Logotyp för Volupe

Blogginlägg Volupe

Hur du lyckas med din EMP-simulering i Simcenter STAR-CCM+

I veckans blogginlägg kommer vi att titta närmare på vissa inställningar för EMP-lösaren för att du ska lyckas med din EMP-simulering i Simcenter STAR-CCM+. EMP-lösaren är en av de mest komplexa och känsliga lösarna som Simcenter STAR-CCM+ har när det gäller konvergens och stabilitet. Det är ett exempel där standardinställningarna för lösaren varken är den bästa metoden eller ens ett verkligt alternativ när det gäller att uppnå konvergens i din simulering.

EMP-lösaren

Låt oss sammanfatta vad EMP-lösaren i Simcenter STAR-CCM+ är och vad den gör. Utvecklingen av EMP-modellen i Simcenter STAR-CCM+ drevs av kärnkraftsindustrin. Modellen används i allmänhet för att simulera spridda flöden, som bubblor i vatten. Men i Simcenter STAR-CCM+ har utvecklingen av metoden möjliggjort allt fler flödesregimer och kombinationer av flödestopologi. En av grunderna för EMP-lösaren har varit populationsbalansmodellering (PBM) i Simcenter STAR-CCM+, som AMUSIG eller S-Gamma [Befolkningsbalans i Simcenter STAR-CCM+ - VOLUPE Software]. Det är naturligtvis också möjligt att lösa problem med en annan fasinteraktionstopologi [Topologi för fasinteraktion, täthet av interaktionsområden och längdskala - VOLUPE Software], utan en uttryckligen definierad dispergerad fas. Man kan använda en topologi med flera flödesregimer och man kan även köra EMP med LSI (Large scale interface) på samma sätt som för MMP.

EMP bygger på en eulerisk-eulerisk formulering där varje fas har sin egen uppsättning bevarandekvationer. Faserna anses vara blandade på längdsskalor som är mindre än de längdsskalor som skall lösas upp. Vad detta innebär när man talar om den kontinuerligt spridda topologin hos bubblor i vatten, till exempel, är att interaktion sker för bubblor som är mindre än cellstorleken och att det därför krävs slutenhetsmodeller för att simulera dem.

Faserna anses samexistera överallt i domänen, och även på en plats där det inte finns någon flytande fas (t.ex. ovanför ytan i en vatten-luftsimulering) löses ekvationerna för massa, rörelsemängd och energi för båda faserna. Det enda fält som delas mellan alla faser är tryckfältet. Konceptet med samexisterande faser kallas "interpenetrerande kontinua" och förutsätter att man är intresserad av flödets tidsmedelvärdesbeteende snarare än det momentana beteendet.

Inställningar för EMP-lösaren

I det här avsnittet kommer vi att gå igenom några av de inställningar för lösaren som rekommenderas att använda. Många av dessa inställningar är inte bara rekommenderade utan är också absoluta krav för att uppnå konvergens i ditt EMP-fall. Först ska vi titta på inställningar för flerfasinteraktion tillsammans med randvillkor och liknande.

  • För interaktionslängdsskalor för topologi med kontinuerlig dispergerad fas, använd medeldiameter. Om du använder en populationsbalansmodell använder du Sauter Mean Diameter.
  • När man kör topologi med flera flödesregimer är det bästa sättet att använda "gradientkorrigerad standard" i stället för "standard" som metod för flödesregimens viktfunktion under fasinteraktionen. Viktfunktionerna används för att bestämma andelarna av de olika regimernas bidrag till de linjäriserade drag- och värmeöverföringskoefficienterna och den gradientbaserade modifieringen leder till ett jämnare fält av blandningsviktsfunktioner än standardmetoden.

  • Även om fraktionen av en viss fas är noll är det ofta en bra idé att ange att hastigheten för den fasen är densamma som hastigheten för den fas som faktiskt befinner sig i inloppet. Detta gäller särskilt när du fastställer en minsta volymfraktionsspecifikation. I de fall då du inte tillåter nollfraktion av någon fas någonstans. Det är också ett starkt förslag att fastställa en minsta volymfraktion.
  • Det rekommenderas att man använder blandningsturbulens när den finns tillgänglig (i motsats till fasisk turbulens). Både av stabilitetsskäl och för att man minskar antalet ekvationer som löses vid varje given tidpunkt. Hur turbulens i flerfasiga fall fungerar kan man läsa om här [Turbulens för flerfasig simulations i Simcenter STAR-CCM+ - VOLUPE Software]. Blandningsturbulens fungerar på samma sätt som turbulens för MMP, med blandningsvärden för densitet, dynamisk viskositet, hastighet och turbulent viskositet.
  • Om du upplever instabilitet bör du börja med första ordningen för alla system (detta är inte bara relevant för flerfasiga simulations).
  • Om du kör med LSI (Large Scale Interfaces, t.ex. en vattenyta) använder du Adaptive Interface Sharpening (ADIS) som alternativ för konvektion av volymfraktion under noden Eulerian Multiphase i modellvalet.

  • Stäng av sekundära gradienter till att börja med.
  • KÖR SIMCENTER STAR-CCM+ MED DUBELPROCISION (r8)!
  • Om det behövs, ställ in konvergenstoleransen för AMG-solveren hårdare, med en konvergenstolerans på 1e-4. Överväg också att öka antalet maxcykler.

Under avspänning i EMP simulations

För Eulerian multiphase finns det både en implicit och en explicit relaxationsfaktor. Produkten av dessa två ger den totala (eller globala) underrelaxeringsfaktorn. Den separerade EMP Flow-lösaren och volymfraktionslösaren för flerstegsfasen har båda Implicit och explicit under relaxation. Faktorerna för underavslappning används för att förbättra konvergensen för flerfasiga simulations. Både när det gäller simulering hastighet och lösarens robusthet. Implicit under relaxationsfaktorn förbättrar det linjära systemets stabilitet och konvergens genom att använda relaxationsfaktorn för att öka matrisens diagonaldominans. Den matris som avses är den matris som representerar koefficienterna i de linjära system som löses av AMG-lösaren med hjälp av ett av de tillgängliga relaxationsscheman, som Jacobi eller Gauss-Seidel. Explicit under relaxation factor anger den multiplikator som tillämpas på lösningens provisoriska ökning. Den explicita är den som i allmänhet avses när man talar om under relaxation, dvs. hur mycket av den nya lösningen som ska användas i det efterföljande steget.

Det finns några olika rekommendationer för underrelaxeringsfaktorn för EMP-lösaren, en av dem är att behålla den implicita faktorn på 0,8 och minska den explicita faktorn. Hastighet och volymfraktion har båda underrelaxeringsfaktorerna, tillsammans med S-gamma om du använder den PBM:n och använd samma för S-gamma som för volymfraktion. En bra utgångspunkt för underrelaxationsfaktorn finns här:

  • Implicit URF bör vara så stor som möjligt, inte mindre än 0,5.
  • Global URF för hastighet 0.4
  • Global URF för turbulens 0,3
  • Global URF för tryck och volymfraktion 0,2

Observera att turbulens och tryck endast har en övergripande underrelaxeringsfaktor, Explicit måste ställas in för att ge rätt värde för den övergripande faktorn.

Du kan också skapa en ramp för underavslappningen och bestämma hur många iterationer som ska användas för att linjärt öka underavslappningsfaktorn till det valda värdet. Ett förslag är att öka med de 200 första iterationerna.

Övervakning och konvergens

När det gäller konvergens och övervakning av din EMP-simulering måste du verkligen se till att konvergens uppnås i varje tidssteg (om du kör en transientsimulering). Alla lösare måste nå konvergens före nästa tidssteg. Om du har ett gränssnitt rekommenderas att du baserar ditt tidssteg på ett värde av CFL=0,5. Detta kan göras genom att skapa en isoyta och övervaka CFL på den. Övervaka det lägsta och högsta värdet för hastighet, tryck och temperatur för att se till att resultatet är fysiskt. Mät också konvergensen i varje fas genom att titta på densitet x volymfraktion x volym, och håll därför reda på den totala volymen för varje fas. Som vanligt bör du skapa flera övervakningspunkter i intressanta områden och följa tryck och hastighet på dessa punkter. Övervaka även massobalansen för varje fas.

Exempel på EMP-simulering

För att visa EMP-lösaren vad den kan göra har jag gjort en simulering. I allmänhet kan EMP-metodiken göra samma sak som alla andra eulerska ramverk i Simcenter STAR-CCM+, vilket innebär att när man använder MMP, VOF eller DMP bör man i teorin också kunna reproducera resultatet med hjälp av EMP. I detta simuleringsexempel fylls ett 1 m långt rör med en diameter på 0,2 m inledningsvis med luft. Vid inloppet skickas vatten in med 1 m/s. Den fullständiga simuleringstiden är 0,8 s, och gravitationen är naturligtvis inkluderad. Detta görs med hjälp av både EMP-LSI och VOF. I figuren nedan visas en plott av isosytan för vatten vid volymfraktionsvärdet 0,5 för både EMP- och VOF-simuleringen. Modellerna ger i princip samma resultat, varför skillnaden i vattennivå är liten.

Videorna nedan visar vattenflödet från inloppet och under 0,8 sekunder. Den övre videon är för EMP och den nedre för VOF.

Jag hoppas att detta har varit till hjälp när du tar dig igenom alla steg i träsket som är flerfasig simulations i Simcenter STAR-CCM+. Som vanligt kan du nå ut till support@volupe.com om du har några frågor.

Författare

Robin Viktor

Robin Victor
+46731473121
support@volupe.com

Fler blogginlägg

sv_SESwedish