Overset mesh módszer alkalmazása ANSYS Fluent-ben

Átírás

1 Overset mesh módszer alkalmazása ANSYS Fluent-ben Darázs Bence & Laki Dániel

2 Overset / Chimaera / Overlapping / Composite

3 Khimaira görögül: Χίμαιρα, latinosan: Chimaera nőstény szörnyalak a görög mitológiában három feje van: elöl oroszlán középen kecske hátul kígyó Overset / Chimaera / Overlapping / Composite

4 A módszer eredete Eredeti célkitűzés: optimális háló használata minden testre, számítási kapacitás minimális növekedésével. Volkov (1966): composite mesh módszer a Laplaceegyenlet megoldására. Starius (1977): composite mesh módszer továbbfejlesztése elliptikus és hiperbolikus problémákra. Steger (1980): overset mesh ötletének független kidolgozása. 2016: overset mesh módszer implementálása az Ansys Fluent 17.0 verziójában

5 Overset mesh felépítése 1. Általános struktúra Inicializálás előtt Inicializálás után Background mesh (háttér): az üres folyadék-térfogatot leíró háló. Component mesh (komponens): a folyadékba merülő testet körbevevő háló. Overset boundary: a komponens hálók külső határa

6 Overset mesh felépítése 2. Elemtípusok Cellatípus Kontúr értéke Donor 2 Solve 1 Receptor 0 Orphan -1 Dead -2 Elemtípusok háttér hálón Elemtípusok komponens hálón Solve (megoldó): elemek, ahol az egyenletek megoldásra kerülnek Donor (donor): adatot adnak át a receptor elemeknek Receptor (fogadó): fogadják a másik hálóról interpolált adatokat Orphan (árva): olyan receptor elemek, amikhez nem sikerült donort találni Dead: számítási domain-en kívül eső cellák

7 Overset számítás előkészítése 1. Kivágás Komponens és háttér háló kivágás előtt Komponens és háttér háló kivágás után Cél: domain-en kívül eső (dead) elemek megkeresése. Lépések: fizikai peremfeltételek (fal, inlet, outlet, stb.) által érintett elemek megjelölése a komponens háló(ko)n belül az overset perem, a komponens fala és a többi peremfeltétel egymáshoz viszonyított helyzete alapján dead cellák kijelölése

8 Overset számítás előkészítése 2. Átfedés minimalizálása Átfedés min. cellaméret alapján Átfedés min. peremtől való távolság alapján Cél: komponens háló méretének csökkentése. Lépések: cellaméret alapján: az overset interfész oda kerül, ahol a komponens és háttér hálón hasonló térfogatú elemek vannak (ajánlott, stabilabb) peremtől való távolság alapján: az overset interfész két szomszédos peremfeltétel közé kerül

9 Overset számítás előkészítése 3. Donor keresés Sikeres donorkeresés Sikertelen donorkeresés Cél: domain-ek összekötése. Lépések: megfelelő megoldó cellák keresése minden fogadó elemnek adott fogadó elem cellaközéppontját tartalmazó megoldó elem és annak szomszédai megfelelő donorok minden fogadó elemnek legalább egy donorra szüksége van

10 A módszer pontossága Statikus nyomás kontúrok hagyományos hálón Statikus nyomás kontúrok hálón overset Probléma: a nagy számú interpoláció miatt a hálók között a konzervativitás nem mindig teljesül. Ansys tesztprojektek: jó egyezés hagyományos és overset számítások között

11 A módszer pontossága Statikus nyomás és sebesség kontúrok hagyományos hálón Statikus nyomás és sebesség kontúrok overset hálón

12 A módszer pontossága Gőz térfogatarány-kontúrok hagyományos hálón Gőz térfogatarány-kontúrok overset hálón

13 Előnyök: Bonyolult geometriák mozgatása hálódeformálás nélkül. Sok esetben egyszerűbb egy bonyolult modell komponenseit külön hálózni, mint együtt. Minden hálótípus támogatott. A Fluent solver egyéb képességeinek széles körű támogatása: tranziens és steady-state számítások; összenyomható folyadékok; lamináris és turbulens áramlás; hővezetés és több fázis szimulációja; a legtöbb peremfeltétel támogatott. Egyszerű automatizálhatóság: egy komponens kicserélése könnyebb, mint egy újrahálózás. Hátrányok: Megkötések interfészek és peremfeltételek elhelyezésére. Számítási stabilitás nagyon erősen kötött a hálóminőséghez. Kiértékelés még csak Fluent-ben lehetséges. Előnyök és hátrányok

14 Projekt I. Csavarozópersely vizsgálata

15 Geometria

16 Geometria Persely Csavar

17 Background Component Háló

18 Beállítások Közeg: levegő (állandó hőmérséklet) Turbulenciamodell: k-e Peremfeltételek: Inlet: össznyomás Outlet: statikus nyomás (légkör) A tranziens szimulációt egy steady futás eredményével inicializáltuk. Időlépés: Adaptív Időlépésenként a jellemző elemméretnél ne mozduljon el többet a csavar. Max. iterációszám időlépésenként:

19 Eredmények

20 Eredmények

21 Eredmények

22 Eredmények

23 Eredmények

24 Eredmények

25 Projekt II. Plazmázó vizsgálata

26 Geometria

27 Háló Background Component 1 Component 2 Component

28 Beállítások Közeg: levegő (állandó hőmérséklet) Turbulenciamodell: k-e Peremfeltételek: Inlet: sebesség (plazmázó); nyomás (felső nyílás) Outlet: tömegáram A tranziens szimulációt egy steady futás eredményével inicializáltuk. Fordulatszám: 0.2 ford/s Időlépés: s (fix), kb. 1 Max. iterációszám időlépésenként:

29 Eredmények

30 Eredmények

31 Eredmények

32