Logotyp för Volupe

Blogginlägg Volupe

Rumsbegränsad adaptiv nätförfining för VOF-gränssnittet.

Som simuleringsingenjör kompromissar du alltid mellan beräkningskraft, maskstorlek och noggrannhet. Som tur är har vi Adaptive mesh refinement (AMR) som en dynamisk metod för att förfina eller grovgöra cellerna utifrån adaptiva nätkriterier när de frågar efter flödeslösningen. På så sätt kan vi få ett finmaskigt nät endast där vi behöver det, vid den tidpunkt då vi behöver det. Denna funktion infördes i Simcenter STAR-CCM+ redan 2020. Men det finns fortfarande en del användningsområden för AMR att upptäcka. Låt oss ta reda på hur du kan begränsa den VOF-modellstyrda AMR rumsligt för att lösa endast specifika flödesegenskaper i veckans blogginlägg.

 

 

Adaptiv nätförfining

AMR förfinar dynamiskt beräkningsnätet endast i de områden där det behövs, dvs. för att fånga relevanta flödesegenskaper och samtidigt återskapa grövre celler på andra ställen. Den modelldrivna AMR-förbättringen av nätet sker automatiskt med minimalt ingripande från användarens sida tills den slutliga noggrannhetsnivån är uppnådd. Det finns två allmänna typer av adaptiva nätkriterier:

  • Modeldrivna anpassningar av maskordär anpassningskriterierna tillhandahålls automatiskt från Simcenter STAR-CCM+-modellerna. För närvarande finns följande alternativ tillgängliga:
  • Användardefinierad anpassning av maskor, där du tillhandahåller en fältfunktion eller en tabell som anger hur AMR-lösaren ska styra nätanpassningen.

AMR som drivs av VOF-modellen (Volume of Fluid) med flera faser gör det möjligt att förfina grova celler före den fria ytan. Den är faktiskt överlägsen traditionella förfiningar baserade på fältfunktioner när det gäller att fånga gränssnittet mellan luft och TP13T. Eftersom den modellbaserade AMR-tekniken för fria ytor föregriper även rörelsen av den fria ytan.

Ibland behöver du dock inte tillämpa AMR på hela området. Eftersom statiska nätförfiningar baserade på yt- och volymkontroller är tillräckliga för att fånga flödet. Ett sådant fall är beräkning av fartygs motstånd i lugnt vatten. VOF-gränssnittet i en sådan simulations är i stor utsträckning platt och den zon där vågor förväntas uppstå är ganska liten och förutsägbar.

 

Men vad händer om det finns ett specifikt beteende i VOF-gränssnittet som du vill lösa mer detaljerat? Det kan vara en virvel, ventilation eller brytande vågor. Du kan naturligtvis definiera en volymetrisk förfining i; om du vet var enheten utvecklas och var den utvecklas. I de flesta fall kommer dock din förädlingszon att bli för stor eller alltför komplicerad.

 

Detta är ARM:s viktigaste tillämpningsområde. Om du fortfarande vill begränsa spridningen av förfiningar i din domän kan du begränsa AMR till en enda region (om du har flera). Ett exempel är "Exempel på en yacht som manövrerar i vågor med en tight-overset approach och AMR". Här använder vi ett tillräckligt finmaskigt rutnät i den överkompenserade regionen (båten) och förfinar bakgrundsregionerna med både VOF-modellen och den överkompenserade modellen som drivs av AMR. I den överskridna regionen är anpassningen av nätet inaktiverad (Overset Domain > Physics Condition > Adaption Option).

 

Lokal AMR-begränsning

Låt oss ta ett exempel på en yacht som utvecklar en betydande bogvåg. Uppställningen är hämtad från handledningen Marine Self-propulsion och visar i huvudsak en typisk simulering av motstånd i lugnt vatten med förfiningar för vågorna (se bilden längre upp), men ingen anpassning av nätet.

 

Vi kommer nu att försöka lösa upp bågvågen med AMR i ett område runt bågen (se nedan). VOF-modelldriven anpassning skulle förbättra gränssnittet inom hela området. Därför använder vi Användardefinierad anpassning av maskor och definierar en fältfunktion som endast returnerar ett värde i önskat område (se nedan).

Restriktionerna i tre dimensioner kan definieras i fältfunktioner med hjälp av vektorn $${Position} och ett villkor. Se https://volupe.se/star-ccm-field-function-syntax-part-1/ för en detaljerad beskrivning av syntaxen för fältfunktioner.

För ett tvådimensionellt fall kan vi enkelt begränsa förfiningen mellan -50 och 50 m i x-led med hjälp av syntaxen ovan.

Volymfraktionen är ett lämpligt fält för att utlösa en anpassning av nätet. I de flesta fall är dock volymmåttet för skarpt för att utlösa en nätanpassning. Bättre fördelning kan erhållas för den adaptiva förfiningen baserad på volymfraktionens andra gradient.

 

Den slutliga fältfunktionen för att definiera området runt den bakre sidan av båtens båge är följande:

($${Position}[0]>10 && $${Position}[0] 0 && $${Position}[1] -0,5 && $${Position}[2] < 0,5) ? div(grad(${VolumeFractionwater}))*${AdaptionCellSize}:0

 

Tillsammans med anpassningsegenskaperna enligt följande. Intervall [-1,0, 1,0] var det ursprungliga nätet ska behållas kan variera beroende på ${AdaptionCellSize}.

Med dessa inställningar får vi till slut en simulering som endast förfinar vågorna på båtens bakre sida. Dock endast i närheten av VOF-gränssnittet. Plotten av vågklippningen på bakbord och styrbord klargör effekten av den lokala vågförfiningen.

 

We hoppas att ämnet för denna artikeln är intressant och kan hjälpa dig att snabbare nå dina mål med Simcenter STAR-CCM+. Bifogat finns en exempelimplementering av en användardefinierad nätanpassning för VOF-gränssnitt. Om du har några frågor eller kommentarer, gärna kontakta oss på följande adress support@volupe.com 

 

Författaren

Florian Vesting, doktorsexamen
Kontakt: support@volupe.com
+46 768 51 23 46

 

 

 

 

Fler blogginlägg

sv_SESwedish