Mit diesem Beitrag zur numerischen Strömungsmechanik (CFD) beginnen wir eine Reihe von Beiträgen, die sich mit Untersuchungen befassen, bei denen Strömungsturbulenzen eine grundlegende Rolle spielen. In diesem ersten Beispiel untersuchen wir die Strömung durch einen gekrümmten Kanal, auf den das SST-Turbulenzmodell (Shear Stress Transport) angewendet werden kann.
Wie in der Abbildung gezeigt, werden wir ein nahezu zweidimensionales Gebiet mit periodischen Bedingungen in der Strömung verwenden. So können wir das Verhalten der Flüssigkeit im gesamten gekrümmten Kanal darstellen. In der Anleitung in unserem Download-Bereich finden Sie alle Schritte, die Sie in Hyperworks CFD und Hypermesh durchführen müssen, um das Modell vorzubereiten und mit Acusolve zu lösen.
SST-Turbulenzmodell: Korrektur der Krümmung
Ziel ist es, die Konvergenz und die Ergebnisse des Modells mit und ohne Krümmungskorrektur des SST-Turbulenzmodells zu vergleichen.
Symmetrische Randbedingungen werden auf die Seitenwände, die rutschfeste Wand an den Enden des Gerinnes und die entsprechenden Bedingungen für Einlass und Auslass angewendet. In der folgenden Abbildung sehen Sie die endgültige Verteilung der Bedingungen. Es zeigt auch das Netz, das, wie im Lehrgang beschrieben, mit Hypermesh aus einem Ansys Fluent-Netz importiert wurde.
Im Menü Physik werden die zu simulierenden Optionen ausgewählt. In beiden Fällen der Studie handelt es sich um eine stationäre Analyse mit dem SST-Turbulenzmodell ohne Übergangseffekte. Zunächst wird das Modell ohne Krümmungskorrektur und dann mit aktivierter Option verwendet.
Ergebnisse der Simulation
Während der Acusolve-Berechnung wird festgestellt, dass die Konvergenz der beiden Alternativen ähnlich ist. Sobald die Auflösung abgeschlossen ist, wird eine Reihe von Messpunkten gesetzt, um die Ergebnisse mit den experimentellen Daten zu vergleichen. Damit kann die entlang der Mittellinie des Kanals ermittelte Geschwindigkeit in eine Datei exportiert werden. Zu diesem Zweck wird die Option Punktsonden im Menüband Post in Hyperworks CFD verwendet.
Diese Ergebnisse werden exportiert und nach der Bemessung zusammen mit den Versuchsergebnissen in einem Diagramm dargestellt, wie in der folgenden Abbildung zu sehen ist.
Die Schlussfolgerungen dieser Studie sind, dass das Modell eine sehr gute Anpassung in der zentralen Zone des Kanals und eine angemessene Anpassung in den seitlichen Regionen erreicht, wodurch eine gute Vorhersage des Gesamtverhaltens der Flüssigkeit erzielt wird. Der Bereich mit den schlechtesten Ergebnissen ist der Bereich in der Nähe der nächstgelegenen Wand, mit Fehlern von etwa 10 % in dem ungünstigsten Bereich.
Eine weitere Schlussfolgerung ist, dass die Krümmungskorrektur des SST-Modells in diesem Fall eine praktisch vernachlässigbare Wirkung hat und daher nicht notwendig ist. Ihre Wirkung wäre bei komplexeren Strömungen aufgrund der Krümmung der Oberflächen bedeutsamer, für die es praktisch ist, diese Eigenschaft des Turbulenzmodells zu kennen und zu aktivieren.
