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Berechnung des Druckverlustes durch einen 90° Krümmer

Strömungstechnik II: CFD Praktikum. Berechnung des Druckverlustes durch einen 90° Krümmer Vergleich bei laminarer (Re=100) und turbulenter Strömung (Re=100000) Vergleich mit 1-D Stromfadentheorie, analytische Rechnung (Excel) Zur Vorbereitung der Simulation

gina
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Berechnung des Druckverlustes durch einen 90° Krümmer

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Presentation Transcript

  1. Strömungstechnik II: CFD Praktikum • Berechnung des Druckverlustes durch einen 90° Krümmer • Vergleich bei laminarer (Re=100) und turbulenter Strömung (Re=100000) • Vergleich mit 1-D Stromfadentheorie, analytische Rechnung (Excel) • Zur Vorbereitung der Simulation • Abschätzung der möglichen Wandschubspannung (Reibung) • Abschätzung der notwendigen Netzauflösung • Aufbereitung der Simulationsdaten • Darstellung der Netzauflösung • Darstellung der Rohrströmungsprofile (laminares/turbulentes Profil am Eintritt; außen und innen strömen unterschiedlich schnell und für laminar und turbulent genau entgegengesetzt) • Ablösung liegt bei sichtbarer Rückströmung vor

  2. Begriffe der Grenzschichttheorie besser: zähe Unterschicht

  3. Grenzschichtprofil Origin: Tobias Schmidt, Quantifizierbarkeit von Unsicherheiten bei der Grenzschichtwiedergabe mit RANS-Verfahren, Dissertation, TU Berlin, 2011. http://opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2011/3308/pdf/schmidt_tobias.pdf

  4. instationäre Aerodynamik  zeitliche Schwankungsgrößen Momentanwert= Mittelwert + Schwankungsgröße [ V ] [VDC] [VAC]

  5. Reynolds-Gleichungen: •  Annährung turbulenter Strömungen möglich • einsetzen von Mittel- und Schwankungswert • zeitliche Mittelung • RANS (Reynolds AveragedNavier Stokes)

  6. 0 0 0 0 0 Reynoldsgleichung zeitliche Mittelung der Gleichung Konti-Gl. und Produktregel rückwärts „turbulente“ Zähigkeit  Turbulenzmodelle etc. nicht lineare partielle Differentialgleichung mit Orts- und Zeitabhängigkeit

  7. Turbulenzmodellierung • k = turbulente kinetische Energie •  = Dissipationsrate (spez. Energie/Zeit) •  = Frequenz der Energie dissipierenden Wirbel • Blending (Überlagerung von k-  und k- ) (BSL)Blending Sub-Layer Turbulenzmodellierung • Shear Stress Transport (SST) Modell • Ergebnisse experimenteller Untersuchungen der Grenzschichtströmung

  8. Hintergrund - Turbulenzmodellierung Linear logarithmisch LRR=Launder, Reece, Rodi ASM=Algebraische Spannungsmodell dimensionslose Darstellungen

  9. Wandfunktion und y+ Stützstellenzu nah an der Wand führenu.U. zuFehlern! Origin: Georgi KalitzinGorazd Medic, Gianluca Iaccarino, Paul Durbin, Near-wall behaviorof RANS turbulencemodelsandimplicationsfor wall functions, Journal of Computational Physics 204 (2005) 265–291. http://www.os-cfd.ru/cfd_docs/wall_funcs/Near_wall_behaviour_of_RANS_and_implications_for_wall_functions.pdf

  10. Vernetzung - strukturiert- - unstrukturiert - - unstrukturiert mit Inflation-Layer - Origin: Tobias Schmidt, Quantifizierbarkeit von Unsicherheiten bei der Grenzschichtwiedergabe mit RANS-Verfahren, Dissertation, TU Berlin, 2011. http://opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2011/3308/pdf/schmidt_tobias.pdf

  11. Abschätzung der Netzabmessung - überempirischermittelteGleichungfür die Wandschubspannung - (sieheauszufüllende Excel-Tabelle) C_f=(2*LOG10(U*x/nue)-0,65)^-2,3 Tau_w=c_f/2*rho*U^2 oder aus Schade/Kunz Formel (13.6-12) Tau_w=0,0289*rho*nue^(1/5)*U^(9/5)*x^(-1/5) … mit y+=1 wird kleinster Wandabstand abgeschätzt.

  12. Verfeinerung: • (wandnahe) Grenzschichten • Hohe Gradienten von p, V •  Enge Querschnitte • Biegungen Wand

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