматгиз, 1960

Там имеется довольно много экспериментальных данных, правда судя по описаниям опыты ставились "по рабоче-крестьянски" - при помощи "петли и палки".

Правильно ли я понял, что при совершено симметричной области струя уползает в сторону?

<{POST_SNAPBACK}>

Сопло соверешенно симметричное (профиля постепенного сужения, затем расширения). Уменьшение расчетной сетки не помогает.

А чем отличается Fluent от FloWorks? Может Fluent адекватней считает?

[Iatsouk 3]

Floworks-ом никогда не пользовался, но уравнения движения жидкости у всех должны быть одни и те же.

Каковы могут быть причины ухода струи в сторону?

1. Сносящий поток. Нужно посмотреть на поля скоростей и проверить граничные условия - и по скоростям и по давлениям.

2. Особенности геометрии. Сопло симметричное, а симметрична ли область, в которой оно расположено ? Может одна граница всё-таки ближе ? Чудес-то ведь на свете не бывает.

3. Что касается сетки. В симметр. области она тоже ожидается симметричной - но вдруг это не так ?

Других идей, объясняющих уход оси струи у меня нет.

[kinge 0]

Floworks-ом никогда не пользовался, но уравнения движения жидкости у всех должны быть одни и те же.

Каковы могут быть причины ухода струи в сторону?

1. Сносящий поток. Нужно посмотреть на поля скоростей и проверить граничные условия - и по скоростям и по давлениям.

2. Особенности геометрии. Сопло симметричное, а симметрична ли область, в которой оно расположено ? Может одна граница всё-таки ближе ? Чудес-то ведь на свете не бывает.

3. Что касается сетки. В симметр. области она тоже ожидается симметричной - но вдруг это не так ?

Других идей, объясняющих уход оси струи у меня нет. 

<{POST_SNAPBACK}>

Вероятно струя уходит в сторону из-за вихря, образованного на выходе зи сопла, причем он не симметричен. К тому же в "решателе" выдается сообщение "входящий поток / выходящий = 0,03" - это и есть уравнение сходимости? По Вашему опыту, при каких значениях сходимости можно считать резельтаты адекватными?

[Iatsouk 3]

Появились вопросы: задача решается в объеме (3D) или на плоскости (2D) ?

Используются ли плоскости симметрии (если ДА - может это не УХОД а РАСШИРЕНИЕ струи) ?

"входящий поток / выходящий = 0,03"

Что сие означает я сказать не могу по причине незнания программы.

Возможно это дисбаланс между потоками через входную и выходные границы.

Невязка же уравнения НЕРАЗРЫВНОСТИ (а не сходимости!), по идее, должна рассчитываться по всему объему, а затем выводится суммарная (либо максимальная).

Мне доводилось наблюдать на стенде истечение подкрашенных струй в жидкость. В начале процесса образуется кольцевой вихрь, который затем удаляется от сопла, "возглавляя" струю.

Причин для возникновения несимметричного (с переменной циркуляцией по окружности !?!?) вихря и ухода струи в сторону не знаю. Это глюк.

[Iatsouk 3]

Порылся в книжке С. М. Белоцерковского и А. С. Гиневского "Моделирование турбулентных струй и следов на основе метода дискретных вихрей"

Вообще-то там есть пример расчета "несимметричной" струи, но ось струи мало отличается от прямой.

[kinge 0]

Уважаемый Iatsouk, сложилась интересная ситуация :

При расчете профиля струи после конуса на FloWorks скорость сразу после выхода возрастает в 3 раза (53 м/с), через несколько см. падает до 15м/с и практически не меняется до 2м.

При расчете профиля струи после конуса на Flow3D скорость сразу после выхода возрастает в 3 раза (50 м/с) и практически не меняется до 0.8м.

Интересно, где же правда Может в Абрамовиче есть диаграммы скоростей.

P.S. Абрамовича достать не удалось, зато Гиневский нашел, без пол. литра как говориться...

[Iatsouk 3]

Мдя,

1. Мне почти ничего не сказали приведенные цифры, ибо я не знаю геометрию. Напр., каковы поджатие и расширение сопла? Что я понял, так это наличие существенного расхождения между двумя расчетами.

2. Посмотрел Абрамовича и имеющегося у меня Гиневского-Белоцерковского. Экспериментальные данные одни и те же. Экспериментальных данных по соплам не углядел. Только истечение из трубы в неограниченное пространство.

Если интересует:

При диаметре трубки 0.09 м и начальной скорости истечения 87 м/с (воздух в воздух) в 1915 году (!!!!!) скорость на оси струи составляла:

х, м v, м/с у, м

0,6 74 0,15

0,8 59,5 0,175

1,0 49 0,21

1,2 41 0,23

1,6 31 0,32

х - расстояние от сопла, м

v - скорость на оси струи, м/с

у - условная полуширина струи (по графику на этом расстоянии от оси

скорость равна нулю), м

Там имеются еще по-хитрому обезразмеренные эксп. данные, но искать способо обезразмеривания я не стал.

3. Как мне кажется, при истечении в ограниченное пространство (внешняя труба) должно происходить "подсасывание" ("прокачка") невозмущенной жидкости и, таким образом уже получится струя "в спутном потоке" (хотя и слабеньком). У такой струи скорость на оси должна падать медленнее

[CadIntruder 0]

Извиняюсь за вопрос не на тему.

Нужна информация - есть ли у Flowworks перспектива выхода параллельного решателя?

[kinge 0]

Мдя,

1. Мне почти ничего не сказали приведенные цифры, ибо я не знаю геометрию. Напр., каковы поджатие и расширение сопла? Что я понял, так это наличие существенного расхождения между двумя расчетами.

2. Посмотрел Абрамовича и имеющегося у меня Гиневского-Белоцерковского. Экспериментальные данные одни и те же. Экспериментальных данных по соплам не углядел. Только истечение из трубы в неограниченное пространство.

Если интересует:

При диаметре трубки 0.09 м и начальной скорости истечения 87 м/с (воздух в воздух) в 1915 году (!!!!!) скорость на оси струи составляла:

х, м        v, м/с        у, м

0,6          74        0,15

0,8          59,5        0,175

1,0          49        0,21

1,2          41        0,23

1,6          31        0,32

х - расстояние от сопла, м

v - скорость на оси струи, м/с

у - условная полуширина струи (по графику на этом расстоянии от оси

  скорость равна нулю), м

Там имеются еще по-хитрому обезразмеренные эксп. данные, но искать способо обезразмеривания я не стал.

3. Как мне кажется, при истечении в ограниченное пространство (внешняя труба) должно происходить "подсасывание" ("прокачка") невозмущенной жидкости и, таким образом уже получится струя "в спутном потоке" (хотя и слабеньком). У такой струи скорость на оси должна падать медленнее

<{POST_SNAPBACK}>

Уважаемый Iatsouk, спасибо за выписки из Абрамовича , наконец-то получилось. Оказывается, всё дело было в частоте сетки, причём её пришлось заметно уменьшить и засимметрить.

Теперь нужно найти давление, которое образуется на удаленной стенке от воздейтсвия струи. Если смотреть на график давления, то получается подозрительно мало. Может есть какой-нибудь косвенный метод нахождения давления на стенку?

[Iatsouk 3]

Абрамович ссылается на статью:

Шандоров Г. С. Истечение из канала в неподвижную и движущуюся среду. ЖТФ, т. XXVII, вып. 1, 1957

Испытывалась труба радиусом Н=154,5 мм и длиной 3000 мм. В центре её входного сечения соосно устанавливалась трубка с радиусом b0=13.5 мм (второй вариант 28,75 мм). Дальний конец большой трубы был заглушен.

По первому варианту малая трубка была вдвинута в трубу на 0,1 Н, а по второму - на 0,25 Н. Длина малой трубки была достаточно большой, ибо на её стенках имелся погранслой (приведено распределение скоростей по срезу сопла).

Абсолютная скорость вдувания воздуха у Абрамовича не указывается - только безразмерная.

Распределение скоростей по оси трубы (моё осреднение эксп. точек)

х*___ u/u0 _______ u/u0

0 ___ 1 __________ 1

0,5 _ 1 __________ 1

1 ___ 0,85 _______ 1

2 ___ 0,50 _______ 0,90

3 ___ 0,30 _______ 0,65

4 ___ 0,13 _______ 0,40

5 ___ 0,05 _______ 0,20

6 ___ 0,05 _______ 0,10

7 ___ 0 _______ 0,04

х*=х/Н

u - осевая скорость на расстоянии х от начала БОЛЬШОЙ трубы

u0 - скорость истечения из трубки

средний столбец - вар. 1, правый - вар. 2.

Безразмерное статическое давление в заглушенном конце большой трубы, по теории Абрамовича, подтвержденной двумя эксп. точками:

dp=2*b00*b00/(1-b00*b00), где

dp - перепад стат. давления между срезом трубки и заглушенным концом большой трубы, отнесенный к скоростному напору струи (ро - у нулевое в квадрате пополам)

b00=b0/H

[kinge 0]

Абрамович ссылается на статью:

Шандоров Г. С. Истечение из канала в неподвижную и движущуюся среду. ЖТФ, т. XXVII, вып. 1, 1957

Испытывалась труба радиусом Н=154,5 мм и длиной 3000 мм. В центре её входного сечения соосно устанавливалась трубка с радиусом b0=13.5 мм (второй вариант 28,75 мм). Дальний конец большой трубы был заглушен.

По первому варианту малая трубка была вдвинута в трубу на 0,1 Н, а по второму - на 0,25 Н. Длина малой трубки была достаточно большой, ибо на её стенках имелся погранслой (приведено распределение скоростей по срезу сопла).

Абсолютная скорость вдувания воздуха у Абрамовича не указывается - только безразмерная.

Распределение скоростей по оси трубы (моё осреднение эксп. точек)

х*___ u/u0 _______ u/u0

0 ___ 1 __________ 1

0,5 _  1 __________ 1

1 ___ 0,85 _______  1

2 ___ 0,50 _______  0,90

3 ___ 0,30 _______  0,65

4 ___ 0,13 _______  0,40

5 ___ 0,05 _______  0,20

6 ___ 0,05 _______  0,10

7 ___ 0  _______  0,04

х*=х/Н

u - осевая скорость на расстоянии х от начала БОЛЬШОЙ трубы

u0 - скорость истечения из трубки

средний столбец - вар. 1, правый - вар. 2.

Безразмерное статическое давление в заглушенном конце большой трубы, по теории Абрамовича, подтвержденной двумя эксп. точками:

dp=2*b00*b00/(1-b00*b00), где

dp - перепад стат. давления между срезом трубки и заглушенным концом большой трубы, отнесенный к скоростному напору струи (ро - у нулевое в квадрате пополам)

b00=b0/H

<{POST_SNAPBACK}>

При расчёте получились следующие значения для первой трубки:

х*___ u/u0

0 ___ 1

0,5 _ 0,95

1 ___ 0,85

2 ___ 0,63

3 ___ 0,35

4 ___ 0,23

5 ___ 0,15

6 ___ 0,12

7 ___ 0,09

Можно сказать, что похоже. Всё-таки как быть с давлением на стенку затопленной струи. У меня конус 98ммх15мм, L=300мм, при скорости 8,47м/с

в начале конуса, давление на стенку, удаленную на 0,5м равно 0,4Мпа. В FloW3d получается на порядок выше. У кого правда