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FH D Fachhochschule Düsseldorf. Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung. Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung. Betreuer der Diplomarbeit: Herr Prof. Dr.-Ing Kameier

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Presentation Transcript

  1. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Betreuer der Diplomarbeit: Herr Prof. Dr.-Ing Kameier Herr Dipl. Ing. Morowka Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  2. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Aufbau der Diplomarbeit Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  3. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Auslesen der Daten aus Ansys Pfad wählen Größen wählen Speichern Excel Arithmetisch Mitteln Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  4. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Vernetzung (Meshing) Viereckselemente Dreieckselemente Vernetzungsmethoden • Free-meshing • Mapped-meshing Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  5. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  6. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung „Space Ratio“ mit Space Ratio ohne Space Ratio Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  7. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Hinweise zur Netzqualität • Strukturierte Vernetzung • Feines Netz • Seitenverhältnis Viereckselemente 1:3 • Ein optisch „gutes“ Netz ergibt auch „gute“ Ergebnisse Beispiel für ein strukturiertes Netz Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  8. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Numerische Berechnungen am Testfall Hagen-Poiseuille-Strömung (laminare Rohrströmung) Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  9. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Die Hagen-Poiseuille-Strömung in einem Kanal mit Rechteckquerschnitt Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  10. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Darstellung des Strömungsverlaufes Ausgebildetes Strömungsprofil Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  11. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Geschwindigkeits- Vektor-Plot Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  12. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung 4.72% 4.71% 3.78% 15.36% 1.36% 1.99% 0.8% 0.5% 0.35% 0.13% Anzahl Knoten y-Richtung x-Richtung Anzahl Iterationen Space Ratio Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  13. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  14. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  15. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Zusatzterm für die Turbulenz Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  16. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Vorüberlegung der Netzgenerierung und der Anzahl benötigter Iterationen, für eine turbulente Strömung, am Beispiel Diffusor. y x Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  17. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Erhöhung der Iterationen von 50 auf 3000 Schritte Druckdifferenz im Diffusor: nach 50 Iterationen delta_p = 149.51Pa nach 3000 Iterationen delta_p = 149.74Pa und analytisch delta_p = 175Pa Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  18. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Aufbau der Messstrecke zur experimentellen Validierung turbulenter Rohrströmungen mit Einbauten Rohreinbauten Diffusor Messblende Krümmer Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  19. Turbulenzmodell: Standard k-epsilon FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Betrachtung der charakteristischen Druckverteilung im Krümmer und der numerischen Simulation Ablösung • Druckabfall am Innenrand • Druckanstieg am Außenrand Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  20. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Betrachtung der charakteristischen Geschwindigkeitsverteilung im Krümmer und der numerischen Simulation • Beschleunigung am Innenrand • Reduzierung am Außenrand Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  21. keine sichtbaren Ablösegebiete im Plot FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Ablösegebiete an den Wänden eines Krümmers Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  22. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Vergleich der numerischen, analytischen und experimentellen Ergebnisse Stromfadentheorie: Stromfadentheorie1: Stromfadentheorie2: Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  23. Turbulenzmodell: Standard k-epsilon FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Betrachtung der charakteristischen Druckverteilung im Diffusor und der numerischen Simulation p1 < p2 p2 p1 Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  24. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Betrachtung der charakteristischen Geschwindigkeitsverteilung im Diffusor und der numerischen Simulation c2 c1 > c2 c1 Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  25. Re = 460000 keine sichtbaren Ablösegebiete im Plot FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Ablösegebiete an den Wänden eines Diffusors Ablösegebiet Quelle:Strömung und Druckverluste/Walter Wagner/1997 Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  26. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Vergleich der numerischen, analytischen und experimentellen Ergebnisse Stromfadentheorie: Stromfadentheorie1: Quelle:Strömung u.Druckverlust/Walter Wagner/2001/4.Auflage Stromfadentheorie2: Quelle:Strömungslehre/Schade Kunz/1998/2.Auflage Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  27. lokale Netzverfeinerung FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Vereinfachtes 2-dimensionales Modell einer Messblende mit unstrukturiertem Netz Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  28. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Betrachtung der charakteristischen Druckverteilung in der Messblende und der numerischen Simulation Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  29. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Darstellung der Ablösegebiete anhand des Geschwindigkeits-Vektor-Plot Turbulenzmodell: Standard k-epsilon Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  30. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Vergleich der numerischen und experimentellen Ergebnisse Abweichung Wirkdruckdifferenz zwischen Experiment und numerische Berechnung 4 %. Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  31. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Erprobung der vorhandenen Turbulenzmodelle in ANSYS, am Testfall Krümmer. Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  32. durchgeführte Iterationsschritte Konvergenz bei Turbulenzmodelle Anzahl Iterationen Berechnungszeit [h] Rechner-Prozessor-Leistung Benötigte Iterationen Benötigte Berechnungszeit [h] k-epsilon 16009 57 1.5GH Prozessor 2421 8.6 Shi-Zhu-Lumley 2379 69 266MH Prozessor 2371 68.8 RNG 2154 69 266MH Prozessor 2104 67.4 Girimaji 2141 69 266MH Prozessor 2132 68.7 Zero-equation 1839 69 266MH Prozessor 1141 42.8 New k-epsilon - - - - - FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Konvergenz-Verhalten in Abhängigkeit der Iterationsschritte und der damit verbundenen Berechnungszeit Testfall Krümmer Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

  33. FH DFachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Zusammenfassung laminare Rohrströmung: • qualitativ gute Ergebnisse • gut geeignet zur Einführung in die numerische Strömungssimulation, da Berechnungen analytisch kontrolliert werden können. turbulente Strömung: • bei Betrachtung der Druckdifferenzen, in den berechneten Rohreinbauten, wurden repräsentative Ergebnisse geliefert • bezogen auf die zur Verfügung stehenden Turbulenzmodelle wurden bei sich ablösende und wieder anlegende Strömungen keine geeigneten Turbulenzmodelle gefunden • bei Ablösung durch scharfe Kanten (am Beispiel Messblende) haben sich die Turbulenzmodelle etabliert. Für die Einführung der numerischen Strömungssimulation, in das Praktikum im Bereich Strömungstechnik, bietet ANSYS auch durch seine vielseitige Einsatzmöglichkeit einen geeigneten Einstieg in die FEM-Berechnung. Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

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