Турбулентность по K-e для обтекания ЛА

[Cfduser 0]

Считается внешнее обтекание ЛА. Из-за сложной геометрии невозможно построить структурированную сетку на гексаэдрах и приходится строить на тетраэдрах. Сетка порядка 500 тысяч ячеек. Граница расчетной области удалена на расстоянии 4-5 размеров тела с ГУ давление на бесконечности. Используется модель турбулентности k-е с начальной 1% турбулизацией потока и коэффициентом турбулентной вязкости равным 1.

Сравнение с экспериментом при М=0.65 и нулевом угле атаки дает удовлетворительное согласие по коэффициентам Cx, Cy, Mz (разница не превышает 15%). Но при угле атаки 20 и 40 градусов разница превышает 70%. При этом варьирование турбулизации потока в пределах 1-10% и коэффициента турбулентной вязкости в пределах 1-10 незначительно меняют результат.

Сравнение расчета с расчетом по другой программе (тоже k-e, но совсем другая сетка с таким же количеством ячеек) дает разницу в 5% при всех углах атаки.

Параметр Y+ на сетке в пределах 500-5000. А для k-e модели рекомендуется 30-100. Построить слой из призм на поверхности (и тем самым уменьшить Y+) не получается из-за сложной геометрии.

Раньше проводились расчеты профиля NACA 415V по k-e модели с хорошей сеткой (30<Y+<80). И тоже на углах атаки больше 10 градусов разница была больше 30%.

По этому у меня возникли следующие вопросы:

1) Можно ли считать обтекание на углах атаки больше 10 градусов по k-e?

2) Стоит ли варьировать параметры модели турбулентности в более широких пределах для уменьшения разницы с экспериментом?

3) Что лучше: попытаться упростить геометрию и построить сетку с лучшим значением Y+ или, не упрощая, большую часть поверхностей покрыть слоем призм?

4) Может лучше попытаться построить сетку с Y+~1 и использовать однопараметрическую модель турбулентности или k-w?

[BigBrother 1]

500 тыс. тетр это порядка 100 тыс. узлов. Для расчета трехмерного внешнего обтекания ЛА этого маловато.

На дозвуке расстояние до боковой границы рассчетной области 4-5 характерных размеров - это минимум. Задняя граница, через которую выходит след, должна быть еще дальше - 8-10 характерных размеров.

Отрыв к-е модель считает плохо. Лучше использовать SST модель. Загляните на этом же форуме в раздел "Сравнение CFD", там есть информация по моделям турбулентности.

При таком огромном Y+ правильный коэффициент сопротивления трения и правильное предсказание отрыва не должно получаться.

А что не вся поверхность покрыта призмами? В погранслое тетр быть не должно!

[ivanklok 0]

А что не вся поверхность покрыта призмами? В погранслое тетр быть не должно!

<{POST_SNAPBACK}>

А вот интересно, насколько критично теоретически создавать погранслой в дозвуковых задачах? Я, например, в ситуациях временного цейтнота, когда требовалось срочно получить хоть какой-то результат, хотя бы качественный, тупо заполнял всю модель тетраэдерами. Как оказывалось впоследствии, ошибка по сравнению с экспериментом не превышала 15%.

Еще раз сформулирую вопрос, ошибка, связанная с погранслоем, возникает только при критических скоростях, или, создай я сетку с погранслоем(в тех задачах я этого уже не делал) я получил бы ошибку значительно меньшую?

С уважением, Иван.

[BigBrother 1]

Если нужно получить сопротивление трения или смоделировать отрыв, тогда погранслой должен быть разрешен аккуратно. А если хочется только распреддав или Су, то фиг с ним, с погранслоем Это на чистом дозвуке или сверхсзвуке. А на трансзвуке погранслой влияет на положение скачка, на величину критического числа Маха...

[Cfduser 0]

Спасибо всем за ответы!

Попробую создать несколько слоев призм в погранслое так чтобы было Y+~1 и посчитать по SST k-w.

Последние пару дней я это и делал, но не получалось. А допустимо если высота призмы примыкающей к тетраэдру будет раз в сто меньше размера тетраэдра? Или их размеры должны быть сопоставимы? Просто во втором случае сетка уходит за 2 миллиона (30 слоев призм в погранслое).

Наверное, стоит еще увеличить размер расчитываемой области. Все равно еще необходимо трансзвук и сверхзвук считать.

Вот еще вопрос: Можно ли внешнее обтекание считать с одинарной точностью или лучше всегда с двойной?

[ivanklok 0]

Если нужно получить сопротивление трения или смоделировать отрыв, тогда погранслой должен быть разрешен аккуратно. А если хочется только распреддав или Су, то фиг с ним, с погранслоем      Это на чистом дозвуке или сверхсзвуке. А на трансзвуке погранслой влияет на положение скачка, на величину критического числа Маха...

<{POST_SNAPBACK}>

Допустим, моделируется труба, в которой под углом расположена задвижка(шибер). Хочется получить зависимость перепада давления на задвижке от расхода в трубе. Сам я не проверял, руки пока не дошли, но a-priori, будет ли существенное расхождение в результатах, если сетку построить с погранслоем или тупо весь объем забить тетраэдерами?

С уважением, Иван.

[BigBrother 1]

Течение в трубе мне считать не приходилось, но несколько раз видел картинки с сеткой для подобных случев. Везде призмы присутствовали.

to Cfduser: С одинарной точностью будет нормально

[Cfduser 0]

Увеличил расчетную область, перестроил сетку. Теперь призмы в погранслое и Y+ в пределах 20-90. На нулевом угле атаки точность стала заметно выше. Но появилась следующая проблема.

На углах атаки в 20 и 40 градусов решение "ломается" на любых числах куранта (пробовал от 0.1 до 20). Причем, решение нормально сходится до определенного момента, а затем резко возрастают невязки, и выдается ошибка.

В расчете использую совместный неявный стационарный (Coupled, Implicit, Steady) решатель. Пробовал перестраивать сетку, менять модели турбулентности, коэффициенты релаксации, ставить несовместный неявный стационарный решатель (Segregated, , Implicit, Steady) и считать заново. Но не помогает. Причем, на той же самой сетке при углах атаки близких к нулевому всё считается нормально (меняется только направление потока в граничном условии Pressure Far-Field).

Совсем не знаю что делать. Может, кто-нибудь встречался с подобной проблемой и подскажет решение?

[BigBrother 1]

Остановите решение перед тем как оно развалится и посмотрите, в каком месте это происходит. Тогда может быть будет понятна причина.

[Cfduser 0]

Останавливал и смотрел. Ничего не понятно.

При разных курантах, углах и моделях в разных местах на одной и той же сетке. В одной или нескольких ячейках (на краю крыла или на самом крыле или на стабилизаторах) за два-три шага до ошибки вырастают температура или уходит в минус давление. Вот и всё что выяснил. А еще за два шага до этого в этих ячейках все в порядке и никаких проблем не видно.

Сетка во всех местах нормальная. Проходит тест на качество в построителе, решателе и визуально дефектов не имеет. И на небольших углах атаки всё без проблем считается. Пробовал во Fluent версий 6.1.22 и 6.2.16. Сетку строю в ANSYS ICEM CFD 10 SP0.

[_serge 24]

В расщепленном неявном решателе (Segregated, Implicit, Steady) попробуйте установить для уравнения давления схему PRESTO!

Для уравнения моментов противотоковые схемы.

Напишите пож. результат.

[BigBrother 1]

Это всё на трансзвуке? На чистом дозвуке (несжимаемое течение) пробовали? Нет ли сильно вытянутых ячеек? На больших углах атаки может быть имеет смысл решать нестационарную задачу.

Изменено 18 ноября 2005 пользователем BigBrother

[chupal 0]

Останавливал и смотрел. Ничего не понятно.

При разных курантах, углах и моделях в разных местах на одной и той же сетке. В одной или нескольких ячейках (на краю крыла или на самом крыле или на стабилизаторах) за два-три шага до ошибки вырастают температура или уходит в минус давление. Вот и всё что выяснил. А еще за два шага до этого в этих ячейках все в порядке и никаких проблем не видно.

Сетка во всех местах нормальная. Проходит тест на качество в построителе, решателе и визуально дефектов не имеет. И на небольших углах атаки всё без проблем считается. Пробовал во Fluent версий 6.1.22 и 6.2.16. Сетку строю в ANSYS ICEM CFD 10 SP0.

Возможно у Вас очень сильно меняется характерный размер ячеек при переходе от призм к тетраэдрам (высота соседней с тетраэдром призмы намного меньше размера тетраэдра). Лучше, чтобы эти размеры были одного порядка. Ближе к стенке высоту призм можно плавно уменьшить.

Кроме того в поле течения наверняка присутствовуют очень "плоские" призмы с малой высотой. В местах, где градиенты параметров вдоль стенки малы это нормально, но где они велики может возникать неустойчивость.

Поставьте разумные ограничения на параметры течения (температура, давление и т. д. ) в окне Solve->Controls->Limits

Что касается неточности расчета на больших углах атаки, то здесь нужно проанализировать поле течения и по возможности понять причину. Возможно отрыв происходит не в том месте (или вообще не происходит в расчете) При больших Y+ отрыв может происходить позже или вообще не происходить.

Что касается силы лобового сопротивления, то на дозвуке получить его с достаточной точностью по-видимому проблематично. Дело по-видимому в том, что силы давления, действующие на разные части тела существенно больше самого сопротивления, а сопротивление мало, поскольку эти силы направлены противоположно. В результате для достижения достаточной точности в сопротивлении нам надо распределение давления по поверхности получить с точностью долей процента а то и меньшей, а это практически нереально.

[Cfduser 0]

2 _serge

В расщепленном неявном решателе (Segregated, Implicit, Steady) попробуйте установить для уравнения давления схему PRESTO!

Для уравнения моментов противотоковые схемы.

Напишите пож. результат.

Я такую и ставил. Вы в другом разделе форума хорошо о ней отзывались. Я ее первую и попробовал.

2 BigBrother

Это всё на трансзвуке? На чистом дозвуке (несжимаемое течение) пробовали? Нет ли сильно вытянутых ячеек? На больших углах атаки может быть имеет смысл решать нестационарную задачу.

M=0.65, вроде как дозвук. На следующей неделе попробую на меньшем махе.

Вытянутые ячейки есть. У крыла и стабилизаторов гладкие кромки состоят из очень узких поверхностей. Объединить эти поверхности в одну в ICEM CFD у меня пока не получается (только с месяц в нем активно работаю). Может можно это в Pro/E Wildfire 2 сделать. Я из него геометрию экспортирую.

Сегодня пробовал нестационарную решать. Точно такой же результат. Сначала всё хорошо сходится, а затем резко "ломается".

2 chupal

Поставьте разумные ограничения на параметры течения (температура, давление и т. д. ) в окне Solve->Controls->Limits

Это влияет только на предупреждения при решении. Они появляются за десяток шагов до "слома". Дальше давление уходит в минус, и через несколько шагов всё на бесконечность.

Кроме того в поле течения наверняка присутствовуют очень "плоские" призмы с малой высотой. В местах, где градиенты параметров вдоль стенки малы это нормально, но где они велики может возникать неустойчивость.

Видимо всё дело в сетке на кромках крыльев и стабилизаторов. Буду упрощать геометрию чтобы построить более качественную сетку с этих местах.

Первые грубые сетки, на которых всё считалось, я строил в ICEM CFD 5. И геометрию для них импортировал из Pro/E в формате IGES. При этом кромки получались в виде одной широкой поверхности, на которой строились хорошие почти равносторонние треугольники. Но часто возникали проблемы с импортированной геометрией (щели м/у плоскостями, отсутствующие плоскости, не работал импорт из нового формата файлов Pro/E) и я перешёл на ICEM CFD 10. В нем я сетку импортирую через формат Catia (через IGES появляется большая дыра в плоскости симметрии, которую не получается закрыть). Но кромки состоят из большого числа узких поверхностей. В них получаются сильно вытянутые треугольники, а в итоге "плоские" призмы и тетраэдры. Наверное, в них все проблемы.

Буду дальше разбираться на следующей неделе.

Спасибо всем!

[Miki 3]

Но кромки состоят из большого числа узких поверхностей. В них получаются сильно вытянутые треугольники, а в итоге "плоские" призмы и тетраэдры. Наверное, в них все проблемы.

удалите лишние кривые между этими поверхностями, или (лучше всего) объедините поверхности

перед генераций призм , крайне желательно чтобы поверхностные элементы имели аспект не меньше 0,3, применяйте edit mesh-- smoothing

[_serge 24]

Хочу еще дать несколько советов.

Допустим, через месяц трудов, сетка все-же получится.

Просчитаете и придете в недоумение.

Скорее всего по Cy и Cp попадете процентов в 10, а по Cxa процентов в 100.

Не отчаивайтесь.

Хотя Fluent и как-бы ориентируется на Aerospace, но это реклама.

Как подогнать сопротивление на дозвуке:

1) Оно состоит из сопротивления давления и трения, определяйте их и раздельно;

2) Делаем плюс расчет в идеальной среде, выводим все то же самое, убеждаемся, что сопр. трения равно нулю;

3) Поляра сильно отвалила вправо,

делаем так: из сопротивления давления, определенного в вязком потоке вычитаем сопротивление в идеальном потоке, складываем с сопротивлением трения;

4) Для 3D тел добавить (плюс) индуктивное сопротивление (плата за п.с.);

5) Если поляра при этом ушла вправо или влево, просто смещаем ее в нужную сторону (вправо или влево, дельту запоминаем);

6) Если все это не помогло, обращаемся к профессионалам.

У нас это те, кто владеют схемой Годунова-Колгана-Родионова,

там это

<noindex>http://www.metacomptech.com/</noindex>

и CFD++, основатель - Шукумар Чакравати, он же, кто в 80-е годы считал компоновки F16, 18, Шаттл.

Модераторам: за реламу это не пройдет, потому, что все-равно никто не купит

(а Чакравати это Ньютон в CFD).

Потому как в авиации погрешность в 3-4% это уже ого-го!

А у домохозяет погрешность и в 20%, нормально.

Вы хотите на Пишмаше посчитать самолет.

Изменено 23 ноября 2005 пользователем _serge

[Chilavert 0]

Хорошо, если Fluent для AeroSpace не катит, то как тогда насчет Ansys CFX?

Просто интересно, в чем буржуи (в частности немцы с их планерами) свои Discus, Nimbys, Ventus считают, то, что не руками это точно...

И где это взять :-))))

[Cfduser 0]

Благодаря советам Miki, сетку построить получилось. Объединение поверхностей приводило к тому, что появлялись волны и зазубрины на углах и самих плоскостях. А вот удалиние лишних кривых и добавление новых на кромках помогло. Теперь в погранслое хорошие призмы и по предварительному расчету Y+ на 95% поверхности попал в пределы 30-60 (на всей поверхности 15-95). Сетка чуть меньше 2-х млн элементов.

На 10 курантах на новой сетке решение тоже "ломается".

Выдаются ошибки как и раньше:

absolute pressure limited to 1.000000e+00 in .. cells ..

time step reduced in .. cells

temperature limited to 5.000000e+03 in .. cells ..

divergence detected - ...

Error:>(greather-than): invalid argument [2]: wrong type[not a number] ErrorObject: inf

Но зато на 5 курантах и меньше всё считается. Как сделаю расчеты, напишу результат.

2 Chilavert

Просто интересно, в чем буржуи (в частности немцы с их планерами) свои Discus, Nimbys, Ventus считают, то, что не руками это точно...

<noindex>http://aaac.larc.nasa.gov/tsab/cfdl...ticipants.html </noindex> Изменено 25 ноября 2005 пользователем Cfduser

[_serge 24]

Ссылка отличная, там же доклады и много поляр!!!

<noindex>http://aaac.larc.nasa.gov/tsab/cfdlarc/aia...and_Results.htm</noindex>

Вот и сравнение CFD, что я просил. Интернет - мощная штука.

CFD++ - супер, и CFX хорошо++, Fluent - похуже.

Кстати, обратите внимание какие там модели турбулентности.

Удручает, что наших там нет. Видимо мы только в ж. теннисе первыми могем быть...

Но хотел бы обратить внимание, что это трансзвук, сопротивление давления становится более существенным. Кроме этого существенно индуктивное сопротивление.

Вот еще бы такая ссылка на планера, где M~0.16. И на профиля, где малые Махи.

А вот линк по персонам:

<noindex>http://capella.colorado.edu/~laney/links.htm</noindex>

Изменено 25 ноября 2005 пользователем _serge

[Miki 3]

про домохозяек эт интересно, но не в тему

все считают и на CFX тем более, если кто то не верит , эт личное дело.

для интересующихся гляньте проект FLOMANIA