Blogginlägg Volupe

Hur man skapar ett inloppsflöde baserat på en spridningsvinkel i Simcenter STAR-CCM+

I veckans blogginlägg kommer vi att titta på hur man skapar ett utspritt flödesfält vid inloppet. Detta kan vara användbart när du vill modellera ett utspritt flöde utan att lösa geometrin som orsakar utspridningen. Det bör noteras att det alltid är intressant att först köra en simulering där geometrin som orsakar spridningen ingår, för att verifiera spridningsvinkeln. Verifiering kan naturligtvis också göras på grundval av empiriska studier.

Den uppställning som vi siktar på i det här blogginlägget är ett inlopp med cirkulär yta med en enhetlig hastighetsstorlek och en spridningsvinkel på 15 grader som lutar från gränsens normala riktning mot den radiella riktningen. Detta innebär att flödet kommer att vara vinkelrätt mot ytan i mitten och att flödesvinkeln kommer att öka linjärt till 15 grader i radiell riktning utåt vid ytans kanter. Vi kommer att presentera två sätt att ställa upp detta gränsvillkor för inloppets hastighet, via en fältfunktion och genom att manipulera inloppsgränsen till en rundad yta.

Ladda ner simuleringsfiler som motsvarar simuleringen i det här blogginlägget.:

Spridning av flödet via en fältfunktion

Att använda en fältfunktion för att skapa ett utspritt flöde är ganska bekvämt, särskilt om du har flera gränser att tillämpa randvillkoret på. För att kunna använda samma fältfunktion oavsett vilken gräns du tillämpar randvillkoret på måste du skapa ett lokalt koordinatsystem, med ursprunget i mitten av gränsen. Koordinatsystemet ska vara av typen cylindriskt och ha de radiella och tangentiella riktningarna i gränsens plan och den axiella riktningen (z-riktningen) som gränsnormal. Vid inloppsgränsen skall "hastighetsspecifikation" under "fysiska förhållanden" ställas in på "komponenter". För hastigheten ska den fältfunktion som beskriver spridningen användas och det lokala koordinatsystemet ska anges, vilket framgår av bilden nedan.

inloppshastighet simcenter star-ccm+ cfd

När det gäller att definiera själva fältfunktionen kommer den att bestå av en multiplikationsfaktor och tre komponenter, där komponenterna är uppdelade med kommatecken inom en parentes:

1*[sin(0.0174533*15*(1/0.01)*$$Position(@CoordinateSystem(“Laboratory.Cylindrical 1”))[0]),0,cos(0.0174533*15*(1/0.01)*$$Position(@CoordinateSystem(“Laboratory.Cylindrical 1”))[0])]

Multiplikationsfaktorn, före parentesen, är satt till 1 i det här exemplet och multiplicerar alla komponenter. Om du vill ha ett flöde på 20 m/s i stället för 1 m/s kan du ändra multiplikationsfaktorn till 20 i stället för 1. Sedan har vi hastighetskomponenten i radiell riktning (första komponenten), som använder den trigonometriska funktionen sinus. Komponenten i tangentiell riktning (andra komponenten) sätts till noll här, men om man vill ha en virvel är det här man definierar virveln. Komponenten i axial riktning (tredje komponenten) använder den trigonometriska funktionen cosinus.

Inom de trigonometriska funktionerna finns det några skalningsfaktorer:

  • 0,0174533 omvandlar grader till radianer (1 grad är 0,0174533 radianer).
  • 15 är värdet för spridningsvinkeln.
  • (1/0,01) anger hur stort inloppet är, där du ska byta ut 0,01 mot din radie. Värdet ska använda meter som dimension.
  • Den sista termen innebär att man använder den radiella positionen i det lokala koordinatsystemet för att skapa en lägre lutningsvinkel i mitten och en högre lutningsvinkel längre ut från mitten. Observera att både den första och den tredje komponenten i fältfunktionen använder den radiella positionen, vilket indikeras av "[0]" efter positionsvariabeln. Syntaxnumreringen börjar med "[0]" för den första komponenten, använder "[1]" för den tangentiella komponenten och "[2]" för den tredje axelkomponenten.

Det resulterande flödesfältet från fältfunktionen visas i bilden nedan, där färgen anger att alla pilar har samma hastighet (observera att färgbalken går från 1 till 1).

Spridning av inloppet cfd

Spridning av flödet via en rundad inloppsgräns.

Om du hellre vill specificera spridningen genom att manipulera formen på inloppsgränsen kan du följa stegen nedan:

  • Skapa ett block och en sfär.
  • Subtrahera blocket från klotet, vilket innebär att klotet är "måldelen".
  • Förena röret och den resulterande delen av klotet på den plats där inloppet ska börja.

Det kan vara lite knepigt att definiera sfärens radie och centrum, så min kollega Robin har skapat en mycket fin illustration för detta, se bilden nedan. Där "1 le" motsvarar din inloppsdiameter, "x" är avståndet mellan inloppsplatsen och sfärens centrum och "y" är sfärens radie.

sfärsektionen cfd

På regional nivå bör den krökta gränsen ha gränsvillkor "magnitud+riktning" för "hastighetsspecifikation" under "fysiska villkor", och riktningen bör vara gränsnormalen. På bilden nedan ser du hur ett sådant inlopp kan se ut. Observera att denna metod kommer att öka inloppets yta, vilket kan ge ett större massflöde - en normalisering för detta kan behövas beroende på tillämpningen (det är möjligt att mäta ytan med en rapport i Simcenter STAR-CCM+).

Spridning av inloppet cfd

Vi på Volupe hoppas att det här blogginlägget har varit till hjälp, och om du har några frågor kan du alltid nå oss på följande adress support@volupe.com.

I samband med detta blogginlägg har jag också skapat en diskussion i PLM-gemenskapen (IdeaStorm). Om du vill ha spridningsvinkeln som ett alternativ som kompletterar de redan befintliga alternativen kan du rösta på idén via den här länken (som diskussionen i gemenskapen): https://community.sw.siemens.com/s/question/0D54O000079u07LSAQ/i-would-really-like-to-have-the-possibility-to-define-a-spread-angle-for-inlet-flow-on-the-inlet-boundary-in-simcenter-starccm-is-this-something-you-also-hope-that-siemens-can-add-as-a-feature.

 

Författare

Christoffer Johansson, M.Sc.
support@volupe.com
+46764479945 

Christoffer Volupe

 

 

Fler blogginlägg

sv_SESwedish