Blog berichten Volupe

Simulatiesjabloon - Snellere schatting van de drukval van draadrasters voor poreuze schotten in Simcenter STAR-CCM+

Bij Volupe hebben we de laatste tijd een toename gezien van de wens om draadraster geometrieën (bijv. visnetten, bootrails etc) te vereenvoudigen met behulp van poreuze schotten. Om te helpen bij dit proces hebben wij een simulatiesjabloon ontwikkeld met een geparametriseerd draadraster dat kan worden gebruikt voor het schatten van de drukval en uiteindelijk ook de weerstand die nodig is voor de poreuze schotten.

Algemene simulatieprocedure voor poreuze schotten

De procedure voor de raming van de weerstand van poreuze schotten verloopt gewoonlijk in meerdere stappen. Deze stappen zijn gewoonlijk

  1. Creëer / Importeer een representatieve geometrie.
  2. Stel de juiste mesh en physics in.
  3. Laat een reeks simulations (ten minste 3) met verschillende snelheden lopen en rapporteer de drukval voor elke reeks.
  4. Voer een polynomiale fit uit voor de correlatie tussen snelheid en drukval (met behulp van bijvoorbeeld MS Excel).
  5. Neem de polynoomcoëfficiënten (d.w.z. de traagheids- en viskeuze weerstandswaarden).
  6. Vervang het draadrooster door een vereenvoudigde poreuze baffle-interface.
  7. Geef de waarden voor de traagheidsweerstand en de viskeuze weerstand voor de poreuze baffle.
  8. Herhaal de reeks simulations (nu inclusief de poreuze baffle).
  9. Valideer de drukvalresultaten.

In een poging dit proces te rationaliseren hebben wij een simulatiesjabloon ontwikkeld, dat u op geautomatiseerde wijze van stap 1 tot en met 9 brengt, op basis van een aantal door u opgegeven inputs. Het simulatiesjabloon is beschikbaar voor download bovenaan deze pagina, samen met een Microsoft Excel-blad dat wordt gebruikt voor de polynomiale aanpassing van de druk-snelheidskoppeling. Het Excel-blad is gewoon een kopie van het blad dat te vinden is in verband met het artikel Hoe bereken je coëfficiënten voor poreuze media (siemens.com) te vinden op het Siemens Support Center portaal.

Het simulatiesjabloon uitgelegd

Het simulatiesjabloon is gebaseerd op een geparametriseerde geometrie die een draadrooster met cilindrische draden genereert, ingesloten in een rechthoekig kanaal. Als zodanig worden het draadraster en de kanaalgeometrie automatisch vanuit het niets gecreëerd op basis van gebruikersinput zoals draad/draadradius, afstand tussen draden, inlaatsnelheid enz. Evenzo wordt het rekenrooster aangepast aan de invoer van de gebruiker om het onderhavige geval op een goede manier te vergemakkelijken. Dit betekent dat de template geen geometrie-import vereist (noch ondersteunt). Ook moet worden opgemerkt dat de simulatiesjabloon momenteel alleen stroming loodrecht op het draadraster ondersteunt.

Voor de duidelijkheid wordt het sjabloon gestart in een aangepaste boomstructuur, die de belangrijkste functies bevat (zie onderstaande afbeelding). De bedoeling is om van boven naar beneden te gaan in de map "Parameters", volgens de instructies in de scène "00-Instructies". Het sjabloon bevat ook enkele voorgedefinieerde plots en scènes die kunnen worden gebruikt om de voortgang van de simulatie te volgen.

De poreuze baffle sjabloon aangepaste boom

Het iteratieve proces wordt gestuurd door voorwaardelijke simulatiebewerkingen, ontworpen om drie opeenvolgende simulatieruns uit te voeren - één voor elke opgegeven snelheid. Er zijn twee reeksen simulatiebewerkingen, een voor de opgeloste geometrie simulations met de draden en een voor de baffle simulations.

In de volgende paragrafen worden de verschillende stappen in de sjabloonworkflow beschreven.

Stap 1: Specificeer de gebruikersinvoer

Het uitgangspunt voor de simulatiesjabloon is te vinden onder "Parameters -> 01-User Input". Hier definieert u gevalspecifieke details, zoals fluid-eigenschappen, inlaatsnelheden en geometrische overwegingen.

Door de gebruiker ingevoerde parameters

Let op: De "_InletVelocities"-vector moet bevatten alleen snelheden in de x-richtingd.w.z. de snelheidsgrootheden voor de drie datapunten die u wilt uitvoeren. De waarden moeten worden gescheiden door een komma. Het gaat dus niet om een snelheidsvector van componenten, maar om een reeks snelheidsgrootheden.

Stap 2: Simulatie uitvoeren

De tweede stap is het uitvoeren van de eerste reeks simulatiebewerkingen. De sjabloon is standaard ingesteld met Simulatiebewerkingen 1 als de actieve set, dus u hoeft alleen maar te klikken op de knop "Simulatiebewerkingen afspelen/hervatten" (hieronder rood gemarkeerd) in de werkbalk.

Simulatiebewerkingen afspelen/hervatten

Dit genereert een geometrie en mesh op basis van de gebruikersinvoer van stap 1 en voert drie opeenvolgende simulations uit voor verschillende snelheden.

U hebt altijd de mogelijkheid om de simulatie te pauzeren door op het rode vierkantje te klikken (vergelijkbaar met het stoppen van een gewone simulatie), als u om welke reden dan ook de opstelling wilt onderzoeken of een blik wilt werpen op de mesh voordat deze wordt uitgevoerd. Daarna kunt u de simulatie gewoon hervatten door opnieuw op de knop "Simulatiebewerkingen afspelen/hervatten" te klikken. Als u zich echter realiseert dat u een fout hebt gemaakt bij de invoer en besluit een parameter(s) te wijzigen nadat u de simulatiebewerkingen hebt gestart, moet u de simulatiebewerkingen resetten en alle gegenereerde mazen wissen om de wijzigingen in de simulatiesequentie opnieuw te activeren.

Reset simulatie operaties:

Simulatiebewerkingen resetten

Wis alle gegenereerde roosters:

Alle gegenereerde roosters wissen

Stap 3: Uitvoerwaarden invoegen in Excel-blad

Zodra de eerste simulatie is voltooid, kunt u in de map "Parameters -> 02-Output" de gerapporteerde waarden vinden voor de massastroom en de gemiddelde totale drukval.

Sjabloonuitvoerparameters

Deze waarden moeten in het Microsoft Excel-blad worden ingevoerd, samen met de gesimuleerde snelheden en de dichtheid van de fluid. De invoervelden zijn geel gemarkeerd (zie onderstaande afbeelding). Merk op dat u het tabblad "Porous Baffle" moet gebruiken. Voorlopig kunt u ook de gele velden onder "Baffle test model" negeren - deze worden gebruikt in de validatiestap. Zodra de waarden in de velden zijn ingevoerd, wordt een polynomiale curve-fitting uitgevoerd en gevisualiseerd in een plot, samen met een analytische uitdrukking. Uit deze vergelijking worden de traagheids- (alfa) en viskeuze (bèta) coëfficiënten geëxtraheerd in de alfa- en bètavelden. Alfa en bèta zijn de weerstandscoëfficiënten die in de oplosser worden gebruikt om de drukval te berekenen op basis van de snelheid door de poreuze baffle.

Fragment uit Excel voor polynomiale aanpassing

U merkt op dat wij ons hier niet bekommeren om de waarde van de porositeit. Dat komt omdat de porositeit hier geen invloed heeft op de drukval, maar alleen op de zogenaamde oppervlaktesnelheid. U kunt hierover meer lezen in dit artikel van Siemens:

Als de oppervlaktesnelheid wordt berekend op basis van de porositeit, waarom beïnvloedt de porositeit de drukval in stationaire toestand dan niet? (siemens.com)

Stap 4: Specificeer alfa en bèta

Wanneer de coëfficiënten in Excel zijn geëvalueerd, is het tijd om terug te gaan naar Simcenter STAR-CCM+ opnieuw. Ga naar "03-User Input (Baffle Sim)" en voeg de waarden voor alpha en beta in.

Gebruikersinvoer voor baffle-simulatie

Stap 5: simulatiebewerkingen activeren voor de poreuze baffle simulations

De volgende stap is het valideren van de weerstandsparameters door het draadrooster te vervangen door een poreuze baffle. Deze validatiestap wordt uitgevoerd in de sjabloon. Vouw de map Simulation Operations uit, klik met de rechtermuisknop op "Simulation Operations 2" en klik dan op "Activate".

Activeer Simulatieverrichtingen 2

Stap 6: Simulatie uitvoeren en resultaten valideren

De laatste stap is het uitvoeren van de simulatie voor de poreuze baffle simulations. Klik opnieuw op de knop "Play/Resume Simulation Operations" in de werkbalk. Zodra de simulatie is uitgevoerd, kunt u de resultaten controleren door de waarden in de map "04-Validation" te vergelijken met de waarden in de map "02-Output".

Validering van de drukval bij poreuze schotten

Voor een visuele weergave kunt u de waarden ook in het Excel-blad opnemen, door ze in de gele velden van de kolom "Baffle-testmodel" in te voegen. Zo ziet u hoe goed de opgeloste simulations en de poreuze baffle simulations met elkaar correleren.

Polynomiale kromming

Nu bent u klaar om uw draadrooster met een poreuze baffle in uw simulatie te benaderen en wij hopen dat u dit simulatiesjabloon nuttig vond. Zoals altijd kunt u vragen of opmerkingen sturen naar support@volupe.com.

Last but not least wensen wij u een vrolijk kerstfeest!

Auteur

Johan Bernander

Johan Bernander, M.Sc.

support@volupe.com

+46 702 95 18 31

 

 

Meer blogberichten

nl_BEDutch