Volupe logo

Blog berichten Volupe

STAR-CCM+ versie 2206 meerfasen nieuws deel 1 (Euleriaans)

In de blogpost van deze week kijken we naar het nieuws van de laatste versie betreffende Eulerian meerfasig simulations. Mijn collega Christoffer postte [Overzicht nieuwe functies in Simcenter STAR-CCM+ versie 2206 - VOLUPE Software] een korte samenvatting van de Simcenter STAR-CCM+ versie 2206 release, een paar weken terug. In dat bericht wordt een overzicht van het nieuws gegeven, maar in dit bericht zullen we wat dieper graven en kijken naar de gevolgen van sommige nieuwigheden en nieuwe modeltypes.

Euleriaanse meerfasemodellering

In het Euleriaanse kader beschouwen we een cel en kijken we naar wat die cel binnenkomt en verlaat in termen van momentum, massa en energie. De Euleriaanse modellen die we in Simcenter hebben STAR-CCM+ zijn EMP, MMP, VOF, DMP en fluid film.

S-Gamma voor EMP-LSI en meervoudige regimemodellen

S-gamma is een populatiebalansmodel dat is ontworpen om te werken voor de continu-gedispergeerde workflow. Typisch wordt gekeken naar bellen in water waarbij druppels niet expliciet worden opgelost, maar in plaats daarvan worden gerepresenteerd door een populatie. Nieuw voor Simcenter STAR-CCM+ is dat het S-gamma model nu ook beschikbaar is voor het modelleren van meervoudige stromingsregimes. Vóór deze versie stelde u de interactie van de gedispergeerde fasen "handmatig" in met een constante waarde (voor interactielengte en oppervlaktedichtheid) die de grootte van bellen en druppels in de gedispergeerde fasen aan weerszijden van het grensvlakregime (gemengd regime) vertegenwoordigt. U zou natuurlijk ook een veldfunctie kunnen gebruiken om variaties in de grootte van druppels en bellen in de gedispergeerde fase te beschrijven. Maar nu kan men een meer volledige beschrijving geven van de gedispergeerde fase met behulp van het S-gamma model. Het S-gamma model houdt rekening met coalescentie en opbreken (hetzelfde als voor de continue gedispergeerde werkstroom). De grootste toevoeging is in feite dat het model nu ook het meesleuren van bellen aan het vrije oppervlak voorspelt.

Kijkend naar de onderstaande afbeelding, wordt een beschrijving gemaakt van het systeem dat nu kan worden opgelost. Voor het gemengde regime (waar geen enkele fase overheerst op een andere), het regime aan het vrije oppervlak en voor elke gedispergeerde "kant" van ofwel het gemengde regime ofwel het grensvlak op grote schaal.

De onderstaande afbeelding toont een voorbeeld van de nieuwe methodologie. Een bellenkolom wordt gesimuleerd, en de grote bellen worden opgelost samen met de resolutie van het vrije oppervlak met behulp van LSI. Terwijl de kleinere subnetbelgroottes worden bepaald door S-gamma. Er zijn twee nieuwe modellen in Simcenter STAR-CCM+ om de meegevoerde bellen en de diameter aan het vrije oppervlak te voorspellen. De modellen zijn Yu (schaalscheiding) en Ma (bel-oppervlakte-energie). Details over de modellen zijn te vinden in het theoriegedeelte van S-gamma in de 2206 documentatie.

MMP-LSI naar LMP opgeloste overgang

Een paar versies terug werd de VOF naar Lagrangian overgang geïntroduceerd. Dit maakt een sub-grid oplossing mogelijk voor de kleinste druppel in VOF-simulatie en dat voorkomt typisch lange simulatietijden of gedissipeerde VOF-druppels. In Simcenter STAR-CCM+ versie 2206 is dezelfde functionaliteit opgenomen voor MMP-LSI simulations. Hierdoor kunnen nu vrije oppervlakken, ballistische druppels en mengsels in dezelfde simulatie worden gemodelleerd. De toevoeging ten opzichte van de VOF-LMP overgang is het onopgeloste mengsel dat typisch niet in VOF wordt opgenomen. De overgangsparameters zijn in wezen dezelfde als voor de VOF-LMP overgang.

Niet-evenwichtsdruppelcondensatiemodel voor DMP

In Simcenter STAR-CCM+ versie 2021.3 werd het populatie-evenwicht voor DMP geïntroduceerd, in de vorm van het S-gamma model. Tot dan toe was het DMP-model beperkt toepasbaar, omdat het beperkt was tot een gedispergeerde fase zonder interne interactie en deeltjes van min of meer constante grootte. In de versie na (2022.1) werd DMP mogelijk gemaakt samen met door de gebruiker gedefinieerde AMR, een nieuwe stap voorwaarts voor de toepasbaarheid van het gedispergeerde meerfasenmodel. In deze versie,(2206) is een niet-evenwichts condensatiemodel opgenomen, waardoor het DMP model weer een stap verder komt in de richting van verdere toepasbaarheid. Zonder in dit bericht te veel technische details te behandelen, berekent het niet-evenwichtscondensatiemodel de massatransfersnelheid tussen verspreide vloeistofdruppels en een gasfase met één component. We hebben nu de mogelijkheid om natte stoom te modelleren in turbinetrappen met lage druk en dit model kan worden gecombineerd met het verder genoemde DMP-nieuws, en met Fluid film samen met LMP-stripping.

De onderstaande afbeelding toont een voorbeeld van een Moses en Stein Nozzle, waar druppelcondensatie optreedt stroomafwaarts van de keel in het supersonische divergerende deel. De bovenste van de twee contourplots toont de nucleatiesnelheid op de plaats waar druppels worden gevormd. De onderste contourplot toont de resulterende vochtigheid van de stoom. De grafiek toont een vergelijking tussen experimentele gegevens en de simulatie, met relatief goede resultaten voor de drukverhouding door het mondstuk. De methodologie omvat twee grote stappen, nucleatie (klassieke nucleatietheorie) en druppelgroei. Details zijn beschikbaar in de documentatie.

Filtering voor adaptieve tijdstap aanbieders

Wanneer u uw simulatie uitvoert met een adaptieve tijdstap-provider, beperkt u in het algemeen uw tijdstap tot de inherent kleinste schaal die uw provider kan vinden. Aangezien de provider tot doel heeft de tijdschaal (timestep) te voorspellen die nodig is om de gesimuleerde fysische modellen op te lossen, zoals een vrij oppervlak in een VOF-simulatie bijvoorbeeld, waarbij de time step provider het CFL-getal op een bepaald niveau houdt dat is gespecificeerd om het vrije scherpe oppervlak, het vloeistofraakvlak tussen water en lucht typisch, in stand te houden. Deze functionaliteit "filtert" de procentuele cut-off die u in de specificatie toestaat. Vaak heb je gebieden met een slechte resolutie of onsamenhangende druppels met een grootte die kleiner is dan wat nodig is om de technische vraag in kwestie te beantwoorden. Als je dan een bepaalde cut-off toestaat, in het voorbeeld hieronder 3%, kijk je in wezen naar de frequentie van waar de timestep provider in wil stappen en de tijdstap wil verkleinen, en zeg je: Laat de tijdstap iets hoger zijn dan mijn provider voorstelt. Dat betekent dat je de 3% meest conservatieve voorvallen van de tijdstap-aanbieder verwijdert. Het voorbeeld hieronder laat zien dat je van 0 procent cut-off naar 3% cut-off gaat en dat geeft voor deze klotsende tank een 20 keer snellere simulatie.

Dit is weer een stap in de richting van een meer pragmatische simulatie, een simulatie die beter geschikt is om uw engineeringsprobleem te beantwoorden. Eerdere versies van Simcenter STAR-CCM+ hebben dit aangetoond voor VOF, met name bij de introductie van de expliciete meerstaps VOF en het MHRIC-schema voor het vloeistofraakvlak. De compatibele tijd-stap leveranciers waar dit mee werkt zijn:

  • Vrije oppervlakte CFL
  • Impliciet multi-step vrij oppervlak
  • Afgevlakte convectieve CFL
  • Smelten-stollen

Diverse verbeteringen

Gekoppelde VOF Golven - u kunt nu golven als pointer koppelen, dit vermindert de noodzaak om op verschillende plaatsen in de boom een nieuwe golf te specificeren wanneer u de getrouwheid van uw simulatie wilt verhogen.

Gratis surface Implicit Multistep provider voor VOF - meer gebruiksgemak en handmatige invoer.

Minimum diameter voor fluid film golf strippen - Voorkomt dat onfysisch kleine druppeltjes worden gestript.

Ik hoop dat dit interessant was om te lezen. Zoals gewoonlijk, aarzel niet om contact op te nemen als u vragen heeft aan support@volupe.com.

Auteur

Robin Viktor

Robin Victor
+46731473121
support@volupe.com

 

Meer blogberichten

nl_BEDutch