In diesem zweiten Eintrag zur Numerischen Strömungsmechanik (CFD) werden wir uns ein einfaches Beispiel ansehen, um die Arbeitsmethode und die grundlegenden Konzepte dieser Art von Simulationen zu veranschaulichen. Wir werden den Acusolve-Löser zusammen mit dem Hyperworks CFD-Präprozessor verwenden.
Das Fallbeispiel ist ein Mischkrümmer. Wir haben einen Haupteinlass für kaltes Wasser, dem unten ein Strom mit höherer Temperatur hinzugefügt wird. Wir wollen das dynamische und thermische Verhalten der Strömung untersuchen, wofür wir das Geschwindigkeitsfeld und das Temperaturfeld erhalten werden. Die Abmessungen und Einlassbedingungen der Strömungen sind in der Abbildung dargestellt.
Für dieses Beispiel sind, wie bei den meisten CFD-Simulationen üblich, folgende Schritte zu beachten:
Vorverarbeitung mit Hyperworks CFD
- Geometrievorbereitung: Die Geometrie für diesen Fall kann direkt über die Hyperworks-CFD-Schnittstelle erstellt oder aus einer CAD-Software mit einfacher Nachbearbeitung in der Software importiert werden.
- Definition des physikalischen Problems: Wir haben eine stationäre Analyse unter Berücksichtigung der Wärmeübertragung, mit inkompressibler (flüssiger) Strömung und SST-Turbulenzmodell gewählt.
- Randbedingungen: Dies sind die im Diagramm angegebenen Bedingungen für den Einlass und den Auslass. Auch für die Wände dieses ersten Beispiels werden wir gleitfreie und thermisch adiabatische Bedingungen angeben.
- Materialien: Der Flüssigkeitsbereich ist in diesem Beispiel Wasser. Für die Wände könnte ein thermisches Modell des Rohrmaterials definiert werden, um dessen Wärmeaustausch zu untersuchen. In diesem Beispiel wird die Simulation vereinfacht, indem dieser Effekt vernachlässigt wird.
- Vernetzung: Die Hyperworks-CFD-Schnittstelle ermöglicht es Ihnen, für jeden zu vernetzenden Bereich Steuerelemente zu definieren, um die Regionen zu verfeinern, die dies erfordern, d. h. im Allgemeinen die Bereiche von größtem Interesse. In diesem Fall könnte der Bereich, in dem das untere Rohr auf den Krümmer trifft, verfeinert werden. Bei der Definition der Vernetzung müssen wir Folgendes berücksichtigen:
- Ein grundlegendes Konzept bei diesen Simulationen ist die Grenzschicht. Aufgrund der Komplexität dieses Themas wird seine Definition für ein spezielles Tutorial zu einem späteren Zeitpunkt überlassen.
- Bei der Wahl der Netzgröße müssen die gewünschte Genauigkeit, die zu modellierenden Phänomene und die verfügbare Rechenkapazität berücksichtigt werden. In diesem Beispiel kann eine mittlere Elementgröße zwischen 10 und 100 mm für die verfolgten Ziele angemessen sein. Die Abbildung zeigt eine Vernetzung der Geometrie mit einer mittleren Elementgröße von 20 mm.
Auflösung mit Acusolve
- Auflösung: Acusolve passt die Auflösungsstrategie an die für das Problem definierte Physik an, wobei in diesem Fall die Gleichungen für Strömung, Turbulenz und Temperatur aktiviert werden. Diese entsprechen den Navier-Stokes-Gleichungen mit dem gewählten Turbulenzmodell und dem Energieerhaltungssatz.
Post-Processing mit Hyperworks CFD
- Berichte und Ergebnisse: Während der Lösung des Problems können die Konvergenz des Modells und die Entwicklung der Größen und Strömungen überprüft werden. Am Ende der Simulation bietet Hyperworks CFD zahlreiche Nachbearbeitungsmöglichkeiten, um die gewünschten Informationen zu erhalten und zu visualisieren. In den Abbildungen sind die wichtigsten Ergebnisse für diesen Fall zu sehen: die Temperatur- (in Kelvin) und Geschwindigkeitsfelder (in m/s) in einer transversalen Ebene.
Die Schritte, die bei der Verwendung von Hyperworks CFD und Acusolve zu befolgen sind, werden im Tutorial in unserem Download-Bereich ausführlich beschrieben. Im nächsten Beitrag werden wir sehen, wie man eine Simulation definiert und die Ergebnisse einer instationären Analyse visualisiert.
