Добрый день! Опишу ситуацию: решаю задачу по турбомашинам (ступень осевого компрессора), модель турбулентности k-e. Стал замечать, что при определённом сочетании различных факторов (скорость течения, число Рейнольдса, угол атаки и т.д.) возникает чрезмерно большая отрывная зона, которая в эксперименте отсутствует. В хелпе написано, что у двупараметрических моделей турбулентности есть такой косяк, они генерируют энергию турбулентности большую, чем она должна быть. И есть определенные ограничители типа Production limiters, которые можно включать. Однако эти ограничители в моей задаче почему то не работают. Хотел узнать, можно ли как то уменьшить отрывную зону за счёт настроек cfx?
Перед началом работы настоятельно рекомендуем ознакомиться с правилами форума.
Чрезмерное вихреобразование при моделировании ступени осевого компрессора
16 сентября, 2021 - 17:30
#1
vek_nahooj
Добрый день, эффекты отрыва расчитываются с использованием модели k-omega. Необходима правильная настройка призмаслоя по Y+ и количеству ячеек в слое.
Насколько я понимаю, использование пристеночной функции в k-e модели должно наоборот способствовать более позднему отрыву погран слоя нежели модели типа k-o. Или это по другому работает?
Хочу ещё отметить, что эффект отрыва может быть лучше описан с помощью модели k-o, но в моей задаче уже достаточно развитое турбулентное течение, которое при определенных обстоятельствах становится ещё больше. Я хочу понять можно ли это как то предотвратить с помощью каких либо настроек.
Используйте модель k-w SST. Это комбинация k-e и k-w, эта модель имеет примущества обеих моделей но лишена из недостатнов.
Что касается отрыва ПС, я не как пристеночная функция влияет на отрыв но я знаю что и стандартная пристеночная функция и более продвинутые пристеночные функции (но я не могу говорить за все пристеночные функции) настроены и работают в предположении обиекании плоской стенки. То есть всем известный закон стенки.
https://en.wikipedia.org/wiki/Law_of_the_wall
И механика отрыва пограничного слоя и влияние отрыва на течение у стенки и наоборот не заложены в эти модели.
k-e модель с пристеночной функцией- это один из самых неудачных способов моделировать отрыв и обычно в такой постановке он (отрыв) будет наблюдаться заподалым. То есть компрессор оказывается очень устойчивым.
1.В продолжении разговора необходимо отметить, что для моделирования ламинарно-турбулентного отрыва созданы различные дополнительные модели.
Вы их найдете в списке Transition Models. В CFX набор таков, что чем сложнее для расчета модель (то есть больше дифференциальных уравнений переноса) тем она точнее. Таким образом для моделирования ЛТП обычно рекомендуется Gamma Theta модель ( уравнение переноса для переменной перемежаемости и числа рейнольдса наступления отрыва).
Но помните, что для моделей перехода требования к сетке еще более жесткие. Конечно у+=1, и повышенное число призматических слоев 15-20-30.
2.Кстати если вы будете использовать модель SST, то в ней есть один коэффициент для регулировки вихревой вязкости и как следствие регулировки наступления отрывов. Коэффициент называется А1 и по умолчанию равен 0,31. Загляните в документацию, чтобы изучить физику-математику, при желании .
Дело в том, что некоторые исследования, и отечесивенные, и зарубежные иногда рекомедуют изменять данный коэффициент.
Проследите сами как изменится положение отрыва, если вы измените А1 до 0,2 или до 0,4. Иногда эффект оказывается очень заметным (в отличие от включения моделей Production Limiter).
Спасибо всем за ваши комментарии. Очень приятно видеть отклик на возникшие проблемы. ЛТП это прекрасная вещь, которую можно исследовать вдоль и поперек с разными моделями как турбулентности, так и вблизи стенки. Вы всё правильно пишете, в теории так оно и есть, но в пристеночных функциях нет ничего плохого, да они могут давать запоздалый отрыв погран слоя, компрессор будет более устойчивый, но я говорю о несколько других вещах. В моем расчете всё давным давно сорвало, есть большая зона отрывного течения (вихрь) в межлопаточном канале (не вблизи стенки), которая при понижении давления на входе или при уменьшении масштаба расчетной модели (то есть в общем смысле при уменьшении числа Рейнольдса) становится больше! Я не рассматриваю момент отрыва погран слоя, я смотрю на устойчивый срыв в межлопаточном канале, то есть на работу модели турбулентности. Поясню, при использовании sst модели со всеми вытекающими ввиде y+=1, реакция на уменьшение давления или на уменьшение масштаба точно такая же как и у k-e модели, аналогичным образом себя ведёт и k-o, и rng k-e, и earsm k-e, и bsl (модификация k-o). Да у них отрыв погран слоя моделируется по другому, но реакция на изменение внешних факторов при развитом срыве одинаковая.
Ага.
Тогда возвращаясь в вашему изначальному вопросу побробуйте взглянуть не на Production Limiters, а на Curvature correction.
Модели Production Limiters призваны действительно ограничить источниковый член генерации кинетической турбулентной энергии. Но в первую очередь в точках торможения потока. То есть в том месте где струя бьется об стенку. Это проблема базовой модели k-e. В ее модификациях (realizable, которой нет в CFX) эта проблема была нивелирована. А в базовой k-e проблема нивелируется Production Limiters.
Но у вас другая ситуация. У вас, как я понимаю завышение турбулентности (=k) не в точке торможения, в локации вихря. Здесь может вступать слабость всех моделей турбулентности вихревой вязкости. Это принятая в самом начале гипотеза Буссинеска и как следсвтие факт, что мы принимаем турбулентность изотропной. А в случае выраженных крупных вихрей очевидно, что это допущение не очень оправдано. Поэтому, чтобы опять же нивелировать эту слабость разработчики предлагают модель Curvature Correction. Она пытается ограничить генерацию турбулентной энергии в закрученных и значительно искривленных потоках. Предлагаю ознакомиться с данной моделью. Хотя обычно ее использование не дает заментых изменений интегральных параметров (но локальные было бы интерсено поисследовать).
И опять же обращаю внимание про правильное моделирование пограничного слоя (правильная высота первой ячейки, правильная высота всего призматического слоя, правильная скорость роста ячеек). Проблема может быть прозаичнее и выражаться в неаккуратности к призматическому слою при изменении масштаба.
Весьма вам благодарен за развернутый ответ. О curvature correction даже не думал, если честно. Про помощь в сильно искривлённых и вращающихся каналах читал, но про ограничения не видел. Может не достаточно хорошо вчитывался. Попробую использовать) спасибо большое за совет! Если интересно, могу отписаться по поводу использования curvature.
П.с. по поводу погран слоев. я очень долго и упорно в них разбирался, пробовал разные варианты с функциями, без функций и пришёл к выводу, что реализуемая в cfx функция типа scalable чуть ли не самая гениальная вещь, которую я встречал в разных cfd кодах. Да, это по сути аналог стандартной функции, но дополненной под возможность её масштабирования в зависимости от скорости потока вблизи стенки. В рамках производственных задач, которые я решаю, где требуется получить результат в кратчайшее время, пристеночные функции - незаменимая вещь, которая обладает достаточной точностью и не требует больших сеток.
Добавить комментарий