Overset mesh módszer alkalmazása ANSYS Fluent-ben

Overset mesh módszer alkalmazása ANSYS Fluent-ben Darázs Bence & Laki Dániel 2018.05.03. www.econengineering.com1

Overset / Chimaera / Overlapping / Composite 2018.05.03. www.econengineering.com 2

Khimaira görögül: Χίμαιρα, latinosan: Chimaera nőstény szörnyalak a görög mitológiában három feje van: elöl oroszlán középen kecske hátul kígyó Overset / Chimaera / Overlapping / Composite 2018.05.03. www.econengineering.com 3

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. 2018.05.03. www.econengineering.com 4

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. 2018.05.03. www.econengineering.com 5

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. 2018.05.03. www.econengineering.com 6

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. 2018.05.03. www.econengineering.com 7

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. 2018.05.03. www.econengineering.com 8

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. 2018.05.03. www.econengineering.com 9

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. 2018.05.03. www.econengineering.com 10

A módszer pontossága Statikus nyomás és sebesség kontúrok hagyományos hálón Statikus nyomás és sebesség kontúrok overset hálón 2018.05.03. www.econengineering.com 11

A módszer pontossága Gőz térfogatarány-kontúrok hagyományos hálón Gőz térfogatarány-kontúrok overset hálón 2018.05.03. www.econengineering.com 12

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 2018.05.03. www.econengineering.com 13

Projekt I. Csavarozópersely vizsgálata 2018.05.03. www.econengineering.com 14

Geometria 2018.05.03. www.econengineering.com 15

Geometria Persely Csavar 2018.05.03. www.econengineering.com 16

Background Component Háló 2018.05.03. www.econengineering.com 17

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: 20 2018.05.03. www.econengineering.com 18

Eredmények 2018.05.03. www.econengineering.com 19

Projekt II. Plazmázó vizsgálata 2018.05.03. www.econengineering.com 25

Geometria 2018.05.03. www.econengineering.com 26

Háló Background Component 1 Component 2 Component 3 2018.05.03. www.econengineering.com 27

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: 0.015 s (fix), kb. 1 Max. iterációszám időlépésenként: 10 2018.05.03. www.econengineering.com 28