CFD-07. Turbulenz-Gitter. Optimierung.

In diesem Beitrag über Computational Fluid Dynamics (CFD) werden wir ein Zylindersystem untersuchen, das in der Strömungskonditionierung üblich ist. Dieses Beispiel zeigt, wie die Geometrie einer Vorrichtung optimiert werden kann, um eine Strömung mit den für bestimmte Prozesse erforderlichen Eigenschaften zu erzielen.

Für diese Studie werden wir die Software Acusolve mit Hyperworks CFD als Vorprozessor verwenden. In unserem Download-Bereich finden Sie eine Anleitung, in der die Schritte von der Vorbereitung des Modells bis zur Analyse der Ergebnisse detailliert beschrieben sind.

Das folgende Bild zeigt eine schematische Darstellung des Systems. Mit Hilfe von CFD-Simulationen kann die Auswirkung verschiedener Kombinationen von M- und d-Parametern auf die Strömungseigenschaften am Auslass der Vorrichtung überprüft werden, ohne dass Versuche erforderlich sind.

Schema des Turbulenzgitters, das in diesen Simulationen analysiert werden soll.

In diesem Fall werden wir erneut symmetrische Vereinfachungen anwenden, um einen kleineren zweidimensionalen Bereich zu erhalten. Auf diese Weise können wir realistische Ergebnisse mit einem Modell erzielen, das weniger Rechenaufwand erfordert.

Vorverarbeitung mit Hyperworks CFD

Die endgültige Geometrie, die zu berücksichtigen ist, ist in der folgenden Abbildung zu sehen:

Geometrie des zu simulierenden Modells mit den Vereinfachungen durch Symmetrie

Für die Optimierung werden verschiedene Kombinationen der Parameter M und d getestet. Nach der Validierung der Geometrie wählen wir im Menü Physik das Standard-K-Epsilon-Modell aus. Dies ermöglicht die manuelle Eingabe der Turbulenzparameter bei der Eingabe, die den Ergebnissen eines experimentellen Falls entsprechen.

In diesem Fall definieren wir für die Vernetzung eine geeignete Grenzschicht, eine Verfeinerungszone um den Zylinder und eine globale Netzgröße von 1 mm. Schließlich definieren wir die Zonen für den Export der Ergebnisse aus dem Lösungsband.

Lösen und Nachbearbeiten

Als Hauptergebnisse zeigen wir die Geschwindigkeitsprofile und die Profile der kinetischen Energie der Turbulenz in der Strömung. Diese ersten Bilder zeigen Ergebnisse in der Nähe von Zylindern.

Geschwindigkeits- und Turbulenzergebnisse in der Strömung nach dem Turbulenzgitter.

However, in this device it is the properties when the profile becomes uniform again that are of interest, thus studying the effect that the conditioner has had on the flow at different distances, as shown in the picture.

CFD-Ergebnisse in verschiedenen Abständen nach der Konditionierungsvorrichtung

Das Tutorial zeigt auch ein Verfahren, mit dem die numerischen Werte der verschiedenen auf den Oberflächen integrierten Ausgabeergebnisse ermittelt werden können. Diese können als Eingabe für andere Simulationen oder als Daten für andere Software, mit der Sie die Daten verarbeiten möchten, verwendet werden.

Schlussfolgerung: Optimierung

In einem Anwendungsfall würde sich an die Anleitung eine Optimierungsphase der Dimensionsparameter M und d anschließen, um die gewünschten Fließeigenschaften im gewünschten Abstand zu erreichen.

Dieses Beispiel zeigt, wie CFD-Simulationen bei der Prozessoptimierung bereits in der Entwurfsphase nützlich sein können. Diese Art von Studie kann zu erheblichen Einsparungen bei den Testkosten führen, da sie es ermöglicht, die optimalen Parameter eines vorläufigen Entwurfs vor Beginn der Fertigung in hohem Maße fein abzustimmen.

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