Vi på Volupe har på senare tid sett en ökning av önskemålen om att förenkla geometrier med trådnät (t.ex. fiskenät, båträcken etc.) med hjälp av porösa bafflar. För att hjälpa till i processen har vi utvecklat en simuleringsmall med ett parametriserat trådnät som är redo att användas för att uppskatta tryckfallet och i slutändan även det motstånd som behövs för de porösa bafflarna.

Allmänt simuleringsförfarande för porösa bafflar

Förfarandet för att beräkna motståndskraften hos porösa bafflar innebär vanligtvis ett tillvägagångssätt i flera steg. Dessa steg är vanligtvis följande

1. Skapa/importera en representativ geometri.
2. Ställ in rätt mesh och fysik.
3. Kör en serie simulations (minst 3) med olika hastigheter och rapportera tryckfallet för varje.
4. Utför en polynomisk anpassning för korrelationen mellan hastighet och tryckfall (med hjälp av t.ex. MS Excel).
5. Extrahera polynomkoefficienterna (dvs. värden för tröghets- och viskositetsmotstånd).
6. Ersätt trådgallret med ett förenklat poröst baffelgränssnitt.
7. Ange värdena för tröghets- och viskositetsmotstånd för den porösa baffeln.
8. Återuppta serien av simulations (nu inklusive den porösa baffeln).
9. Validera resultaten av tryckfallet.

I ett försök att rationalisera denna process har vi utvecklat en simuleringsmall som tar dig från steg 1 till 9 på ett automatiserat sätt, baserat på ett antal indata som du anger. Simuleringsmallen finns tillgänglig för download högst upp på denna sida tillsammans med ett Microsoft Excel-ark som används för polynomanpassning av tryck-hastighetskopplingen. Excel-arket är helt enkelt en kopia av det ark som finns i samband med artikeln Hur man beräknar koefficienter för porösa medier (siemens.com) som du hittar på portalen Siemens Support Center.

Simuleringsmallen förklaras

Simuleringsmallen är baserad på en parametriserad geometri som genererar ett trådnät med cylindriska trådar, inneslutet i en rektangulär kanal. Trådgallret och kanalgeometrierna skapas automatiskt från grunden baserat på användarinmatning, t.ex. radie för tråd/tråd, avstånd mellan trådarna, inloppshastighet osv. På samma sätt anpassas beräkningsnätet till användarens indata för att underlätta det aktuella fallet på ett bra sätt. Detta innebär att mallen inte kräver (eller stöder) någon geometriimport. Det bör också noteras att simuleringsmallen för närvarande endast stöder flöde normalt till trådnätet.

För tydlighetens skull startas mallen i en anpassad trädvy som innehåller de viktigaste funktionerna av intresse (se bilden nedan). Det avsedda arbetsflödet är att gå från toppen till botten i mappen "Parameters" och följa instruktionerna i scenen "00-Instructions". Mallen innehåller också några fördefinierade diagram och scener som är redo att användas för att övervaka simuleringens framskridande.

Den iterativa processen styrs av villkorliga simuleringsoperationer som är utformade för att köra tre sekventiella simuleringskörningar - en för varje specificerad hastighet. Det finns två uppsättningar simuleringsoperationer, en som styr den upplösta geometrin simulations som innehåller trådarna och en annan som styr baffeln simulations.

I följande avsnitt beskrivs de olika stegen i arbetsflödet för mallen.

Steg 1: Ange användarinmatning

Utgångspunkten för simuleringsmallen finns under "Parametrar -> 01-User Input". Det är här du definierar fallspecifika detaljer, t.ex. fluid-egenskaper, inloppshastigheter och geometriska överväganden.

Observera: Vektorn "_InletVelocities" bör innehålla följande endast hastigheter i x-led, dvs. hastighetsstorlekarna för de tre datapunkterna som du vill köra. Värdena ska skiljas åt med ett kommatecken. Med andra ord används den inte som en hastighetsvektor av komponenter, utan snarare som en serie hastighetsmagnituder.

Steg 2: Kör simuleringsoperationer

Det andra steget är att köra den första uppsättningen simuleringsoperationer. Mallen är inställd med simuleringsoperationer 1 som den aktiva uppsättningen som standard, så allt du behöver göra är att klicka på knappen "Spela upp/återuppta simuleringsoperationer" (markerad med rött nedan) i verktygsfältet.

Detta kommer att generera en geometri och ett nät baserat på användarinmatningen från steg 1 och köra tre på varandra följande simulations för olika hastigheter.

Observera att du alltid har möjlighet att pausa simuleringssekvensen genom att klicka på den röda rutan (på samma sätt som när du stoppar en vanlig simulering), om du av någon anledning vill undersöka inställningen eller titta på nätet innan du körs. Sedan kan du helt enkelt återuppta simuleringssekvensen genom att klicka på knappen "Play/Resume Simulation Operations" igen. Men om du inser att du gjort ett misstag i din inmatning och bestämmer dig för att ändra någon eller några parametrar efter att ha startat simuleringsoperationerna, måste du återställa simuleringsoperationerna och rensa alla genererade nät för att aktivera ändringarna i simuleringssekvensen igen.

Återställer simuleringsoperationer:

Rensar alla genererade rutnät:

Steg 3: Infoga utdatavärden i Excel-ark

När den första simuleringssekvensen har avslutats kan du hitta rapporterade värden för det genomsnittliga massflödet och det totala tryckfallet i mappen "Parameters -> 02-Output".

Dessa värden ska föras in i Microsoft Excel-arket tillsammans med de simulerade hastigheterna och densiteten för fluid. Inmatningsfälten är gulmarkerade (se bilden nedan). Observera att du ska använda fliken "Porous Baffle". För tillfället kan du också bortse från de gula fälten under "Baffle test model" - dessa kommer att användas i valideringssteget. När värdena har satts in i fälten utförs en polynomisk kurvanpassning som visualiseras i en plott tillsammans med ett analytiskt uttryck. Från denna ekvation extraheras tröghetskoefficienterna (alfa) och viskositetskoefficienterna (beta) till alfa- och betafälten. Alpha och beta är de motståndskoefficienter som används i lösaren för att beräkna tryckfallet baserat på hastigheten genom den porösa baffeln.

Du kan notera att vi inte bryr oss om värdet för porositet här. Detta beror på att porositeten inte påverkar tryckfallet här, utan endast den så kallade ytliga hastigheten. Du kan läsa mer om detta i den här artikeln från Siemens:

Om den ytliga hastigheten beräknas utifrån porositeten, varför påverkar inte porositeten tryckfallet i stationärt tillstånd? (siemens.com)

Steg 4: Ange alfa och beta

När koefficienterna har utvärderats i Excel är det dags att gå tillbaka till Simcenter. STAR-CCM+ igen. Gå till "03-User Input (Baffle Sim)" och lägg in värdena för alfa och beta.

Steg 5: Aktivera simuleringen för den porösa baffeln simulations.

Nästa steg är att validera motståndsparametrarna genom att ersätta trådgallret med en porös baffel. Detta valideringssteg hanteras i mallen. Expandera mappen Simuleringsoperationer, högerklicka på "Simuleringsoperationer 2" och klicka sedan på "Aktivera".

Steg 6: Kör simuleringsoperationer och validera resultaten.

Det sista steget är att köra simuleringen för den porösa baffeln simulations. Klicka återigen på knappen "Play/Resume Simulation Operations" i verktygsfältet. När simuleringssekvensen är klar kan du kontrollera resultaten genom att jämföra värdena i mappen "04-Validation" med värdena i mappen "02-Output".

För en visuell representation kan du också lyfta in värdena i Excel-arket genom att sätta in dem i de gula fälten i kolumnen "Baffle test model". På så sätt kan du se hur väl den upplösta simulations och den porösa baffeln simulations korrelerar.

Nu är du redo att approximera ditt trådgaller med en porös baffle i din simulering och vi hoppas att du fann den här simuleringsmallen användbar. Som alltid är du välkommen att skicka in frågor eller kommentarer till support@volupe.com.

Sist men inte minst vill vi önska dig en god jul!

Författare

Johan Bernander, M.Sc.

support@volupe.com

+46 702 95 18 31