Instrukcja 8. 1 Model turbulencji k ω SST



Podobne dokumenty
Instrukcja 6 i 7 Model turbulencji k ɛ

Ćwiczenie 13 Symulacja odprowadzania ciepła z układu półprzewodnikowego

Ćwiczenie: Wentylator promieniowy. Sformułowanie zadania. Budowanie geometrii (GAMBIT) a) Tworzenie dyfuzora

Projekt badawczy N N Badania doświadczalne i numeryczne przepływu płynów lepkosprężystych

Dwurównaniowe domknięcie turbulentnego strumienia ciepła

Przepływ trójwymiarowy z oderwaniem. A. Wykonanie modelu geometrycznego (GAMBIT)

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

Instrukcja do zajęć z modelowania pracy poprzecznych łożysk ślizgowych

Instrukcja 4 Modele RANS - wpływ siatki, warunków brzegowych i modelu turbulencji na wyniki symulacji

Postępując w podobny sposób utworzyć pozostałe dwie powierzchnie, nadając im nazwy kryza oraz rura-wylot.

TEMAT 5. Wprowadzenie do ANSYS Fluent i post-procesora transfer ciepła

Podczas wykonywania analizy w programie COMSOL, wykorzystywane jest poniższe równanie: 1.2. Dane wejściowe.

J. Szantyr Wykład nr 19 Warstwy przyścienne i ślady 1

Określenie warunków dla brzegów i continuum:

Wyznaczanie długości fali świetlnej za pomocą spektrometru siatkowego

Katedra Silników Spalinowych i Pojazdów ATH ZAKŁAD TERMODYNAMIKI. Konwekcja wymuszona - 1 -

Modelowanie maszyn wirnikowych w środowisku ANSYS

Metoda Elementów Skończonych

Zwój nad przewodzącą płytą METODA ROZDZIELENIA ZMIENNYCH

ĆWICZENIE Nieściśliwy opływ profilu NACA 23012

Wykres linii ciśnień i linii energii (wykres Ancony)

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

Fizyka w sporcie Aerodynamika

Laboratorium komputerowe z wybranych zagadnień mechaniki płynów

CIEPLNE MASZYNY PRZEPŁYWOWE No. 144 TURBOMACHINERY 2013 ANALIZA OPŁYWU PROFILU TURBINY WIATROWEJ PRZY MAŁYCH LICZBACH REYNOLDSA

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Wykład 21: Studnie i bariery cz.1.

Pomiar prędkości i natęŝenia przepływu za pomocą rurek spiętrzających

ANALIZA PRZEPŁYWU W TUNELU AERODYNAMICZNYM PO MODERNIZACJI

Polska gola! czyli. Fizyk komputerowy gra w piłkę. Sławomir Kulesza

Zastosowanie wybranych metod bezsiatkowych w analizie przepływów w pofalowanych przewodach Streszczenie

Politechnika Poznańska. Metoda Elementów Skończonych

LABORATORIUM METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Instrukcja do wykonania symulacji numerycznych CFD w programie PolyFlow 14.0 przepływu płynów nienewtonowskich o właściwościach lepkosprężystych

Numeryczna symulacja opływu wokół płata o zmodyfikowanej krawędzi natarcia. Michał Durka

- prędkość masy wynikająca z innych procesów, np. adwekcji, naprężeń itd.

Płyny newtonowskie (1.1.1) RYS. 1.1

Wybrane rozkłady zmiennych losowych i ich charakterystyki

SYMULACJA OPROMIENIOWANEGO WYMIENNIKA CIEPŁA DO ZASTOSOWAŃ W APARACIE DO BADAŃ ZUŻYCIA EROZYJNEGO

J. Szantyr - Wykład 13 Podstawy teoretyczne i modelowanie turbulencji

Ćwiczenie 2 Numeryczna symulacja swobodnego spadku ciała w ośrodku lepkim (Instrukcja obsługi interfejsu użytkownika)

ĆWICZENIE. Wykonanie modelu geometrycznego

. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest porównanie na drodze obserwacji wizualnej przepływu laminarnego i turbulentnego, oraz wyznaczenie krytycznej licz

( ) + ( ) T ( ) + E IE E E. Obliczanie gradientu błędu metodą układu dołączonego

Metoda Elementów Skończonych

Modelowanie zjawisk przepływowocieplnych. i wewnętrznie ożebrowanych. Karol Majewski Sławomir Grądziel

ANALIZA ROZKŁADU CIŚNIEŃ I PRĘDKOŚCI W PRZEWODZIE O ZMIENNYM PRZEKROJU

dr inż. Cezary Żrodowski Wizualizacja Informacji WETI PG, sem. V, 2015/16

Instrukcja stanowiskowa

Ćwiczenie 1: Wprowadzenie do środowiska ANSYS Workbench 14

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH.

Cykl Frezowanie Gwintów

Matematyka dyskretna. Wykład 2: Kombinatoryka. Gniewomir Sarbicki

MES Projekt zaliczeniowy.

CERTYFIKOWANE WENTYLATORY F400 DO STREFY ZAGROŻONEJ. OSIOWY WENTYLATOR STRUMIENIOWY 400 C/2h

FDS 6 - Nowe funkcje i możliwości Modelowanie instalacji HVAC: Część 3 wentylatory strumieniowe.

Politechnika Poznańska

Mgr inż. Wojciech Chajec Pracownia Kompozytów, CNT Mgr inż. Adam Dziubiński Pracownia Aerodynamiki Numerycznej i Mechaniki Lotu, CNT SMIL

k + l 0 + k 2 k 2m 1 . (3) ) 2 v 1 = 2g (h h 0 ). (5) v 1 = m 1 m 1 + m 2 2g (h h0 ). (6) . (7) (m 1 + m 2 ) 2 h m ( 2 h h 0 k (m 1 + m 2 ) ω =

OPŁYW PROFILU. Ciała opływane. profile lotnicze łopatki. Rys. 1. Podział ciał opływanych pod względem aerodynamicznym

Ćwiczenie nr 8 - Modyfikacje części, tworzenie brył złożonych

Laboratorium InŜynierii i Aparatury Przemysłu SpoŜywczego

Wyznaczenie prędkości pojazdu na podstawie długości śladów hamowania pozostawionych na drodze

Metoda Elementów Skończonych - Laboratorium

PROGRAMOWANIE OBRABIAREK CNC W JĘZYKU SINUMERIC

Projekt połowicznej, prostej endoprotezy stawu biodrowego w programie SOLIDWorks.

Projekt Metoda Elementów Skończonych. COMSOL Multiphysics 3.4

dr inż. Cezary Żrodowski Wizualizacja Informacji WETI PG, sem. V, 2015/16 b) Operacja wyciągnięcia obrotowego z dodaniem materiału - uchwyt (1pkt)

Politechnika Poznańska. Zakład Mechaniki Technicznej

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

Ćwiczenie 5: Analiza pól elektromagnetycznych w programie FEMM cz. 1

ANALIZA ROZKŁADU PRĘDKOŚCI W KOMORZE USZCZELNIENIA LABIRYNTOWEGO NA PODSTAWIE BADAŃ EKSPERYMENTALNYCH I OBLICZEŃ NUMERYCZNYCH

Analiza kinematyczna i dynamiczna układu roboczego. koparki DOSAN

Politechnika Poznańska. Projekt Metoda Elementów Skończonych

AUTODESK ECOTECT ANALYSIS DLA POCZĄTKUJĄCYCH

Rys.1. Uaktywnianie pasków narzędzi. żądanych pasków narzędziowych. a) Modelowanie części: (standardowo widoczny po prawej stronie Przeglądarki MDT)

Laboratorium komputerowe z wybranych zagadnień mechaniki płynów

dr inż. Cezary Żrodowski Wizualizacja Informacji WETI PG, sem. V, 2015/16

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Numeryczne modelowanie mikrozwężkowego czujnika przepływu

Politechnika Gdańska

Warszawa, 29 sierpnia 2009

Nasyp przyrost osiadania w czasie (konsolidacja)

Doświadczenia w eksploatacji gazomierzy ultradźwiękowych

Uruchomić programu AUI kliknięciem ikony znajdującej się na pulpicie. Zadanie rozwiązać za pomocą systemu ADINA.

Szczegółowy Opis Przedmiotu Zamówienia 18/D/ApBad/2016. Projekt, wykonanie oraz dostawa komory do pomiaru przepływu w uszczelnieniu labiryntowym.

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Metoda Elementów Skończonych. Projekt: COMSOL Multiphysics 3.4.

Badania modelowe przelewu mierniczego

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

Q strumień objętości, A przekrój całkowity, Przedstawiona zależność, zwana prawem filtracji, została podana przez Darcy ego w postaci równania:

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

J. Szantyr Wyklad nr 6 Przepływy laminarne i turbulentne

Informatyka w służbie efektów specjalnych. Część druga

Wydział Elektryczny. Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej. Sieci i Aplikacje TCP/IP. Ćwiczenie nr 1

Modelowanie powierzchniowe - czajnik

POLE TEMPERATURY SIECI CIEPLNYCH

Analiza wymiany ciepła w przekroju rury solarnej Heat Pipe w warunkach ustalonych

J. Szantyr Wykład 4 Podstawy teorii przepływów turbulentnych Zjawisko występowania dwóch różnych rodzajów przepływów, czyli laminarnego i


Transkrypt:

Wstęp Instrucja 8 Model turbulencji -ω SST Celem dzisiejszego laboratorium jest samodzielna implementacja z użyciem gotowych funcji UDF oraz sprawdzenie działania modelu turbulencji ω SST. Zajmiemy się symulacją prostopadłego uderzenia strugi płynu w płasą powierzchnię przy liczbie Reynoldsa Re = 23000, czyli tym samym przypadiem co na ostatnim laboratorium. Wynii naszych symulacji porównamy z wyniami esperymentalnymi ( Impinging jet studies for turbulence model assessment, Cooper et. al, Int. J. Heat Mass Transfer, 1992) 1 1 Model turbulencji ω SST Model ω SST jest modelem, tóry łączy zalety modelu ɛ i modelu ω oraz wprowadza dodatowy człon ograniczający nadproducję energii inetycznej turbulencji w obszarach silnych dodatnich gradientów ciśnienia (punty spiętrzenia, obszary oderwania warstwy przyściennej). Nauowcy, badając modele ɛ i ω, zaobserwowali, że pierwszy z nich dobrze modeluje turbulencję w przepływie swobodnym i warstwach ścinanych oraz charateryzuje się małą czułością na waruni wlotowe dla wielości opisujących turbulencję. Jest to pożądana cecha ze względu na fat, że często w pratycznych obliczeniach wielości te nie są doładnie znane. Model ω za to znacznie lepiej modeluje przepływ turbulentny w warstwie przyściennej, natomiast jest bardzo czuły na wartości wielości turbulentnych w przepływie swobodnym. Uznano zatem, że można połączyć pożądane cechy obu modeli przez połączenie ich w jeden model. Doonuje się tego w następujący sposób. Standardowy model ɛ można przetransformować do równań na i ω. Pamiętamy, że ω to właściwa (jednostowa) dyssypacja energii inetycznej turbulencji, tzn. ω = ɛ/. Następnie mnożymy równania tego modelu przez funcję, tóra będzie miała wartość 1 w przepływie swobodnym i zero przy brzegu (de facto mnoży się je przez różnicę 1 F 1, gdzie F 1 ma 1 na brzegu i 0 wewnątrz przepływu), a równania standardowego modelu ω mnożymy przez funcję F 1. Do tego opracowano limiter limitujący wartości naprężeń głównych przepływu, tóry dołączono do równań. Stąd w nazwie SST (shear stress transport). Równania modelu są następujące: ρω t u i t + u u i = 1 p 1 ( (µ + µ t )( u i + u ) ) x ρ x i ρ x x x i (ρ) t u x = 0 + (ρu j) x j = Ĝ β ρω + x j ( (µ + σ µ t ) x j ) + (ρωu j) = γ x j ν Ĝ βρω 2 + ( (µ + σ ω µ t ) ω ) 1 ω + 2ρ(1 F 1 )σ ω2 x j x j ω x j x j 1 dane esperymentalne zostały ściagnięte z bazy ERCOFTAC-u http://cfd.mace.manchester.ac.u/ercoftac/ - można tam znaleźć również inne esperymenty służące jao benchmari dla symulacji 1

Człon Ĝ jest zdefiniowany jao Ĝ = min(µ t S 2, 10ρβ ω) Nazwijmy przez φ 1 dowolną stałą oryginalnego modelu (np. σ 1 ) oraz przez φ 2 dowolną stałą przetransformowanego modelu ɛ. Wówczas ażda stała w ońcowym modelu φ wyraża się przez φ = F 1 φ 1 + (1 F 1 )φ 2 W modelu występują następujące dwa zestawy danych: σ 1 = 0.85 σ ω1 = 0.5 β 1 = 0.075 β = 0.09 κ = 0.41 γ 1 = β 1 /β σ ω1 κ 2 / β σ 2 = 1.0 σ ω2 = 0.856 β 2 = 0.0828 β = 0.09 κ = 0.41 γ 2 = β 2 /β σ ω2 κ 2 / β Funcja F 1 wyrażona jest w następujący sposób: F 1 = tanh(arg 4 1), arg 1 = min(max( 0.09ωy, 500ν ωy 2 ), 4ρσ ω2 CD ω y 2 ) Lepość turbulentna jest liczona ze wzoru gdzie W powyższym: 1 ω CD ω = max(2ρσ ω2, 10 20 ) ω x j x j ν t = F 2 = tanh(arg 2 2), a 1 max(a 1 ω, SF 2 ) arg 2 = max(2 0.09ωy, 500ν y 2 ω ) µ t = ρν t S = 2S ij S ij S ij = 1 2 ( ui + u ) x x i Równania trzeba uzupełnić o odpowiednie waruni brzegowe. Na wlocie do obszaru zadaje się oreślone wartośći wielości turbulentnych (warune Dirichleta dla i ω). Przydatne do tego są związi: = 3 2 (u 0t i ) 2 ɛ = 3/2 l 0 l 0 = 0.1D ω = ɛ Na wylocie zwyle zadaje się zerowy gradient wielości turbulentnych, natomiast na ściance materialnej = 0 (flutuacje turbulentne zniają, więc i energia inetyczna turbulencji musi zniać), zaś ω = 10 6ν β 1 y 2 gdzie y stanowi odległość od brzegu ś 2

2D impinging jet ΦD Rysune 1: Struga uderzająca o ścianę. 2 Geometria i waruni brzegowe Będziemy symulować uderzenie strugi (ang. jet ) w prostopadłą płytę. Rozwinięty przepływ turbulentny wylatuje z ruri do swobodnej przestrzeni (wypełnionej tą samą substancją) i uderza o ścianę. Przepływ jest osiowosymetryczny. Geometrię ilustruje Rys. 1: W symulacjach będziemy używać siati struturalnej dostępnej w pliu jet mesh.msh. Ze względu na osiową symetrię problemu, siata obliczeniowa stanowi połowę obszaru zaznaczonego na Rys. 1. Zawiera ona dolot z rury długosci 1 średnicy oraz jest wysoi na 6 średnic. Średnica rury, z tórej wylatuje struga to φ = 20mm. Siata została wygenerowana ta, by szacunowe wartosci y + na ścianach materialnych były blisie 1. Wszystie brzegi siati zostały przedstawione na Rys. 2. Odpowiednie waruni brzegowe dla ażdego z obszarów zostały opisane w Tabeli 1. Szczegółowe wyjaśnienia implementacji UDF dla warunów brzegowych będą omówione w dalszej części instrucji. Zdefiniowanie modelu w programie Fluent 1. Otwórz program Fluent. 2. Wybierz File Read Mesh. 3. Sprawdź siatę: Mesh Chec. Gdyby sprawdzenie zawiodło, wpisz do onsoli zasugerowane polecenie do naprawy siati. 4. W załadce General zmień typ analizy na Axisymmetric. 5. Wejdź do menu Define Profiles Read jet profiles.prof Close. 3

Tablica 1: Opis warunów brzegowych Nr Nazwa Warune brzegowy Dodatowe uwagi 1 wlot velocity inlet wczytać profil wlotowy z pliu jet profiles.prof 2 os 1 axis - 3 os 2 axis - 4 os 3 axis - 5 sciana wewn wall 6 sciana zewn wall = 0, ω wyznaczone za pomocą UDF 7 sciana rury wall 8 wylot gora prawy pressure outlet 9 wylot gora lewy pressure outlet zerowy strumień dla i ω 10 wylot lewy pressure outlet 6. Wejdź do menu Define User-Defined Functions Interpreted SST source.c OK Interpret Close. 7. Wejdź do menu Define User-Defined Scalars. Zmień liczbę dodatowych salarów na 2. Wyłącz opcję Inlet Diffusion, sprawdź, czy dla obu indesów Flux Function jest wybrana jao mass flow rate. Zatwierdź OK. 8. Wejdź do menu Define User-Defined Memory. Ustaw liczbę dodatowych zmiennych dla ażdej omóri na 4. Zatwierdź wybór. 9. Przejdź do załadi Models. Upewnij się, że masz wybrany model Laminar. My bowiem sami będziemy modyfiować lepość płynu ta, aby odzwierciedlała sumę lepości moleularnej i turbulentnej. 10. Przejdź do załadi Materials. Wybierz air Create/Edit i w polu Viscosity wybierz userdefined turbulent viscosity OK. W tym samym onie musimy wybrać dyfuzyjności dla energii inetycznej turbulencji oraz dla jednostowej dyssypacji energii. W polu UDS Diffusivity wybierz defined-per-uds i wyedytuj je ta, aby dla uds-0 przypisać diffusivity, zaś dla uds-1 przypisać omega diffusivity. Na oniec zaaceptuj przez linięcie Change/Create. 11. Następnie przejdź do Cell Zone Conditions Edit, zaznacz opcję Source Terms i przejdź do załadi o tej samej nazwie. Dla User Scalar 0 wybierz udf production, a dla User Scalar 1 wybierz udf omega production. Zaończ OK. 12. Przejdź do załadi Boundary Conditions. Upewnij się (lub ewentualnie zmień), że trzy fragmenty osi mają warune brzegowy typu axis, zaś wszystie wyloty warune pressure-outlet. Dla powierzchni wlotowej wybierz warune typu velocity-inlet. 13. Klinij Edit dla warunu wlotowego. Przełącz Velocity Specification Method na Components i wybierz dla Axial Velocity z menu profil wylot axial-velocity i podobnie uczyń dla prędości promieniowej. Następnie przełącz się do załadi UDS, przełącz dla obu wielości typ warunu na warune Dirichleta Specified Value i ich wartości poniżej odpowiednio wylot turb-ineticenergy oraz wylot specific-diss-rate. Klinij OK. 4

wylot_gora_lewy wylot_gora_prawy wylot_lewy sciana_zewn wlot sciana_rury os_1 os_2 os_3 sciana_wewn Rysune 2: Nazwy rawędzi siati obliczeniowej. 14. Rozpocznij edycję jednego z warunów wylotowych. Upewnij się, że ciśnienie na wylocie ustawione jest na wartość 0 oraz, że dla UDS-ów wybrano jednorodny warune Neumanna (tzn. opcję Specified Flux ze stałą zerową wartością na brzegu). Sopiuj dane z tego warunu brzegowego na pozostałe waruni brzegow z pomocą poniżej umieszczonego przycisu Copy... 15. Wybierz jeden z warunów brzegowych typu wall i wyedytuj ustawienia UDS-ów ta, aby ustawić zerowy warune na wartość uds-0, a wartość brzegowa uds-1 była w ażdej iteracji wyliczana przez udf omega bc. Zatwierdź swój wybór i również ten warune sopiuj na pozostałe ściani materialne. 16. Przejdź do załadi Solution Methods. Dla równań pędu wybierz schemat pierwszego rzędu typu upwind, dla obu UDS-ów schemat drugiego rzędu upwind. 17. W załadce Solution Controls zmień współczynnii podrelasacji dla ciśnienia na 0.2, a dla 5

UDS-ów na 0.1. 18. W załadce Monitors zmień wymagania w stosunu do wszystich residuali na 1e 4. 19. Przejdź do załadi Solution Initialization i zmień sposób inicjalizacji na Standard Initialization. Ustaw wartość ciśnienia na 0, wartość osiowej sładowej prędośći na 5 m/s, sładowej promieniowej na 0 m/s, energii inetycznej turbulencji na 1, a jednostowej dyssypacji na 500. Naciśnij Initialize. 20. Przejdź do załadi Run Calculation, zmień liczbę iteracji na 2200, linij Calculate i idź zaparzyć sobie awę. Analiza wyniów 1. Obejrzyj doładnie pole prędości (jej modułu oraz obu sładowych), ja również energii inetycznej turbulencji. Czy widzisz jaąś istotną różnicę w mapie energii turbulencji względem modelu ɛ? 2. Przejdź do załadi Plots, wczytaj wszystie plii z wyniami esperymentalnymi oraz doonaj porównania profili prędości oraz energii inetycznej turbulencji w płaszczyznach y = 0.01, y = 0.02, y = 0.03, y = 0.04, y = 0.05, y = 0.06, co stanowi porównanie na liniach y = 0.5D, 1D,..., 3D. 6