Volupe logo

Blog berichten Volupe

Pakketten en deeltjes in Simcenter STAR-CCM+

simulations binnen de Lagrangiaan kader inherent betreft de introductie van deeltjes in fluid stroom, maar in veel zaken it ooks het concept van percelen. De concept van percelen is vaak onderhevig aan verwarring bij vele gebruikerss, dus tDe blogpost van deze week is bedoeld om de verschil(en) tussen pakketten en deeltjes. Wij zal ook tonen enkele nuttige tips voor het analyseren van Lagrangiaan simulatiegegevens en tonen enkele belangrijke verschillen.

Het Lagrangiaanse pakketconcept

Het oplossen van trajecten voor deeltjes in fluid stroom kan snel rekenkundig duur worden. Dit is waar het concept van percelen kom in het spel. De fundamenteel idee van de Lagrangiaan perceel is om verminderen de rekenkosten in verband met door meerdere deeltjes samen te voegen. Als zodanig kan een perceel dacht aan als een verzameling van deeltjes. Het is belangrijk te begrijpen dat alle deeltjes binnen een pakket hebben identiek fysiek eigenschappenzoals diameter en massa en dat er is geen deeltjesinteractie binnen a pakket. Dit betekent dat verschijnselen als coalescentie, breken of stuiteren (van muren) gebeurt op perceelsniveau. Bovendien worden de vergelijkingen van continuïteit, momentum en energie opgelost voor afzonderlijke deeltjeswat betekent dat er zijn geen fysische grootheden zoals massa, snelheid of temperatuur gedefinieerd voor de percelen. 

Analyse van Lagrangiaanse simulatiegegevens

Het belang van het onderscheid tussen pakketten en deeltjes wordts vitaal bij het opzetten en het analyseren van Lagrangiaan simulations. In dit deel beschrijven wij een paar scenario's die kan anders verwarring veroorzaken.  

Deeltjesstroom

In Simcenter STAR-CCM+ Lagrangiaanse deeltjes worden met injectoren in het stromingsveld gebracht. Om de snelheid te specificeren waarmee de deeltjes worden geïnjecteerd kan de gebruiker een deeltjesstroom specificeren, gedefinieerd als deeltjes per seconde. Voor DEM simulations zal de visuele weergave van deze deeltjes altijd resoneren met de veldfunctie "Particle Count", omdat we de discrete deeltjes letterlijk modelleren. Voor massaloze of materiële deeltjes is dit echter niet altijd het geval. 

Beschouw een pijp met een inlaatsnelheid van 1 meter per seconde. We injecteren massaloze deeltjes (bovenste rij), DEM-deeltjes (middelste rij) en materiaaldeeltjes (onderste rij) met een puntinjector aan het begin van de pijp, elk met een deeltjesstroom van 1 deeltje per seconde en een deeltjessnelheid van 1 meter per seconde in de stroomrichting. De tijdstapgrootte is 0,1 seconde. 

Deeltjesstroom

We laten de simulatie 0,8 seconden lopen en visualiseren de drie verschillende deeltjesfasen in de pijp. Met een deeltjesstroom van 1 deeltje per seconde zou men kunnen verwachten na 0,8 seconden slechts één deeltje per fase te zien. Maar dit geldt alleen voor de DEM (middelste rij). De materiaalfase en de massaloze deeltjesfase tonen elk 8 deeltjes, hoewel we nog geen seconde hebben gedraaid.  

Dus waarom is dit? Wat we zien is eigenlijk materieel en massaloos... pakketten. In Simcenter STAR-CCM+ worden pakketten standaard bij elke tijdstap geïnjecteerd, ongeacht de stroomsnelheid. Dit betekent dat we percelen zien die fracties van deeltjes. Dit wordt nog duidelijker als we de pakketten inkleuren op deeltjesaantal, waarbij we zien dat elk materieel en massaloos pakket een deeltjesaantal van 0,1 heeft. 

Visualisering van de deeltjestelling voor materiaal, DEM en massaloze deeltjes

Wegingsfunctie voor histogrammen

Een andere toepassing waarbij het van belang is onderscheid te maken tussen pakketten en deeltjes is de analyse van deeltjessporen in histogrammen. We zullen dit nogmaals laten zien aan de hand van een kort voorbeeld. Beschouw een S-bocht pijp met een stationair gasstroomveld waarin we zanddeeltjes hebben geïnjecteerd vanuit de inlaat (linksonder in onderstaande afbeelding).

S-bocht en zandpercelen

Het zand is geïnjecteerd met behulp van een Rosin-Rammler-verdeling voor de deeltjesgrootte, variërend van 17 millimeter tot 27,5 millimeter (zie onderstaande afbeelding). Grensmonsters op de pijpwanden zijn gebruikt om de interactie van de zanddeeltjes met de wanden te volgen.

Rosin-Rammler-instellingen voor deeltjesdiameterverdeling

Nu, lLaten we aannemen dat we het deeltje... maat distributie op het zand dat in wisselwerking staat met de buiswand. Wij besluit om een histogramgrafiek te maken. Als inputgedeelte hebben we kies de bemonsterde deeltjessporen ("Sand phase @ Fluid: Pipe Walls").

Invoerinstellingen voor histogrammen

Vervolgens selecteren wij de deeltjesdiameter als invoer voor de bins. 

Histogram bin instellingen

Met 10 niveaus voor de bins krijgen we een histogram zoals dit:

Histogram van perceelgegevens

Het is nu misschien verleidelijk te denken dat het histogram het aantal deeltjes in elk diameterbereik weergeeft, maar wat nu belangrijk is om te weten, is dat de annotatie "Frequentie" op de Y-as standaard verwijst naar percelen. Dit betekent dat er 23 pakketten interactie met de wand die deeltjes bevat in het kleinste diameterbereik (d.w.z. de meest linkse bin). Met andere woorden, het histogram in zijn huidige vorm geeft geen informatie over het aantal deeltjes in elk bereik. Om in plaats daarvan de werkelijke deeltjesverdeling te visualiseren, moeten we gebruik maken van een wegingsfunctie voor de X-as. Daartoe selecteren we het As-type en navigeren naar Weging in het venster Eigenschappen. Hier kunnen we Scalaire functie selecteren als onze weging.

Instellen van wegingsfunctie voor histogramplot

Voor de wegingsfunctie kiezen we nu Track: Deeltjesstroom en zien hoe de histogramplot is veranderd.

Invoer van de histogramweegfunctie

Dit is nu een histogram dat het werkelijke aantal deeltjes in de verschillende groottebereiken toont. U ziet een aanzienlijk verschil tussen de twee grafieken, waaruit blijkt hoe belangrijk het is de werkelijke deeltjesgegevens te analyseren en niet de perceelsgegevens.

Histogram met deeltjesgegevens

Als u hierover nog meer wilt lezen, heeft Siemens een aantal artikelen over hetzelfde onderwerp geschreven;

Oh nee! Mijn deeltjestelling geeft een getal lager dan 1! (siemens.com)

Wat is het verschil tussen "pakketmassa" en "deeltjesmassa" veldfuncties (siemens.com)

( Het spijt ons dat de links er gebroken uitzien, maar ze werken nog steeds 🙂 )

Zoals altijd kunt u uw vragen sturen naar support@volupe.com.

Auteur

Johan Bernander

Johan Bernander, M.Sc.

support@volupe.com

+46 702 95 18 31

Meer blogberichten

nl_BEDutch