Logotyp för Volupe

Blogginlägg Volupe

Simcenter STAR-CCM+ version 2022.1 nyheter del 1 - Flerfasig

I veckans blogginlägg kommer vi att börja titta på nyheter och uppdateringar för Simcenter STAR-CCM+ version 2022.1 som vi släppte förra veckan. Jag kommer här att börja med att helt och hållet fokusera på de uppdateringar som rör flerstegsflöden. Både för det eulerska och det lagrangska ramverket. Jag hoppas att detta kommer att vara användbart för de av er som fokuserar på flerfasmodellerna.

VOF

Vår första modell att titta på är volymen av fluid-modellen där några spännande nyheter gör att användarna förhoppningsvis kan hastighet upp deras simulations.

MHRIC

HRIC-systemet (High Resolution Interface Capturing) används för att spåra och upprätthålla ett gränssnitt mellan olika fluid-faser. Det finns nu i en modifierad version (MHRIC). Eftersom VOF ofta används med AMR och adaptiv tidssteg kan en överupplösning av de minsta dropparna uppstå. Genom att producera ett tjockare gränssnitt (vanligtvis 3 celler tjockt) kan metoden jämna ut många problem som artefakter vid den fria ytan i samband med nät eller störningar och göra det utan att det tjockare gränssnittet leder till numerisk blandning. Ett typiskt exempel där denna metod kan leda till ökad hastighet samtidigt som den relevanta fysiken bibehålls är tankens skvalpning.

Implicit VOF multistep

Ofta krävs ett litet tidsintervall för att lösa upp en VOF-fri yta. Och tidssteget begränsas av de minsta längdskalorna, t.ex. för små droppar, även om simuleringen även omfattar stora vågor. Resten av flödesfältet tillåter ofta ett större tidssteg. Det implicita VOF-multisteget utnyttjar denna skillnad genom att göra ett understeg för volymfraktionen flera gånger inom flödestidssteget, vilket ger ett effektivt tidssteg för volymfraktionen som är mindre än för flödet, men som ändå uppfyller CFL-begränsningarna. Medan den explicita VOF-multistegsmetoden garanterar ett skarpt gränssnitt överallt, ger den nya implicita multistegsmetoden användaren en viss flexibilitet när det gäller vilka delar som skall lösas. Bilden nedan visar en jämförelse mellan metoderna i en simulering av en höghastighetsbåt, där tid och resultat jämförs.

Övergång från VOF till LMP

Ett nytt kriterium läggs till för övergången mellan VOF- och LMP-partiklar, "gräns för väl upplösta klot". Detta säkerställer att endast blobs med en väl upplöst kärna överförs och minskar risken för att numeriska blandningar överförs till LMP-partiklar. Standardvärdet för övergång är 0,95, men det kan ändras. Detta innebär att blob-kärnan åtminstone måste se en volymfraktion av detta värde för att övergången ska ske.

Egenskaper som kan parametriseras för VOF-vågor

En annan nyhet för VOF är VOF Wave-modellen. Det är nu möjligt att använda parametriserbara egenskaper för VOF-vågarnas forcerande och dämpande egenskaper. Dessa egenskaper kan nu också anges som fältfunktioner. Detta gör det möjligt att utföra svepningar eller konstruktionsundersökningar.

MMP

Flerfasmodellen med blandning är ett bra alternativ när fasegenskaperna kan ses som en blandning. Eller när blandningsegenskaper är ett bra antagande. De senare inkluderingarna av flera undermodeller som LSI (Large Scale Interfaces) har ökat räckvidden för var MMP kan användas.

Ytspänning för MMP-LSI

Ytspänning har lagts till i MMP-LSI-ramen. Ytspänning är viktigt i många tillämpningar där små droppar, ligament och bäckar måste fångas. Ytspänningen kunde redan i tidigare versioner modelleras med VOF för dessa tillämpningar tillsammans med dynamisk kontaktvinkel och hysteresiseffekter, men dessa simulations kräver en hög upplösningsnivå överallt och kan därför vara beräkningsmässigt kostsamma. Genom att lägga till ytspänning i MMP-LSI kan sådana flödesegenskaper fångas i simulations som är delvis upplösta och delvis modellerade och där blandningar också förekommer. Med detta tillvägagångssätt tillämpas ytspänning i cellerna i Large Scale Interface zone och andra områden där upplösningen är otillräcklig för att lösa upp gränsytor mellan faser modelleras som en blandning.

MMP/VOF Begränsningar av cellstorlek och väggavstånd i längdskalan

När man specificerar interaktionslängden mellan faser är det vanligt att använda ett konstant värde för interaktionslängden, låt oss säga att vi använder en bubbel- eller droppdiameter med värdet X. Detta värde antas sedan gälla vid alla gränsytor, även nära väggen. Stora bubblor kommer inte att finnas nära väggen. Och om man använder antagandet att de gör det, leder detta till felaktiga beräkningar av glidhastigheten, som ofta är dragbaserad. I stället för att använda komplexa fältfunktioner för att begränsa storleken nära väggen finns det nu inkluderade begränsningar för glidhastigheten. Alternativen för begränsare är följande Cellstorlek och Avstånd till väggen.

EMP

EMP, som är den viktigaste av alla eulerska modeller, har också uppmärksammats i den här versionen av programvaran.

AMR för EMP

Hittills har AMR inte varit kompatibelt med MMP, men nu är det möjligt att köra dina EMP-fall med AMR. Som vanligt bidrar detta till att öka den fysiska upplösningen av din simulering, men det tar också bort en del av dina behov av maskindelning, eftersom du inte behöver veta i förväg var du ska använda en finare maskindelning. De två nya AMR-providers är Användardefinierad nätanpassning och LSI Mesh-förfining (för att lösa storskaliga gränsytor som fria ytor).

Nya modeller för upplösning av droppar (S-gamma och AMUSIG).

Det finns två nya modeller för upplösning och sammansmältning av droppar i gas. De gamla modeller som finns tillgängliga är huvudsakligen inriktade på hydrodynamik. Den första modellen är The O'Rourkes koalescens-effektivitet, där det redan finns en motsvarande modell för den lagrangska ramen. Den andra modellen är Kocamustafaogullari och denna modell tar hänsyn till gasens hastighet och dess effekter på upplösningen.

Realgasmodeller för EMP och MMP

Verkliga gasmodeller har funnits tillgängliga i många år för enfas och VOF, och för EMP och MMP har endast IAPWS-IF97 (ånga) funnits tillgänglig. Men den fullständiga förteckningen över realgasmodeller för både EMP och MMP finns nu:

  • IAPWS-IF97 (ånga)
  • Modifierad Soave-Redlich-Kwong
  • Peng-Robinson
  • Redlich-Kwong
  • Soave-Redlich-Kwong
  • Van der Walls

DMP

Den sista av våra eulerska modeller i listan är DMP-modellen, även om det är en lättviktsmodell har den fått en del uppmärksamhet under de senaste utgåvorna med modellering av befolkningsbalansen och liknande.

DMP med AMR

DMP-modellen är nu tillgänglig med AMR. Det finns ingen särskild förädling baserad på själva DMP-faserna, eftersom de fraktioner som används för en giltig DMP-uppställning är låga. Istället skulle man alltså vanligtvis förfina när man kör en kombination av DMP och VOF, där förfiningen av nätet istället sker på den fria ytan. Du kan dock skapa en användardefinierad förfining för DMP-faserna om det behövs. Det stora pluset är att DMP kan användas i samma simulering som AMR.

LMP och DEM

I den lagrangska ramen följer vi partiklar (eller paket) när de färdas och interagerar med ett kontinuerligt flöde. De tillägg som gjorts för LMP i den här versionen har att göra med ökade möjligheter när det gäller komponenter. För DEM har en del arbete gjorts för att utöka de nätfria DEM-funktionerna.

Modell för blandning av vätska, fast ämne och gas

Tidigare har en fast komponent vanligtvis representerats av en inert flytande komponent, men nu finns det en ny modell för att ta hänsyn till en fast komponent i Lagrangian-partiklarna. Detta innebär att antagandet om homogena partiklar för denna vätske-fast-gas-modell kan tas bort när det gäller avdunstning. Avdunstningen reduceras nu dynamiskt för en partikel på grund av att det bildas en porös skorpa som en kvarvarande fast komponent medan fukt avlägsnas.

Ett bra användningsområde är livsmedelsindustrin, där mjölk torkas (som i filmerna nedan), eller vid torkning av våta fasta ämnen.

 

Bubblor med flera komponenter i VOF-LMP-övergångsmodellen

Både när det gäller LMP och VOF finns det nu stöd för multikomponentbubblor i övergångsmodellen från VOF till Lagrangian. Detta ger nu en snabbare omställningstid för hybridmetoden med flera faser. Typiskt sett löses bildandet av flerkomponentbubblor med VOF och spårning av bubblor (partiklar) görs med LMP. I denna metod kombineras AMR med cellklustering för att balansera noggrannhet och omställningstid.

Flexibla fibrer med meshfree DEM

De flexibla fibrerna är en DEM-partikelmodell som infördes i den senaste versionen (2021.3). I princip är det möjligt att i stället för att använda sfäriska partikelsegment kombinera och använda cylindrar i stället, vilket möjliggör flera storleksordningar snabbare beräkningar. Nyheten för den här versionen är att de nu kan köras i det nätfria ramverket.

 

Jag hoppas att det här inlägget har varit informativt när det gäller att förstå de flerfasfunktioner som införts i den senaste versionen av Simcenter. STAR-CCM+. Tveka inte att ta kontakt med support@volupe.com om du har några frågor, så hjälper jag dig gärna.

Författare

Robin Viktor

Robin Victor

+46731473121

support@volupe.com

Fler blogginlägg

sv_SESwedish