Nyílt forráskódú CFD-kód használatának megkezdése 2. év, 2. ütem

Hasonló dokumentumok
Aktuális CFD projektek a BME NTI-ben

Biomechanika előadás: Háromdimenziós véráramlástani szimulációk

Gázturbina égő szimulációja CFD segítségével

SZAKDOLGOZAT VIRÁG DÁVID

CFX számítások a BME NTI-ben

Aktuális CFD projektek a BME NTI-ben

Artériás véráramlások modellezése

BME HDS CFD Tanszéki beszámoló

Artériás véráramlások modellezése

Overset mesh módszer alkalmazása ANSYS Fluent-ben

CFD vizsgálatok az ALLEGRO kerámia kazetta belső szubcsatornájára

Mágnesszelep analízise. IX. ANSYS felhasználói konferencia 2010 Előadja: Gráf Márton

A mikroskálájú modellek turbulencia peremfeltételeiről

Szívókönyökök veszteségeinek és sebességprofiljainak vizsgálata CFD szimuláció segítségével

Mérnöki Optimálás Példatár

XVII. econ Konferencia és ANSYS Felhasználói Találkozó

LEVEGŐZTETETT HOMOKFOGÓK KERESZTMETSZETI VIZSGÁLATA NUMERIKUS ÁRAMLÁSTANI SZIMULÁCIÓVAL

HÍDTARTÓK ELLENÁLLÁSTÉNYEZŐJE

HŐÁTADÁS MODELLEZÉSE

Kvalitatív elemzésen alapuló reakciómechanizmus meghatározás

Projektfeladatok 2014, tavaszi félév

ALLEGRO gázhűtésű gyorsreaktor CATHARE termohidraulikai rendszerkódú számításai

Szennyezőanyagok terjedésének numerikus szimulációja, MISKAM célszoftver

SZIMULÁCIÓ ÉS MODELLEZÉS AZ ANSYS ALKALMAZÁSÁVAL

Készítette: Gönczi Gábor. Fővárosi Vízművek Zártkörűen Működő Részvénytársaság

I. A CFD alkalmazási területei Néhány érdekes korábbi CFD projekt

FÉLMEREV KAPCSOLATOK NUMERIKUS SZIMULÁCIÓJA

Technikai áttekintés SimDay H. Tóth Zsolt FEA üzletág igazgató

Numerikus szimuláció a városklíma vizsgálatokban

Kiválósági ösztöndíjjal támogatott kutatások az Építőmérnöki Karon c. előadóülés

Az SCWR-FQT tesztszakaszának CFD analízise: a be- és kilépő rész vizsgálata

Dinamikus modellek felállítása mérnöki alapelvek segítségével

Győri HPC kutatások és alkalmazások

A diplomaterv keretében megvalósítandó feladatok összefoglalása

A BME NTI részvétele a Nemzeti Nukleáris Kutatási Programban

Ipari és kutatási területek Dr. Veress Árpád,

MISKAM gyakorlat december 4. Beadandó az Áramlások modellezése környezetvédelemben c. tantárgyhoz. Titkay Dóra - CBAGKH

FRÖCCSÖNTÉS SZIMULÁCIÓ A SZERKEZETI ANALÍZIS SZOLGÁLATÁBAN

Logisztikai szimulációs módszerek

Modellezési esettanulmányok. elosztott paraméterű és hibrid példa

A LEVEGŐMINŐSÉG ELŐREJELZÉS MODELLEZÉSÉNEK HÁTTERE ÉS GYAKORLATA AZ ORSZÁGOS METEOROLÓGIAI SZOLGÁLATNÁL

Szabványok és számítási beállítások használata

A determinisztikus és a valószínűségi elemzések közös pontjainak meghatározása

Lapátszög-szabályzás hatása a nyomatékra

Dr. habil. Maróti György

Mérés és modellezés 1

Altair Simulation Academy 2019 SimLab ST

A TERVEZETT M0 ÚTGYŰRŰ ÉSZAKI SZEKTORÁNAK 11. ÉS 10. SZ. FŐUTAK KÖZÖTTI SZAKASZÁN VÁRHATÓ LÉGSZENNYEZETTSÉG

Fluid-structure interaction (FSI)

V. Moldex3D Szeminárium - econ Felhasználói Találkozó

BIG DATA ÉS GÉPI TANULÁS KÖRNYEZET AZ MTA CLOUD-ON KACSUK PÉTER, NAGY ENIKŐ, PINTYE ISTVÁN, HAJNAL ÁKOS, LOVAS RÓBERT

SCWR ÜZEMANYAGBAN LEJÁTSZÓDÓ TERMOHIDRAULIKAI FOLYAMATOK MODELLEZÉSE AZ ANSYS CFX 10.0 KÓDDAL

2008. év végére elkészült a csatorna felújítása, ezt követte 2009-ben a motor és a frekvenciaváltó üzembe helyezése.

időpont? ütemterv számonkérés segédanyagok

MUNKATERV/BESZÁMOLÓ. György Hunor Sándor Ph.D. hallgató 5. szemeszter (2014/2015 tanév 1. félév)

IX. Alkalmazott Informatikai Konferencia Kaposvári Egyetem február 25.

Perturbációk elméleti és kísérleti vizsgálata a BME Oktatóreaktorán

A PAE 1-4. BLOKK HERMETIKUS TÉR SZIVÁRGÁS-KORLÁT CSÖKKENTÉS LEHETŐSÉGÉNEK VIZSGÁLATA. Az OAH-ABA-03/16-M1 kutatási jelentés rövid bemutatása

Szélenergetikai becslések mérési adatok és modellszámítások alapján

KÖSZÖNTJÜK HALLGATÓINKAT!

ArchiPHYSIK 8.0 telepítési útmutató

KGFB díjhirdetés. Előadó: Tóth Krisztina IT - Alkalmazásfelügyeleti főosztály

Korrodált acélszerkezetek vizsgálata

Gazdaságosabb üzemanyag és üzemanyag ciklus a paksi reaktorok növelt teljesítményén

Nemzeti Nukleáris Kutatási Program

Mérés és modellezés Méréstechnika VM, GM, MM 1

A hatékony mérnöki tervezés eszközei és módszerei a gyakorlatban

Írja fel az általános transzportegyenlet integrál alakban! Definiálja a konvektív és konduktív fluxus fogalmát!

Innocity Kft. terméktervezés, szerszámtervezés öntészeti szimuláció készítés / 7 0 / w w w. i n n o c i t y.

Formula 1-es első szárny tervezésee TDK Dolgozat

Folyamatok tervezése és irányítása - BME VEFK M /19/02 Oktatók: Dr. Mizsey Péter, Dr. Havasi Dávid, Stelén Gábor, Dr. Tóth András József

Diplomamunkám felépítése

A Principális-csatorna nagykanizsai védvonalának geotechnikai vizsgálata

Nemlineáris optimalizálási problémák párhuzamos megoldása grafikus processzorok felhasználásával

A mérnöki módszerek alkalmazásának lehetőségei a hő- és füstelvezetésben

ERserver. iseries. Az iseries Access for Windows használatának megkezdése

Thermo1 Graph. Felhasználói segédlet

Image Processor BarCode Service. Felhasználói és üzemeltetői kézikönyv

S&T CAD/PLM SuperUser Akadémia 2016

Térbeli struktúra elemzés szél keltette tavi áramlásokban. Szanyi Sándor BME VIT. MTA-MMT konferencia Budapest, június 21.

MERVAY BENCE TDK DOLGOZAT

Bordázott csatornában kialakuló áramlás vizsgálata

Füst- és hőterjedés numerikus áramlástani modellezése járműipari létesítményekben

A MODELLALKOTÁS ELVEI ÉS MÓDSZEREI

Esri Arcpad Utó- feldolgozás. Oktatási anyag - utókorrekció

Kutatási téma Energetika MSc hallgatóknak BME NTI

Fázisátalakulások. A víz fázisai. A nem közönséges (II-VIII) jég kristálymódosulatok csak több ezer bar nyomáson jelentkeznek.

Produktív környezetben használt, nyílt forráskódú komplex térinformatikai megoldások dr. Siki Zoltán

Méréselmélet MI BSc 1

Tartószerkezetek modellezése

Tömegbetonok hőtani modelljének fejlesztése

A Balaton szél keltette vízmozgásainak modellezése

iphone és Android két jó barát...

Automatizált frekvenciaátviteli mérőrendszer

Számítástudományi Tanszék Eszterházy Károly Főiskola.

Az Open Source lehetősége a szegedi geoinformatika képzésben

LEVEGŐKÉMIAI MÉRÉSEK ÉS MODELLEZÉS LOKÁLISTÓL REGIONÁLIS SKLÁLÁIG

Golyós visszacsapó szelep hatása szivattyú leállás során kialakuló lengésekre

BME-KKFT Folyamatok tervezése és irányítása. Dinamikus modellezés alapok Készítette: Stelén Gábor 2017

Horváth Miklós Törzskari Igazgató MVM Paks II. Zrt.

Átírás:

Nyílt forráskódú CFD-kód használatának megkezdése 2. év, 2. ütem Kiss Attila, Kiss Béla, Zsíros Gábor, Dr. Tóth Sándor, Tel.: +36-1/463-1997, kissa@reak.bme.hu Országos Atomenergia Hivatal, TSO Szeminárium, NBI nap OAH földszinti előadóterem 2017. május 31.

A nyílt forráskódú CFD kódokról 1/2 Napjainkra a nyílt forráskódú CFD (Computational Fluid Dynamics) kódokat egyre szélesebb körben használják, amit jól jeleznek az alábbi körülmények: Az egyes kódokat magas költségű, népszerű többnapos képzéseken oktatják, A kódok köré kutatói közösségek szerveződtek (pl. a CFD-Online fórumon), A kutatói közösségek egy-két évente nemzetközi konferenciákon vitatják meg a frissen elért eredményeiket, A konferenciákon kívül is egyre több publikáció jelenik meg. A nyílt forráskódú programok előnye, hogy forráskódjuk általában megismerhető, ha pedig a probléma jellege indokolja, az adott feladat fizikai sajátosságainak megfelelő mértékben módosíthatók, és a programok maguk ingyenesek (?), 2/16

A nyílt forráskódú CFD kódokról 2/2 Ugyanakkor a program használatához szükséges tudást a legtöbb potenciális felhasználó csak túlzottan sok utána járás révén tudná megszerezni, így rá van utalva a drága kurzusokon való részvételre, A mi esetünkben több mint 10 évnyi CFD-s tapasztalat sem volt elegendő a választott nyílt forráskódú program gyors, mélyreható megismerésére, Mindemellett kérdéses, hogy a nyílt forráskódú programokkal nyert eredmények mennyire megbízhatóak, és a nukleáris iparban gyakran előforduló bonyolult geometriák esetén alkalmazhatóak-e? 3/16

A projekt célja 1/2 A nyílt forráskódú CFD kódokhoz szükséges tapasztalattal a projekt előtt nem rendelkeztünk, jóllehet a harmadik (pl. folyamatban lévő paksi kapacitás fenntartásnál) és különösen a negyedik generációs reaktoroknál felmerülhet alkalmazásuk szükségessége. A projekt célja: Egy választott (lásd alább) nyílt forráskódú program megismerése annak céljából, hogy felmérjük az alkalmazhatóságukat a nukleáris területen, Melyik nyílt forráskódú programot válasszuk? Európai cégek fejlesztik, tréningek Európában is, elterjedt (nukl. területen is), folyamatosan fejlesztik, rendszeres új verzió, kiforrott. 4/16

A projekt célja 2/2 Nem a BME NTI által jelenleg használt ANSYS CFX kereskedelmi CFD kód leváltása a célunk, hanem a CFX által képviselt igényes CFD elemző képesség kiegészítése egy nagyobb háttértudást igénylő, kódfejlesztést lehetővé tevő nyílt forráskódú CFD kód használatával: ANSYS CFX (interaktív): igényes CFD elemzőkód, amely jól használható az oktatásban és kutatásban, széles körben validált, éves licensz-díjas, de a támogatás ( support ) benne van az árban, korlátozottan módosítható (a fejlesztők a nagy felhasználók igényei szerint fejlesztik a programot tovább), OpenFOAM (parancssoros + interaktív): Igényes, nem csak CFD elemzőkód, amely autentikusan használható az oktatásban és kutatásban, változó, hogy az egyes megoldói és alkalmazásai mennyire validáltak, ingyenes, de a felhasználását nehéz elsajátítani önállóan (drágák a kurzusai), szabadon módosítható (az egyes felhasználók igényeik szerint fejleszthetik tovább, de a felhasználók felkészültsége, tudása korlátokat jelenthet). 5/16

A projekt fő jellemzői Támogató: Országos Atomenergia Hivatal, Nukleáris Biztonsági Igazgatóság, Az atomenergia biztonságos alkalmazásának hatósági felügyeletét szolgáló műszaki megalapozó tevékenység (ABA MMT) programhoz tartozik, Eddig négy ütem: 1. ütem: szerződésszáma OAH-ABA-65/13-M, teljesítés határideje 2014. április, 2 részfeladat, 2. ütem: szerződésszáma OAH-ABA-44/14-M, teljesítés határideje 2015. április 3., 4 részfeladat, 3. ütem: szerződésszáma OAH-ABA-53/15-M, teljesítés határideje 2016. május 15., 3 részfeladat, 4. ütem: szerződésszáma OAH-ABA-37/16-M, teljesítés határideje 2017. május 15., 4 részfeladat. Kutatási jelentések: 1. ütem: Matulik Gábor, Nyílt forráskódú CFD-kód használatának megkezdése (46 oldal) 2. ütem: Zsíros Gábor - Kiss Attila, Nyílt forráskódú CFD-kód használatának megkezdése 2. ütem (123 oldal) 3. ütem: Kiss Attila - Kiss Béla - Zsíros Gábor - Dr. Tóth Sándor, Nyílt forráskódú CFD kód használatának megkezdése, 2. év (147 oldal) 4. ütem: Kiss Attila - Kiss Béla - Zsíros Gábor - Dr. Tóth Sándor, Nyílt forráskódú CFD kód használatának megkezdése, 2. év, 2. ütem (174 oldal) 6/16

Az OpenFOAM programcsomag 1/2 Az OpenFOAM egy olyan C++ nyelven íródott könyvtár, amely minden fajta numerikus problémát (nem csak CFD-t) képes megoldani, Jelenleg többségében CFD analízisek elvégzésére használják, Az alapkönyvtár tartalmán kívül magába foglal számos megoldót ( solvert ) és alkalmazást ( utility-ket, pl. pre- és post-processzálót, rácsgeneráló programokat, értékadó programokat, stb.), A véges térfogatok módszerével (FVM) diszkretizálja a számítási tartományt, minden rácsot tetszőleges strukturálatlan rácsként kezel, Ábra: Véges térfogatok módszere, alapfogalmak 7/16

Az OpenFOAM programcsomag 2/2 OpenFOAM terminológia: eset ( case ) könyvtár: egy olyan könyvtár egy adott számítógépen, amely tartalmazza az adott modell minden részletét, könyvtár ( dictionary ): bármely fájl az esetkönyvtárban, amelyet az OpenFOAM beolvas paraméterek definiálása céljából, időlépés ( time step ): bármely könyvtár az esetkönyvtárban, amelynek numerikus neve van, pl. 0 (kezdeti feltételek), 0,5, 15, 139,74, 27563, stb. OpenFOAM használat: A parancsokat a program terminál ablakában, mindig az adott eset könyvtárában adhatjuk ki, Példa a párhuzamos futtatás parancsára: System/decomposeParDict szükséges, majd esetkönyvtárból terminálablakban: >decomposepar + ENTER Utána az esetkönyvtárban indíthatjuk terminál ablakban a számítást: > mpirun np <N> <SOLVER> -parallel + ENTER Munkamenet: kevert parancssoros + interaktív ablakok felváltott/párhuzamos használatával, Ábra: Az OpenFOAM esetkönyvtár általános tartalma 8/16

4. ütem Eredmény A: Az OpenFOAM megismerése és használatba vétele A részfeladat célja: a program megismerése, használatba vétele. 1. ütem: irodalomkutatás (OpenFOAM asználatáról), telepítés egy PC-re, számítások az L-STAR mérőberendezés függőleges tesztszakaszának periodikus modelljére (SC számítások). 2. ütem: irodalomkutatás az OpenFOAM programcsomag CFD-s alkalmazásáról, bordázott csatornában kialakuló áramlás 2D és 3D modellezése. 3. ütem: irodalomkutatás a megoldók módosíthatóságáról, free geo. építő és rácsgeneráló programok keresése, a számítások párhuzamosításának elsajátítása. 4. ütem: programtelepítés további három PC-re, 3. ütem két választott free geo. és rácsgeneráló program megismerése és kipróbálása, két fő részvétele az ESI Group-hoz tartozó Open CFD Ltd. kurzusain (Foundation és Advanced Course) 2017. április 24-25. és 26-27., OpenFOAM próbaszámítások a PANDA benchmarkra három különböző megoldóval. 2. ütem 2. ütem 2. ütem 4. ütem 9/16

Eredmény B: Ingyenes geometriaépítő és rácsgeneráló program kiválasztása 1/2 A részfeladat célja: free geometriaépítő és rácsgeneráló programok összegyűjtése, a két legígéretesebb kiválasztása, megismerése, Viszonyítási alap: ANSYS ICEM CFD program a képességeihez pontozásos rendszerben hasonlítottuk a megvizsgált programok tudását, blockmesh CalculiX GraphiX snappyhexmesh Ssz.: A program neve: Fejlesztő Honlapjának címe: személy(ek)/cégek 1. blockmesh OpenFOAM Fundation https://openfoamwiki.net/index.php/blockmesh 2. CalculiX GraphiX Guido Dhondt és Klaus http://www.calculix.de/ Wittig 3. cfmesh Creative Fields, Ltd. http://cfmesh.com/ 4. Discretizer Björn Bergqvist http://www.discretizer.org/wordpress/ 5. engrid engits Inc. http://engits.eu/en/engrid 6. gmsh C. Geuzaine és J.-F. http://gmsh.info/ Remacle 7. Gridgen Pointwise Inc. http://www.pointwise.com/gridgen/ 8. GridPro Program Development http://www.gridpro.com/ Company (PDC) 9. MegaCads Megacads Development http://www.megacads.dlr.de/ Team (több szervezet) 10. NetGen Joachim Schöberl https://sourceforge.net/projects/netgen-mesher/ 11. PointWise Pointwise, Inc. http://www.pointwise.com/ 12. Salome OPEN CASCADE, EDF, CEA http://www.salome-platform.org/ 13. snappyhexmesh OpenFOAM Fundation http://cfd.direct/openfoam/userguide/snappyhexmesh/ 14. TetGen Hang Si (WIAS) http://wias-berlin.de/software/tetgen/ Táblázat: A vizsgált 14 free program listája 10/16

Eredmény B: Ingyenes geometriaépítő és rácsgeneráló program kiválasztása 2/2 Az összehasonlítást három fő szempontcsoport szerint végeztük el: A., Általános jellemzők, B., Geometria építési CAD képesség, C., Hálógenerálási képesség. A 3. ütemben kiválasztott programok: Salome, Gmsh. A 4. ütemben használatba vettük a két kiválasztott programot: a PANDA benchmark geometriájának megépítése és hálózása, Ábra: A 14 program által elért pontszámok százalékos értéke mindhárom (A+B+C) szempontcsoportban 11/16

Eredmény C: ANSYS CFX számítások a PANDA benchmarkra 1/2 A részfeladat célja: követő számítások a OECD/NEA PANDA benchmark problémára az ANSYS CFX kereskedelmi CFD kóddal, A számításokhoz az egyszerűsített PANDA tartálygeometriát használtuk (lásd lent), Geometria leírására: Háló 2 jelű blokkstrukturált háló (a hálóérzékenység-vizsgálat alapján), hexaéder elemekből áll, 1,18 millió nódus és 1,16 millió elem, a jellemző cella élhossz 74 mm, Kezdeti- és peremfeltételek: a benchmark kiírás alapján, A tranziens elején a tartályban berétegződött levegő-hélium és kis mennyiségű vízpára keveréke volt, A kísérlet során levegő-hélium elegyet juttattak a tartályba (mólarányok: xlevegő=0,862, xhe=0,134, xvízgőz=0,004) a betápláló csövön keresztül úgy, hogy az egyes komponensek tömegárama állandó volt. 12/16

Eredmény C: ANSYS CFX számítások a PANDA benchmarkra 2/2 A számításokat SAS SST turbulenciamodellel végeztük el, A szimulációk során a levegő-hélium-vízgőz elegyét ideális keverékként definiáltuk, A 7200 s, azaz 2 h hosszú tranzienst adaptív időlépés használatával vizsgáltuk, Modellek: Eredeti modell ennek eredményeit küldtük be 2014-ben a benchmark feladat megoldásaként, Modell 2016 követő számítások, előírtuk a tartályfal hőmérsékletét a mérési eredmények alapján, Modell 2017 követő számítások, további fejlesztések a koncentrációváltozás jobb modellezése érdekében. Bal ábra: A hélium koncentráció-eloszlása a középsíkon néhány időpillanatban Jobb ábra: 0,2-es hélium koncentráció elérésének ideje különböző magasságokban 13/16

Eredmény D: OpenFOAM számítások a PANDA benchmarkra A részfeladat célja: próbaszámítások elvégzése az OpenFOAM-ban a PANDA benchmark feladatra, Három különböző bonyolultságú megoldóval fejlesztettünk modelleket, amelyek a következőek: interfoam: amely a legegyszerűbb multiphase (többfázisú) megoldó a programcsomagban, amely a Volum of Fluid (VOF) módszert alkalmazza, k-ε és SST turbulenciamodellel végeztünk vele számításokat a 7200 s hosszú tranziensre, rhoreactingbuoyantfoam: amely a reactingfoam megoldó módosított változata gázkeverékek égésére, de mi a kémiai reakciókat (pl. égés kikapcsoltuk benne), sajnos nem konvergált, reactingfoam: viszonylag bonyolult, multiphase típusú, egy időben lejátszódó fázisok (komponensek) közötti reakciókat és keveredést modellezni képes megoldó, a megoldóhoz fejlesztett modelljeinkben a turbulenciát a k-ω SST turbulenciamodell felhasználásával modelleztük. Fenti két ábra: A hélium koncentráció eloszlása balra (fázisaránya alpha.he) és a sebességmező jobbra a középsíkon néhány időpillanatban az interfoam modellre Ábrasor: A hélium koncentráció-eloszlása a középsíkon 14 időpillanatban a reactingfoam megoldó modellje esetén jóval hosszabb számítás során 14/16

Összefoglalás A projekt célja, egy választott nyílt forráskódú CFD program megismerése és használatba vételének megkezdése teljesült, A 4. ütemben megvalósult két kurzus részvétellel az OpenFOAM használat haladó tudást is elsajátítottuk ennek konkrét feladatokon történő begyakorlása a feladatunk most, Az előzetesen összegyűjtött ingyenes geometriaépítő és rácsgeneráló programok közül a két legígéretesebbet megismertük, használatba vettük, Követő számításokat végeztünk az ANSYS CFX kóddal a PANDA benchmark feladatra sikerült pontosabb modelleket fejlesztenünk nagy geometriában kialakuló hélium (hidrogén) rétegződés és keveredés számításra, Próbaszámításokat végeztünk OpenFOAM-mal a PANDA benchmark feladatra: három különböző modellt készítettünk, a kapott eredmények alapján elmondhatjuk, hogy a kezdeti modellel továbbfejlesztésére van szükség, amit a közeljövőben kívánunk elvégezni a kutatás következő ütemében. 15/16

Köszönöm a figyelmet! 16/16