CFD-15. Skalenadaptives Simulationsmodell

Mit diesem Eintrag über Computational Fluid Dynamics (CFD) schließen wir die Reihe der Fälle ab, die sich auf die Modellierung von Turbulenzen beziehen. In diesem Beispiel befassen wir uns mit der SAS-Methode (Scale-Adaptive Simulation), die turbulente Strukturen löst, indem sie die Auflösungsskala an die verwendete Netzgröße und den Zeitschritt adaptiert.

Auf diese Weise kann eine Lösung ähnlich der einer stationären RANS-Methode in Bereichen von geringem Interesse und eine besser aufgelöste Lösung wie IDDES in Bereichen, in denen eine höhere Genauigkeit gewünscht wird, erzielt werden.

CFD-Modell

In diesem Fall werden wir die Wirbelstraße untersuchen, die hinter einem Hindernis im Strömungsfeld auftritt. Das Netz wird aus einer Ansys Fluent-Datei importiert. Dies ist unten dargestellt:

Vermaschung des CFD-Bereichs für die Simulation

Als Randbedingungen werden Symmetrien an den Seitenwänden, ein Auslass bei atmosphärischem Druck und ein gleichmäßiger Einlass mit einer Geschwindigkeit von 15 m/s und automatischer externer Turbulenz festgelegt. An der Körperwand wird eine No-Slip Wall als No-Slip Wall-Bedingung angebracht.

CFD-Simulation und Ergebnisse

Auch hier wird zunächst eine stationäre Lösung mit dem SST-Turbulenzmodell berechnet. Diese Ergebnisse werden mit Acutrans exportiert, um als Anfangsbedingung für die anschließende instationäre Analyse verwendet zu werden. Dieser Prozess wurde bereits in früheren Beiträgen beschrieben und kann auch in unserem Download-Bereich nachgelesen werden.

Die Rezirkulationszone passt wie erwartet, wie in der Abbildung gezeigt:

Rezirkulationszone der stationären Analyse

Bei diesem Ergebnis handelt es sich jedoch um einen zeitlichen Mittelwert. Um die instationären Strömungsmuster zu visualisieren, ist eine instationäre Analyse mit einem geeigneten Turbulenzmodell wie SAS erforderlich. Das folgende Bild zeigt die Geschwindigkeitsergebnisse der entsprechenden Analyse:

Geschwindigkeitsfeld und seine zeitlichen Schwankungen mit dem SAS-Turbulenzmodell

Auch die Rezirkulationszone schwankt erwartungsgemäß um den Durchschnitt.

Schließlich zeigen wir die Ergebnisse der Q-Kriterium-Isoflächen, die in diesem Fall eine sehr klare Visualisierung der im Gebiet erzeugten Wirbelmuster ermöglichen.

Durch CFD-Simulation erzeugte Wirbel in der Strömung durch den untersuchten Körper

Mit diesen Ergebnissen schließen wir die Reihe der Beiträge ab, die der Untersuchung von Turbulenzen und ihrer Modellierung mit Hilfe der numerischen Strömungsmechanik (CFD) gewidmet sind. Der Umgang mit diesen Konzepten und ihre Anwendung auf industrielle Fälle sind Teil des Wissens, über das ICEMM als Unternehmen mit umfassender Erfahrung in der Analyse und Optimierung mit dieser Technologie verfügt.

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