Blog berichten Volupe

Hoe slaagt u met uw EMP-simulatie in Simcenter STAR-CCM+?

In de blogpost van deze week gaan we dieper in op enkele instellingen voor de EMP solver zodat u succesvol kunt zijn met uw EMP simulatie in Simcenter STAR-CCM+. De EMP solver is een van de meest complexe en gevoelige solvers die Simcenter STAR-CCM+ heeft op het gebied van convergentie en stabiliteit. Het is een voorbeeld waar de standaardinstellingen voor de solver niet de beste praktijk zijn, en zelfs geen echte optie als het gaat om het bereiken van convergentie in uw simulatie.

De EMP oplosser

Laten we samenvatten wat de EMP solver in Simcenter STAR-CCM+ is, en wat het doet. De ontwikkeling van het EMP-model in Simcenter STAR-CCM+ werd gestuurd door de nucleaire industrie. Het algemene gebruik van het model is voor het simuleren van verspreide stroming, zoals bellen in water. Maar in Simcenter STAR-CCM+ heeft de ontwikkeling van de methode steeds meer stromingsregimes en combinaties van stromingstopologie mogelijk gemaakt. In Simcenter STAR-CCM+ is een van de grondslagen voor de EMP-oplosser de populatiebalansmodellering (PBM), zoals AMUSIG of S-Gamma [Bevolkingsevenwicht in Simcenter STAR-CCM+ - VOLUPE Software]. Het is natuurlijk ook mogelijk problemen op te lossen met een andere topologie van de fase-interactie [Topologie van de fase-interactie, dichtheid van het interactiegebied en lengteschaal - VOLUPE Software], zonder een expliciet gedefinieerde gedispergeerde fase. U kunt een topologie met meerdere stromingsregimes toepassen en u kunt zelfs EMP met LSI (Large scale interface) uitvoeren op een soortgelijke manier als bij MMP.

EMP is gebaseerd op een Euleriaans-Euleriaanse formulering, waarin elke afzonderlijke fase zijn eigen set behoudsvergelijkingen heeft. Fasen worden beschouwd als gemengd op lengteschalen die kleiner zijn dan de op te lossen lengteschalen. Dit betekent bijvoorbeeld bij de continue verspreide topologie van belletjes in water, dat interactie plaatsvindt voor belletjes die kleiner zijn dan de celgrootte en dat er dus sluitingsmodellen nodig zijn om deze te simuleren.

De fasen worden geacht overal in het domein naast elkaar te bestaan, en zelfs op een plaats waar je geen vloeibare fase hebt (bv. boven het oppervlak in een water-luchtsimulatie) worden de vergelijkingen voor massa, momentum en energie voor beide fasen opgelost. Het enige veld dat door alle fasen wordt gedeeld is het drukveld. Het concept van naast elkaar bestaande fasen wordt "interpenetrerende continua" genoemd en gaat ervan uit dat u geïnteresseerd bent in het tijdgemiddelde gedrag van de stroming, in plaats van het momentane gedrag.

Instellingen voor de EMP solver

In dit deel zullen we enkele van de aanbevolen solverinstellingen bespreken. Veel van deze instellingen zijn niet alleen aanbevolen instellingen, maar zijn ook absolute eisen om convergentie te bereiken in uw EMP geval. Eerst kijken we naar instellingen voor meerfasige interactie samen met randvoorwaarden en dergelijke.

  • Voor interactieschalen voor continue gedispergeerde fasetopologie gebruikt u de gemiddelde diameter. Als u een populatiebalansmodel gebruikt, gebruik dan de gemiddelde diameter van Sauter.
  • Bij een topologie met meerdere stromingsregimes is de beste praktijk het gebruik van "gradiënt gecorrigeerde standaard" in tegenstelling tot "standaard" als methode voor de stromingsregimegewichtsfunctie onder de fase-interactie. De gewichtsfuncties worden gebruikt om de fracties van de bijdragen van de verschillende regimes aan de gelineariseerde weerstands- en warmteoverdrachtscoëfficiënten te bepalen, en de op de gradiënt gebaseerde wijziging leidt tot een gladder veld van de menggewichtsfunctie dan de standaardmethode.

  • Zelfs als de fractie van een bepaalde fase nul is, is het vaak een goed idee om de snelheid van die fase gelijk te stellen aan de snelheid van de fase die zich werkelijk in de inlaat bevindt. Dit geldt vooral wanneer u een minimale volumefractie specificeert. In gevallen waarin u nergens de nulfractie van een fase toestaat. Het instellen van een minimale volumefractie is ook een sterke suggestie.
  • Het gebruik van mengturbulentie waar die beschikbaar is, wordt aanbevolen (in tegenstelling tot fasische turbulentie). Zowel om stabiliteitsredenen als omdat het aantal op te lossen vergelijkingen per keer vermindert. Hoe turbulentie in meerfasengevallen werkt kunt u hier lezen [Turbulentie voor meerfasen simulations in Simcenter STAR-CCM+ - VOLUPE Software]. En mengturbulentie werkt op dezelfde manier als turbulentie voor MMP, met de mengselwaarden voor dichtheid, dynamische viscositeit, snelheid en turbulente viscositeit.
  • Als u instabiliteit ervaart, begin dan met de 1e orde op alle regelingen (dit is niet alleen relevant voor meerfasige simulations).
  • Als u werkt met LSI (Large Scale Interfaces, zoals een wateroppervlak) gebruik dan Adaptive Interface Sharpening (ADIS) als de volumefractie convectie optie onder de Eulerian Multiphase node in de modelselectie.

  • Schakel om te beginnen de secundaire kleurverlopen uit.
  • SIMCENTER STAR-CCM+ IN DOUBLE PRECISION (r8) uitvoeren!
  • Stel zo nodig de convergentietolerantie voor de AMG-oplosser strakker in, met een convergentietolerantie van 1e-4. Overweeg ook het aantal max-cycli te verhogen.

Onder ontspanning in EMP simulations

Voor Euleriaanse meerfasen bestaan er zowel een impliciete als een expliciete onderrelaxatiefactor. Het product van deze twee geeft de algemene (of globale) onderrelaxatie factor. De gescheiden EMP-stroomoplosser en de volumefractieoplosser voor meerfasen hebben beide de impliciete en expliciete onderrelaxaties. De onderrelaxaties worden gebruikt om de convergentie voor meerfasen simulations te verbeteren. Zowel in termen van simulatie snelheid en de robuustheid van de oplosser. De impliciet onder relaxatiefactor verbetert de stabiliteit en convergentie van het lineaire systeem door de relaxatiefactor te gebruiken om de diagonale dominantie van de matrix te vergroten. De bedoelde matrix is de matrix die de coëfficiënten weergeeft van de lineaire systemen die door de AMG-solver worden opgelost met behulp van een van de beschikbare relaxatieschema's, zoals Jacobi of Gauss-Seidel. De factor Expliciet onder ontspanning specificeert de vermenigvuldigingsfactor die wordt toegepast op de voorlopige toename van de oplossing. De expliciete is degene die over het algemeen wordt bedoeld, wanneer men spreekt over relaxatie, d.w.z. hoeveel van de nieuwe oplossing voor de volgende stap moet worden gebruikt.

Er zijn verschillende aanbevelingen voor de relaxatiefactor voor de EMP solver, één daarvan is om de impliciete op 0,8 te houden en de expliciete te verlagen. Snelheid en volumefractie hebben beide de onderrelaxatiefactor, samen met S-gamma als u die PBM gebruikt en gebruik voor S-gamma hetzelfde als voor volumefractie. Een goed uitgangspunt voor onderrelaxatiefactoren vindt u hier:

  • De impliciete URF moet zo groot mogelijk zijn, niet kleiner dan 0,5.
  • Globale URF voor snelheid 0.4
  • Globale URF voor turbulentie 0,3
  • Globale URF voor druk en volumefractie 0,2

Merk dan op dat turbulentie en druk alleen een algemene onder relaxatiefactor hebben, de Expliciete moet worden ingesteld om de juiste waarde voor de algemene te geven.

U kunt ook een helling maken van de onderrelaxatie en beslissen hoeveel iteraties u gebruikt bij het lineair verhogen van de onderrelaxatiefactor tot de door u bepaalde waarde. Een suggestie is om de eerste 200 iteraties te verhogen.

Toezicht en convergentie

Als het gaat om convergentie en het controleren van uw EMP-simulatie, moet u er echt voor zorgen dat in elke tijdstap (als u een transiënte simulatie uitvoert) convergentie is bereikt. Alle solvers moeten convergentie bereiken vóór de volgende tijdstap. Als u een interface hebt, is het aan te bevelen uw tijdstap te baseren op een waarde van CFL=0,5. Dit kan worden gedaan door een iso-oppervlak te maken en de CFL daarop te controleren. Controleer de minimum- en maximumwaarde van snelheid, druk en temperatuur om er zeker van te zijn dat uw resultaat natuurkundig is. Meet ook de convergentie van elke fase door te kijken naar dichtheid x volumefractie x volume, en zo het totale volume van elke fase bij te houden. En maak, zoals gebruikelijk, verschillende controlepunten in interessante gebieden en houd daar de druk en snelheid bij. Controleer ook de massa-onevenwichtigheid voor elke fase.

Voorbeeld van EMP-simulatie

Om de mogelijkheden van de EMP solver te laten zien heb ik een simulatie uitgevoerd. In het algemeen kan de EMP-methode hetzelfde als elk ander van de Euleriaanse raamwerken in Simcenter STAR-CCM+, wat betekent dat wanneer je MMP, VOF of DMP gebruikt, je in theorie ook in staat zou moeten zijn om het resultaat met EMP te reproduceren. In dit simulatievoorbeeld wordt een 1 m lange pijp met een diameter van 0,2 m aanvankelijk gevuld met lucht. Bij de inlaat wordt water gestuurd met 1 m/s. De volledige simulatietijd is 0,8 s, en de zwaartekracht is uiteraard inbegrepen. Dit gebeurt zowel met EMP-LSI als met VOF. Onderstaande figuur toont een plot van het isosurface voor water bij een volumefractie van 0,5 voor zowel de EMP als de VOF-simulatie. De modellen geven in principe hetzelfde resultaat, vandaar dat het verschil in waterhoogte klein is.

De onderstaande video's tonen het verloop van het water vanaf de inlaat en gedurende 0,8 seconden. De bovenste video is voor EMP en de onderste voor VOF.

Ik hoop dat dit nuttig voor u is geweest terwijl u alle stappen doorloopt in het moeras dat meerfasig simulations is in Simcenter STAR-CCM+. Zoals gewoonlijk kunt u contact opnemen met support@volupe.com als je vragen hebt.

Auteur

Robin Viktor

Robin Victor
+46731473121
support@volupe.com

Meer blogberichten

nl_BEDutch