Blog berichten Volupe

Simcenter STAR-CCM+ versie 2020.3 nieuws - deel 4

Deze week kijken we naar nieuws met betrekking tot Meerfasemodellering voor Simcenter STAR-CCM+ versie 2020.3. We zullen kijken naar nieuws met betrekking tot zowel het Euleriaanse als het Langrangiaanse raamwerk. En nieuws met betrekking tot beide gebieden in combinatie. Er zijn enkele geheel nieuwe modellen en modeloptie mogelijk die voor simulations mogelijk maken wat voorheen niet mogelijk was.

Euleriaanse meerfasen

In het Euleriaanse kader hebben wij nu een VOF naar Langrangiaans overgangsmodel, en een MMP-LSI (Mixture Multiphase & Large-Scale Interface) model.

VOF-Langrangiaanse opgeloste overgang

Het VOF-Langrangiaanse opgeloste overgangsmodel is een nieuw instrument om de rekenkosten voor VOF simulations te verminderen. De overgang is gebaseerd op gebruikerscriteria voor VOF blob grootte. Het geeft niet alleen een vermindering van de rekenkosten voor VOF simulations, maar vangt ook de kleinste druppels in uw simulatie. Gewoonlijk zal er zelfs met AMR een grens zijn aan hoe klein de VOF-druppels kunnen zijn alvorens te verdwijnen in numerieke diffusie.

De nieuwe methode kan worden gecombineerd met de AMR-benadering, en het verfijnde net zal, zodra de VOF-blob is verwijderd, grover worden, en de LMP-druppel wordt sub-raster.

Toepassingen waarbij dit van belang kan zijn, zijn waterbeheer, klotsen van versnellingsbakken en brandstofverstuivingen. Verder maakt deze implementatie nu de overgang mogelijk tussen verschillende Euleriaanse submodellen. In het volgende voorbeeld kijken we naar koeling in een elektrische machine, VOF-jets raken de wikkelingen, opgeloste VOF-fluid film overgang treedt op wanneer er niet genoeg mesh is voor VOF. De fluid fil stript druppels in Langrangiaanse Multifase (rode druppels). VOF breekt in druppels (VOF-LMP overgang, weergegeven in rood). En tenslotte kunnen beide LMP fasen weer terugvloeien in zowel Fluid film als VOF. Dit geeft een volledige overgang tussen de verschillende soorten meerfasige submodellen.

MMP-LSI-model (Mixture Multiphase & Large Scale Interface)

Dit nieuwe model combineert effectief VOF en MMP. De VOF- en MMP-modellen hebben vergelijkbare wortels, maar het VOF modelleert vrij oppervlak zonder faseslip, terwijl het MMP modelleert voor faseslip zonder vrij oppervlak. Het idee hier is dat je het VOF-getal van je simulatie kunt verhogen en toch een relatief duidelijk grensvlak tussen de fasen kunt handhaven, terwijl je in staat bent om onderopgeloste mengsels te modelleren. Een toepassing hiervan is tandwielsmering, waar dit nieuwe model een snellere simulatie mogelijk maakt dan zuivere VOF. Het model werd aanvankelijk ontwikkeld als een sub-model voor Eulerian Multiphase (EMP). Door het beschikbaar te maken voor MMP, maakt deze mogelijkheid het mogelijk veel minder rekenintensieve meerfasen-modellering uit te voeren.

In het onderstaande filmpje is een vergelijking te zien van het nieuwe MMP-LSI model en VOF bij twee verschillende CFL-getallen. Op de bovenste rij is een CFL-getal van 0,5 gebruikt en op de onderste rij een CFL-getal van 5. Zowel het VOF- als het MMP-LSI-model kunnen het probleem oplossen bij CFL=0,5. De invoering van de MMP-LSI en het aanhouden van dat lage CFL-getal zal de tijd die nodig is om een oplossing te vinden voor een specifieke CFL doen toenemen. Maar het punt is dat dit resolutieniveau voor veel technische toepassingen niet nodig is. En de kracht van dit nieuwe model is dat je zelfs bij CFL=5 een voldoende goede weergave van het vrije oppervlak kunt handhaven. Terwijl het VOF-model bij CFL=5 het grensvlak volledig verdunt, lost het MMP-LSI-model het op. De conclusie hier is dat de snelheid vijf keer hoger is als je van VOF bij CFL=0,5 naar MMP-LSI bij CFL=5 gaat.

 

Niet alleen is er een snelheid in bepaalde soorten simulatie met dit nieuwe model. Het biedt ook een workflow voor toepassingen die voorheen niet haalbaar was. Hieronder staat een voorbeeld van een meerfasenpomp, die veel wordt gebruikt in de olie- en gasindustrie. In dit voorbeeld is de werkende fluid een mengsel van 90% water en 10% lucht. De fluid komt bij de inlaat binnen als een homogeen mengsel waarvoor de MMP geschikt is om het op te vangen. De lichaamskracht van de roterende schoepen zorgt er vervolgens voor dat de lucht zich van het water scheidt en grotere bellen vormt die door het MMP-LSI worden opgelost. Wat deze nieuwe methode oplevert, is de mogelijkheid om tegelijkertijd bellen en onopgelost mengsel op te nemen.

Een andere implementatie die de snelheid van VOF verhoogt, is de nieuwe compatibiliteit met PISO. Het PISO-oplossingsalgoritme is gewoonlijk 1,5-3x sneller dan SIMPLE voor kleine tijdstappen, wat typisch het geval is voor VOF simulations bij CFL<1.

Langrangiaanse meerfasen

Terwijl het Euleriaanse kader een paar grote nieuwe modellen kreeg, heeft ook het Langrangiaanse kader een aantal belangrijke relevante updates gekregen.

Grensmonster data mapper

De datamapper voor grensmonsters biedt nu een methode voor tijdintegratie of tijdgemiddelde van de deeltjeseigenschappen van deeltjes die een grens passeren of op een andere manier met een grens interageren. Dit vereiste voorheen scripting en analyse in een 3rd onderdeel gereedschap buiten Simcenter STAR-CCM+. Deze implementatie is nuttig om een tijdgemiddelde ruimtelijke verdeling te verkrijgen van de Sauter Mean Diameter van verdampende druppels op specifieke afstanden van het mondstuk. De onderstaande afbeelding toont een voorbeeld hiervan, waarbij alle deeltjes die door de interne interface en de uitlaatgrens gaan bijdragen aan de statistische analyse van de deeltjesgrootte op de grenzen.

gegevensmapper

Langrangiaanse meerfasige ondersteuning van poreuze-media model

Voorheen konden gebruikers alleen het type poreuze regio gebruiken onder de regio-instellingen, om bijvoorbeeld selectieve katalytische reductie en andere toepassingen met deeltjes samen met poreuze media te simuleren. Vanaf versie 2020.3 kunt u nu het Poreuze-media-model activeren in het fysisch continuüm. Met de poreuze-media-benadering, in tegenstelling tot de poreuze-regio-methode, hebt u nu de mogelijkheid om te kiezen voor poreuze-media-energiemodellen. U kunt ook het poreuze-media-sleepmodel selecteren en om meerdere poreuze fasen te definiëren, de door de gebruiker gedefinieerde toestandsvergelijking voor vast materiaal van Poreuze media instellen. U kunt nu ook Electrochemie of Electromagnetism modellen toevoegen aan de poreuze media regio's.

mediamodel

Bronafvlakking voor druppelinslag in VOF

Bij het uitvoeren van hybride meerfasige simulations in Simcenter STAR-CCM+Verschillende fysische modellen kunnen een verschillende maaswijdte vereisen om de beste nauwkeurigheid en convergentie te verkrijgen. In deze situaties heeft de cel clustering aanpak reeds bewezen zeer effectief te zijn om te gaan met twee verschillende lengte schalen eisen in de enkele simulatie en de convergentie te verbeteren voor 2-weg koppeling tussen Langrangiaanse en Euleriaanse fasen. Nieuw in de laatste versie is dat bronafvlakking met behulp van celclustering wordt gebruikt in het VOF-Langrangiaanse botsingsmodel. Dit zorgt voor stabiliteit in gevallen waar het Langrangiaanse deeltje een massa heeft die groter is dan de grootste massa die in een cel past. Hier wordt nu de massa van de botsende LMP druppel overgedragen op alle cellen van de celcluster waar de botsing plaatsvindt. Deze verbetering is geen modelselectie of een instelling, maar wordt automatisch toegepast op alle simulations.

Extra Langrangiaanse updates

Naast de eerder genoemde updates zijn er ook enkele kleine updates die het vermelden waard zijn. De Rosin-Rammler exponent voor de deeltjesgrootteverdeling kan nu als parameter worden ingesteld (zie de linker afbeelding). Dit maakt kalibratie van deeltjesgrootteverdelingsparameters mogelijk met Design Manager.

Er is ook een nieuwe enthalpieveldfunctie voor deeltjes (zie middelste plaatje). Deze is nuttig voor de evaluatie van de energiecomponent van de Langrangiaanse stootbron, wanneer de soortelijke warmte van het vloeibare of gasvormige materiaal wordt bepaald met behulp van de polynomiale veldfunctiemethode.

Er bestaan nu ook op flux gebaseerde keuzes voor de specificaties van het debiet in injectoren die DEM-deeltjes inspuiten (zie de afbeelding rechts).

deeltjesflux

 

 

 

 

 

Ik hoop dat het lezen van deze week nuttig is geweest voor u bij het realiseren van uw CFD-dromen en zoals gewoonlijk, aarzel niet om contact op te nemen met support@volupe.comals je vragen hebt.

Vrijgave update op Simcenter STAR-CCM+ lezing
Simcenter STAR-CCM+ versie 2020.3 nieuws - Deel 1
Simcenter STAR-CCM+ versie 2020.3 nieuws - Deel 2
Vrijgave van Simcenter STAR-CCM+ 2020.2 deel 4
Simcenter STAR-CCM+ versie 2020.3 nieuws deel5

 

 

 

Meer blogberichten

nl_BEDutch