Logotyp för Volupe

Blogginlägg Volupe

Roterande flöde del 1

cfd-analys

Att simulera roterande rörelser, t.ex. för vindkraftverk eller pumpar, i en CFD-analys kan vara besvärligt. Det kräver fullständig tidsmässig och rumslig diskretisering av flödet runt rörliga objekt med noggrant utvalda tidssteg för att fånga rörelsen och ofta ett gränssnitt för att separera den rörliga regionen från den stationära domänen. Ibland, när man i första hand är intresserad av de detaljerade flödesegenskaperna runt propellern, fläkten eller pumpen, finns det ingen genväg som går förbi rigid body motion simulations. I Simcenter STAR-CCM+ finns det dock några förenklade metoder som modellerar effekten av roterande maskiner och som är lätta att installera, tidseffektiva och mindre beräkningskrävande. I denna första blogg om roterande flöden avser jag att ge dig en kort översikt över metoderna för fläktmodellering.

CFD-analys

Här fokuserar vi därför på förenklade metoder som snarare modellerar effekten av de roterande delarna än själva de roterande delarna. Vi modellerar deras effekt på det omgivande flödesfältet matematiskt genom att lägga till volymetriska kroppskrafter till impulsekvationerna eller genom att införa ett trycksprång över en plan yta. I bloggen Rotating Flow del II kommer vi att behandla metoderna med virtuella diskar.

Modellering av fläktar

De tre fläktmodellerna är särskilt användbara för simulering när fläktens exakta geometri antingen inte är känd eller inte är viktig för cfd-analysen. Vad som däremot behövs är en kurva för fläktprestanda som relaterar tryckökningen till flödeshastigheten. En sådan fördelning kan helt enkelt importeras från en csv-fil till en Arkivtabell.

Här har vi ett enkelt testscenario med en fläkt precis bakom stagnationsintaget i ett rör. Modellering av fläkten kan tillämpas genom en plan yta (Fläktgränssnitt och Blåsarens gränssnitt) eller en volymregion (Källa för fläktmoment). Källa för fläktmoment modellerar fläkten som en volymetrisk region och införa källor i momentumekvationen för att modellera tryckstegring och virvel. Den totala källtermen är därmed summan av en axiell och en tangentiell kraftterm. Den tangentiella komponenten beräknas genom att betrakta hastighetsvektorn på ett enskilt fläktblad. Bladvinkeln antas vara konstant i radiell riktning. Den axiella komponenten beräknas på ett sådant sätt att en måltryckshöjning uppnås. Måltrycket följer fläktkurvan för det givna massflödet mellan fläktområdets inlopp och utlopp. Till skillnad från Fläktgränssnitt metoden, här måste vi ange fläktens prestanda som volymflöde i [m^3/s] och tryckstegring i [pa].

 

Fläktgränssnitt är en modell som representerar en axialfläkt genom ett gränssnitt med noll tjocklek och som ger ett trycksprång över gränssnittet. Trycksprånget erhålls från en användarspecificerad fläktkurva som visar trycksprånget som en funktion av flödeshastighet eller flödeshastighet. Detta kan vara samma som för fläktmomentet. För fläktgränssnittet kan du dock alternativt tillhandahålla en fläktkurva från ett polynom.

The Fläktgränssnitt kan också ge virvel i flödet nedströms fläkten. I CFD-analysen erhålls virveln i denna metod antingen från fläktverkningsgraden eller från en användardefinierad hastighetskomponent. Formuleringen av fläktverkningsgraden ger en kvadratisk ekvation för den tangentiella hastighetskomponenten. Simcenter STAR-CCM+ använder endast den negativa kvadratroten. Detta bestämmer på sätt och vis den slutliga rotationsriktningen.

CFD-analys volupe

The Blåsarens gränssnittDen tredje metoden för modellering av fläktmodeller är ett icke-konformt gränssnitt som förbinder inloppet och utloppet av fläkthjulet eller centrifugalfläkten. Till skillnad från en axialfläkt har ett pumphjul eller en centrifugalfläkt inloppet och utloppet placerade på olika ställen och orienterade i olika riktningar. När det gäller Fläktgränssnitt är fläkteffekten som modelleras genom ett trycksprång över gränssnittet. Trycksprånget erhålls återigen med hjälp av en fläktkurva som visar trycksprånget som en funktion av det volymetriska flödet. Fläktens insida kan utelämnas vid diskretisering.

I allmänhet är det så att Fläktgränssnitt är mer robust och rekommenderas vanligen framför fläktmomentkällan. Metoden är enkel att använda utan detaljerad information om fläktgeometrin och är lätt att ställa in för en enda region. Virvelmodellering är dock ganska svår för båda metoderna och är beroende av användarspecifika indata. I videon nedan kan du se att båda metoderna ger olika virvel och därmed olika hastighetsfördelningar. Virveln kan representeras mer detaljerat med hjälp av följande metoder Fläktgränssnitt metod tack vare användarspecifik fläktvirvel som kan varieras i radiell riktning. Nästa steg i fråga om simuleringsnoggrannhet är den virtuella skivan, som erbjuder ett bredare utbud av styrningsalternativ för en rad olika tillämpningsområden. Detta kommer att diskuteras i Rotating Flow del II. Jag hoppas att detta har gett dig en kort introduktion till möjligheterna att simulera roterande flöden i Simcenter Star-CCM+. Mer information finns i dokumentationen. Och som vanligt, om du har några frågor, tveka inte att kontakta oss på support@volupe.com.

Läs också:
Roterande flöde Del 2
Vem vill ha innovation?

Fler blogginlägg

sv_SESwedish