Volupe logo

Blog berichten Volupe

Simcenter STAR-CCM+ versie 2022.1 nieuws deel 1 - Meerfasen

In de blogpost van deze week zullen we beginnen met het doornemen van het nieuws en de updates voor Simcenter STAR-CCM+ versie 2022.1 die we vorige week hebben uitgebracht. Ik zal hier beginnen met me volledig te richten op de updates met betrekking tot meerfasige stroming. Zowel voor de Euleriaanse als de Lagrangiaanse frameworks. Ik hoop dat dit nuttig zal zijn voor degenen onder u die zich richten op de meerfasige modellen.

VOF

Ons eerste model om naar te kijken is het Volume van fluid model waar enkele opwindende nieuwtjes de gebruikers in staat stellen om hopelijk snelheid hun simulations.

MHRIC

De HRIC-regeling (High Resolution Interface Capturing) wordt gebruikt om een interface tussen verschillende fluid-fasen op te sporen en in stand te houden. Het bestaat nu in een gewijzigde versie (de MHRIC). Aangezien VOF vaak wordt gebruikt met AMR en adaptieve timestep, kan een overresolutie van de kleinste druppeltjes optreden. Door een dikker grensvlak te produceren (meestal 3 cellen dik) kan de methode veel problemen zoals artefacten aan het vrije oppervlak in verband met het gaas of verstoringen gladstrijken en dit doen zonder dat het dikkere grensvlak leidt tot numerieke menging. Een typisch voorbeeld waar deze methode tot een versnelling kan leiden en de relevante fysica kan behouden is het klotsen van tanks.

Impliciete VOF meerstap

Vaak is een kleine tijdstap nodig om een VOF vrij oppervlak op te lossen. En de tijdstap wordt beperkt door de kleinste lengteschalen zoals voor kleine druppels, zelfs als de simulatie ook grote golven omvat. De rest van het stromingsveld laat vaak een grotere tijd-stap toe. De impliciete VOF-multistap maakt gebruik van dit verschil door voor de volumefractie meerdere malen te sub-stappen binnen de tijdstap van de stroming, waardoor een effectieve tijdstap voor de volumefractie wordt verkregen die kleiner is dan die voor de stroming die nog steeds voldoet aan de CFL-beperkingen. Terwijl de expliciete VOF-multistap overal een scherp grensvlak garandeert, geeft de nieuwe impliciete multistap-methode de gebruiker enige flexibiliteit in welke delen moeten worden opgelost. De afbeelding hieronder toont een vergelijking tussen de methoden in een simulatie van een hogesnelheidsboot, waarbij tijd en resultaten worden vergeleken.

VOF naar LMP overgang

Er is een nieuw criterium toegevoegd voor de overgang tussen VOF- en LMP-deeltjes, "limit to well-resolved blobs". Dit zorgt ervoor dat alleen blobs met een goed opgeloste kern de overgang maken en vermindert het risico van overgang van numerieke mengsels in LMP-deeltjes. De standaardwaarde voor de overgang is 0.95, maar deze kan worden aangepast. Dit betekent dat de blob-kern ten minste een volumefractie van die waarde moet zien om een overgang te krijgen.

VOF-golf parametriseerbare eigenschappen

Een andere nieuwe toevoeging voor VOF is in het VOF Golfmodel. Het is nu mogelijk om parametriseerbare eigenschappen te gebruiken voor de VOF golfforcering en dempingseigenschappen. Deze eigenschappen kunnen nu ook als veldfuncties worden gespecificeerd. Dit maakt het mogelijk sweeps of ontwerpverkenningen uit te voeren.

MMP

Het mengsel-meerfasenmodel is een goede optie wanneer fase-eigenschappen als mengsel kunnen worden gezien. Of waar mengsel-eigenschappen een goede veronderstelling zijn. De latere toevoeging van verschillende submodellen zoals LSI (Large Scale Interfaces) hebben het bereik vergroot van waar MMP kan worden gebruikt.

Oppervlaktespanning voor MMP-LSI

Oppervlaktespanning is toegevoegd aan het MMP-LSI raamwerk. Oppervlaktespanning is belangrijk in veel toepassingen waar kleine druppels, ligamenten en beekjes moeten worden vastgelegd. Oppervlaktespanning kon voor deze toepassingen in eerdere releases al worden gemodelleerd met behulp van VOF, samen met dynamische contacthoek- en hysterese-effecten, maar deze simulations vereisen overal een hoog resolutieniveau en kunnen dus rekentechnisch duur zijn. Met de toevoeging van oppervlaktespanning aan MMP-LSI kunnen dergelijke stromingskenmerken worden vastgelegd in simulations die deels opgelost en deels gemodelleerd zijn, en er bestaan ook mengsels. Met deze aanpak wordt oppervlaktespanning toegepast in de cellen in de Large Scale Interface zone en worden andere gebieden waar onvoldoende resolutie is om interfaces tussen fasen op te lossen gemodelleerd als een mengsel.

MMP/VOF Celgrootte- en wandafstandslimieten

Bij het specificeren van de interactielengte tussen fasen is het gebruikelijk een constante waarde voor de interactielengte te gebruiken, laten we zeggen dat we een bel- of druppeldiameter gebruiken van waarde X. Deze waarde wordt dan aangenomen bij alle raakvlakken, zelfs dicht bij de wand. Grote bellen zullen niet dicht bij de wand voorkomen. En wanneer de aanname wordt gebruikt dat ze dat wel doen, zal dit leiden tot foutieve berekeningen van de glijsnelheid, die vaak op weerstand zijn gebaseerd. Dus, in plaats van complexe veldfuncties te gebruiken om de grootte dicht bij de wand te beperken, zijn er nu begrenzers voor de glijsnelheid opgenomen. De opties voor de begrenzer zijn Celgrootte en Muur afstand.

EMP

De moeder van alle Euleriaanse modellen, de EMP, heeft ook enige aandacht gekregen in deze versie van de software.

AMR voor EMP

Tot nu toe was AMR niet compatibel met MMP, maar nu is het mogelijk om uw EMP-cases met AMR uit te voeren. Zoals gebruikelijk helpt dit om de fysieke resolutie van uw simulatie te verhogen, maar ook om een deel van uw meshing-behoeften weg te nemen, omdat u niet van tevoren hoeft te weten waar u een fijnmaziger mesh moet gebruiken. De twee nieuwe AMR-providers zijn Door gebruiker gedefinieerde netaanpassing en LSI Netverfijning (voor het oplossen van grootschalige interfaces zoals vrije oppervlakken).

Nieuwe modellen voor het uiteenvallen van druppels (S-gamma en AMUSIG)

Er zijn twee nieuwe modellen voor het uiteenvallen en coalescentie van druppels in gas. De oude modellen die beschikbaar zijn, zijn voornamelijk gericht op hydrodynamica. Het eerste model is De O'Rourke Coalescence Efficiencywaarbij reeds een equivalent model bestaat voor het Lagrangiaans kader. Het andere model is Kocamustafaogullari opbraaksnelheid, en dit model houdt rekening met de gassnelheid en het effect daarvan op het opbreken.

Reële gasmodellen voor EMP en MMP

Reële gasmodellen zijn al vele jaren beschikbaar voor eenfasige en VOF, en voor EMP en MMP was alleen de IAPWS-IF97 (stoom) beschikbaar. Maar de volledige lijst van echte gasmodellen voor zowel EMP als MMP is nu:

  • IAPWS-IF97 (stoom)
  • Gewijzigd Soave-Redlich-Kwong
  • Peng-Robinson
  • Redlich-Kwong
  • Soave-Redlich-Kwong
  • Van der Walls

DMP

Het laatste van onze Euleriaanse modellen in de lijst is het DMP-model, ook al is het een beetje een lichtgewicht model, toch heeft het in de laatste uitgaven enige aandacht gekregen met modellering van het populatie-evenwicht en dergelijke.

DMP met AMR

Het DMP-model is nu beschikbaar met AMR. Er is geen specifieke verfijning gebaseerd op de DMP fasen zelf, vanwege de lage fracties die gebruikt worden voor een geldige DMP-opstelling. In plaats daarvan zou u dus meestal raffineren wanneer u een combinatie van DMP en VOF uitvoert, waarbij de raffinage van de mesh zich in plaats daarvan op het vrije oppervlak bevindt. Je kunt echter een door de gebruiker gedefinieerd raffinement voor de DMP-fasen maken, indien nodig. Het grote pluspunt is dat DMP kan worden gebruikt in dezelfde simulatie als AMR.

LMP en DEM

In het Lagrangiaans kader volgen we deeltjes (of pakketten) terwijl ze zich verplaatsen en interageren met een continue stroom. De toevoegingen voor LMP in deze versie hebben te maken met toegenomen mogelijkheden in termen van componenten. Voor DEM is er wat werk verricht om de mesh free DEM mogelijkheden uit te breiden.

Vloeistof-vaste stof-gasmengsel model

Waar voorheen een vaste component gewoonlijk werd voorgesteld door een inerte vloeibare component, is er nu een nieuw model om rekening te houden met een vaste component in de Lagrangiaanse deeltjes. Wat dit met zich meebrengt, is de verwijdering van de homogene deeltjesaanname voor dit vloeistof-vaste stof-gas model met betrekking tot verdamping. Verdamping wordt nu dynamisch gereduceerd voor een deeltje, als gevolg van de vorming van een poreuze korst, als overblijvende vaste component terwijl vochtverwijdering plaatsvindt.

Een goede toepassing hier is de in de voedingsindustrie, waar melk tijdens (zoals in de filmpjes hieronder), of in het drogen van natte vaste stoffen.

 

Meercomponentenbubbels in VOF-LMP overgangsmodel

Zowel met betrekking tot LMP als VOF is er nu ondersteuning voor meercomponentenbellen in het VOF naar Lagrangiaans overgangsmodel. Dit zorgt nu voor een snellere doorlooptijd van de hybride meerfasenbenadering. Gewoonlijk wordt de vorming van meer-componentenbellen opgelost met VOF en het volgen van bellen (deeltjes) gebeurt met LMP. Het combineert AMR met celclustering om nauwkeurigheid en doorlooptijd in evenwicht te brengen.

Flexibele vezels met mesh-vrije DEM

De flexibele vezels zijn een DEM-deeltjesmodel dat in de laatste versie (2021.3) werd geïntroduceerd. In plaats van bolvormige partikelsegmenten te gebruiken, is het mogelijk om cilinders te combineren en in plaats daarvan cilinders te gebruiken, waardoor de berekeningen enkele grootteordes sneller kunnen worden uitgevoerd. Het nieuws voor deze versie is dat ze nu kunnen worden uitgevoerd in het mesh-free framework.

 

Ik hoop dat dit bericht informatief is geweest voor wat betreft het begrijpen van de meerfasemogelijkheden die in de nieuwste versie van Simcenter zijn geïntroduceerd STAR-CCM+. Aarzel niet om contact op te nemen met support@volupe.com als er vragen zijn, en ik zal blij zijn om te helpen.

Auteur

Robin Viktor

Robin Victor

+46731473121

support@volupe.com

Meer blogberichten

nl_BEDutch