In diesem neuen Beitrag über Computational Fluid Dynamics (CFD) sehen wir uns einen einfachen CFD-Simulationsfall mit einem LES-Turbulenzmodell (Large Eddy Simulation) an. Damit können wir die Wirbel und Instabilitäten der turbulenten Strömung in einem Rohr beobachten. Um dieses Phänomen zu beobachten, werden wir einige künstliche Turbulenzen in den Einlass einbauen und analysieren, wie diese Einlassbedingungen die Strömung beeinflussen.
In der Anleitung, die Sie in unserem Download-Bereich finden, sehen Sie alle notwendigen Schritte, um dieses Modell zu aktivieren und die Bedingungen mit Acusolve zu berücksichtigen.
Vorbereitung des CFD-Modells
Das Modell wird in diesem Fall sehr einfach sein, ein Rohr mit einem Einlass und einem Auslass, dem wir eine durchschnittliche Einlassgeschwindigkeit zuweisen, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.
Das Netz hat eine für die erwarteten Phänomene geeignete Grenzschicht und einen zentralen Bereich mit einem strukturierten Gitter. Die Einzelheiten der simulierten Fälle werden im Folgenden erläutert.
CFD-Simulation und Ergebnisse
Zunächst wird ein stationärer Fall mit dem SST-Turbulenzmodell simuliert. Diese Ergebnisse werden als Anfangsbedingung für die LES-Simulation verwendet, die instationär sein muss. Diese Initialisierung begünstigt die Stabilität der CFD-Simulation. Für dieses Beispiel wird eine Periode von 0,01s mit einem sehr kleinen Zeitschritt simuliert, um die Entwicklung der Strömung genau zu erfassen.
Die Ergebnisse der auf diese Weise erstellten instationären Analyse entsprechen den Erwartungen für eine Strömung durch ein Rohr. Sie sind auch sehr ähnlich zu denen des stationären Falls. Das Geschwindigkeitsprofil ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Künstliche Turbulenz
Wenn wir eine Strömung simulieren wollen, die aus einer Störungszone kommt, wie z.B. Querschnittsänderungen oder sich bewegende Elemente im Rohr, können wir die Option der künstlichen Turbulenz im Einlass aktivieren.
Die Eingabewerte können aus experimentellen Messungen stammen oder Ergebnisse einer CFD-Simulation eines anderen Teils des Systems sein. Dies ist ein nützliches Werkzeug für die Aufteilung von Simulationen in Teilsysteme.
Mit den im Tutorium beschriebenen Daten und einer erneuten Simulation des instationären Modells mit LES können die instabilen Strukturen, die in der Strömung auftreten, zu den verschiedenen Zeitpunkten sichtbar gemacht werden. Die folgenden Bilder zeigen die Ergebnisse zu den Zeitpunkten, die einem Drittel, zwei Dritteln und dem Ende des simulierten Falls entsprechen.
Es sei noch einmal darauf hingewiesen, wie wichtig es ist, die Eingangsbedingungen für die Simulation richtig zu definieren, um Ergebnisse zu erhalten, die der Realität entsprechen.
