Господа, доброго времени суток!
Столкнулся с такой проблемой: моделирую предохранительный клапан прямого действия DN 25, рабочая среда - воздух (Air ideal gas). Стационар.. На выходе из домена (Opening), в последних 15 ячейках, или на последних 15мм получается разгон потока до скоростей порядка 500 м/с и охлаждения потока до 170 К, чего не может быть, само собой (проверяя значения, по справочнику Варгафтика, до каких значений должна опуститься температура в выходном патрубке при внезапном расширении, получаю, приблизительно 269 К). И, к тому же, значение коэффициента расхода получается 0,95, что для данной модели клапана нереально (по экспериментальным данным около 0,5 должно быть).
Отсюда вопросы:
1. Что я делаю не так?
2. На сколько влияет данная область низких температур на общее решение?
3. Как добиться сходимости на High resolution?
Описание задачи, ГУ и что я пытался предпринять для её решения:
Вход расположен на расстоянии 15 калибров от седла, выход аналогично. ГУ: вход 41 атмосфера избыточного, выход нуль. Нужно получить коэффициент пропускной способности, а точнее просто адекватные значения расхода.
Сетка разрешена подробно, первая ячейка пристеночного слоя попадает в логарифмическую область, общий игрек плюс по домену не более 196. Остальные элементы сетки высокого качества (не ниже 0,6 по ортогональности) 1,5 млн элементов. Модель турбулентности SST, и полное уравнение энергии.
Попробовав, на первых парах, задать сразу весть перепад даления и на SST и Total energy, да ещё и с High resolution и High resolution (High speed compressible numerics учитывал), получил скачок уплотнения и , соответственно разваливающееся решение. Решил действавать иначе и зайти с другой стороны.
1. На входе стал задавать массовый расход соответствующий 5 атмосферам на входе, на выходе даление статическое, модель турбулентности K-E и Isothermal, Advection sheme: upwind. Таким образом получил начальное приближение.
Далее, я изменил модель турбулентности на SST и поставил учёт полного уравнения энергии, но адвекшн шим оставил Upwind. Я повышал на каждом расчёте массовый расход (от расчёта к расчёту повышал расход массовый на входе примерно на 0,2 кг/с (т.е. примерно по 5 атм добавлял)), ждал пока решение сойдётся до 10-^5 или -6 по RMS и до 0,1 по дисбалансам (сходимость обеспечивалась за 500 итераций).
Таким образом я добрался до необходимых мне 41 атм на входе не поймав скачок и получая сходящееся решение. Анализируя результаты увидел вышеописанные проблемы.
2. Затем поменял Advection sheme на High resolution, оставив всё остальное как на последнем приближении и получил не сошедшееся решение, невязки по RMS застряли колебаясь между 10^-3 и 10^-4, а дисбаланс по H-energy колебался около 5% (на продолжении 2000 итераций).
Анализируя, заметил, что численные значения переменных крайне мало отличаются от предыдущего решения на схеме Upwind.
Знаю, что upwind решает, использую линейную зависимость и что эту схему следует использовать для получения только предварительных результатов (как я и делал), но в тоже время она даёт достаточную погрешность при располрожении ячеек сетки не по потоку, что в моём случае не сильно выражено. Возможно для High resolution надо вводить релаксацию? Тогда как это сделать?
Максимальные невязки находятся на выходе из домена, на достаточном расстоянии от седла.
Менять временные масштабы пробовал, помогает слабо.
Прошу прощения, что много буков, но измучился уже этим вопросом.
| Вложение | Размер |
|---|---|
 outletvtemp.jpg | 117.25 КБ |
| domen.jpg | 166.32 КБ |
| inlet.jpg | 93.18 КБ |
| outletvel.jpg | 150.13 КБ |
Здравствуйте!
У меня такие комментарии:
1) Окончательное решение должно быть на High Resolution. Сходимости нужно добиваться, когда есть уверенность в адекватности сетки и ГУ. Кроме Physical Timescale крутить особо нечего. Может помочь плавное наращивание давления на входе.
2) Область пониженной температуры свидетельствует о более серьёзных проблемах, если я прав в пункте 5.
3) При небольших перепадах для определения потерь лучше использовать SST.
4) При вашем перепаде потери будут определяться серией скачков внутри клапана, поэтому там нужна мелкая и относительно равномерная сетка. Если предположить, что ваша сетка соответствует требованиям модели k-e (y+ от 30 до 300), то для разрешения скачков она наверняка слишком грубая.
5) Судя по картинкам, на выходе у вас полностью возвратное течение, т.к. решение не сошлось. Отсюда артефакт с температурой. Если не удаётся обойтись outlet'ом из-за возвратного течения, то по крайней мере правильно задайте температуру возвращающейся среды. Откуда там взялось 170 К - затрудняюсь сказать. Вы в настройках opening'а что указывали?
6) Вместо длинного патрубка на входе используйте профили скорости, k и omega (или epsilon). Вообще при таком перепаде, возможно, целесообразно поместить границы внутри клапана в районе узкого сечения, т.к. потери на трение в прямой трубе будут малы в сравнении с потерями в скачках. Может быть даже получится свести задачу к осесимметричной (не видно по картинке, позволяет ли это геометрия).
Доброе утро! Спасибо за ответ!
"1) Окончательное решение должно быть на High Resolution. Сходимости нужно добиваться, когда есть уверенность в адекватности сетки и ГУ. Кроме Physical Timescale крутить особо нечего. Может помочь плавное наращивание давления на входе. "
- Окончательное решение получал на High Resolution, но невязки застревают и уходят на колебания между 10^-3 -4 и уравнение энергии в Imbalance колеблется плюс минус несколько процентов, в отличие от первого приближения на upwimd, где всё сошлось. Насчёт сетки, на мой взгляд она хорошего качества, но попробую ещё улучшить её в ответственных местах. Давление плавно наращивал играя расходом на входе, на выходе всегда был нуль избыточного.
"4) При вашем перепаде потери будут определяться серией скачков внутри клапана, поэтому там нужна мелкая и относительно равномерная сетка. Если предположить, что ваша сетка соответствует требованиям модели k-e (y+ от 30 до 300), то для разрешения скачков она наверняка слишком грубая. "
- Да, я предполагал, что скачки будут и они таки улавливаются в ходе решения, если делать сразу, без предварительных приближений, 41 атм на входе и нуль на выходе или же 2,3 кг/с на входе и тот же нуль на выходе. Но при плавном наращивании расхода решатель скачки перестаёт улавливать и дойдя до 41 атм на входе их также нет. в районе седля средний размер ячейки у меня около 1 мм. На сколько более подробную необходимо для разрешения скачков?
Если у вас есть возможность глянуть, то я бы мог проект скинуть или только сетку, например.
"5) Судя по картинкам, на выходе у вас полностью возвратное течение, т.к. решение не сошлось. Отсюда артефакт с температурой. Если не удаётся обойтись outlet'ом из-за возвратного течения, то по крайней мере правильно задайте температуру возвращающейся среды. Откуда там взялось 170 К - затрудняюсь сказать. Вы в настройках opening'а что указывали? "
- Насчёт возвратного течения: странно, я строил стримы и они обратного тока не показывают или я не правильно понял Ваш ответ по поводу обратных токов и не сошедшегося решения? На выходе у меня Opening, Opening pressure and dirn=0 Па (В "Domain models" указано Reference pressure =1 атм), "Flow direction" - normal to boundary conditions, "Turbulence" - medium intencity = 5%, "Opening Temperature" = 300К.
"6) Вместо длинного патрубка на входе используйте профили скорости, k и omega (или epsilon). Вообще при таком перепаде, возможно, целесообразно поместить границы внутри клапана в районе узкого сечения, т.к. потери на трение в прямой трубе будут малы в сравнении с потерями в скачках. Может быть даже получится свести задачу к осесимметричной (не видно по картинке, позволяет ли это геометрия). "
- профили скорости которые будут получены в ходе первого приближения с Upwind? Клапан угловой, поэтому осесимметричной не получится.
Повторюсь, что я могу, если на то у Вас есть время, скинуть проект. Уж очень хочется добить эту задачу.
Не могу сказать в цифрах. Я обычно такие вещи считаю во флюенте с адаптацией сетки. Делаю несколько адаптаций, пока не перестанут меняться интересующие величины. В CFX вам нужно либо также применять адаптацию (насколько я помню, она там только с тетрой работает), либо руками перестраивать сетку, исследуя чувствительность.
Надо вектора смотреть, у линий тока по дефолту не отображается направление.
Нет, профиль можно получить, посчитав патрубок отдельно.
Проект скиньте, но обещать ничего не могу, т.к. работы много. Но может кто-то ещё поможет.
Проект выложить не удасться, один аут файл весит почти 2 Гб. На этой неделе попробую выполнить все Ваши рекомендации и отпишусь, что получилось и постараюсь все шаги настройки и важных моментов заскринить, надеюсь получится избежать вышеописанных ошибок. Так что пока прошу тему не закрывать:)
Добрый день! Постарался выполнить все Ваши рекомендации, рассказываю, что получилось:
1. Для начала посчитал участок подводящей трубы, чтобы взять оттуда профиль скорости для входного граниченого условия клапана (вход в клапан сделал на расстоянии 25мм от седла). Профиль скорости делал по этому посту, составленного уважаемым тов. Gennady ( http://cae-club.ru/content/ansys-cfx-zadanie-profilya-skorosti-v-cfx-pre-peredannogo-iz-f ).
На входе в подводящую трубу задавал массовый расход, необходимый для истечения через клапан (1.8 кг/с), на выходе давление полного открытия клапана (41 атм). Заметил, что при расчёте даже прямой трубы при таких параметрах наблюдалось чрезмерное охлаждение потока, до тех пор, пока я не поставил фиксированную температуру стенки (285К), после чего температура ниже данной не понижалась. Хотелось бфы узнать, на сколько адекватно данное моё ограничение.
2. Получив данным образом (с ограничением температуры профиль скорости) закинул его как входное условие для расчёта клапана, на выходной границе клапана ставлю нуль избыточного давления.
В ходе расчёта получается странная для меня картина: Профиль скорости передаётся, но входное давление вдруг оказывается всего 2 атмосферы, когда на выходе из трубы, откуда брал профиль, было 42 атм. С чем такое может быть связано?
Оговорюсь, что труба и клапан лежат в одной системе координат, это даже весь клапан, просто я разбил его на два расчёта, путём добавления сначала клапана в suspress bodies, когда рассчитывал трубу, а потом трубу скрыл из расчёта.
Здравствуйте!
Думаю, что охлаждение нефизично. Изотермическая стенка в принципе - не плохой вариант, но я бы в первую очередь попытался определить корень проблем с адиабатной. Возможно - ошибка округления. Попробуйте указать в задаче с трубой Reference Pressure = 41 atm (или 42, если 41 - избыточное), а на выходе - ноль.
Связано с тем, что вы передаёте профиль скорости, а не давления. Для обеспечения нужного уровня давления указывайте Reference Pressure. Можно вместо профиля скорости передать профиль полного давления. Для начала попробуйте вообще без профиля задать 41 атмосферу полного давления на входе и ноль на выходе при Reference Pressure = 0 - поймёте, где будут скачки, и где сгущать сетку.
Дмитрий, добрый день!
1. Следовал советам, от артефакта избавился, но тут же появилась другая проблема:
Задавая опорное давление близкое или равное входному, для уменьшения ошибки округления, при этом оставляя на входе то избыточное, которое нам требовалось, а выход оставляя нуль ( P1=Pоп+Ризб=42+41=83 атм, Р2=42+0), получаем свойства среды отличные от тех, которые нам требовалось (да, я понимаю, что это сверх логично :) ).
Как можно избежать ошибки огругления (чтобы не было артефакта с температурой) и при этом не повышать опорное давление?
Кстати, сошлось решение иделально, уровни невязок быстро уползли за монитор (10^-7) и дисбаланс 0,001.
2. Несмотря на вышеописанный вопрос, использовал выходные данные с моделирования трубы для входных данных в клапан (интерполировал полное давление и полную температуру), получил что невязки снова зависают на уровне 10^-3, 10^-4 и это только RMS. Экспериментировал с сеточной чувствительностью, в общем с сеткой считаю, что всё в порядке, но могу выложить файл, если потребуется. Также играл с масштабами времени, турбулентностями и т.д.
Есть предположение, что имеет место нестационарный вихрь, сейчас пробую делать нестационар, но дело это кропотливое и не быстрое.
Приложил mesh file
Да, стенка была адиабатная
Насчёт как уменьшить опорное давление и не получить ошибку нашёл ответ - постепенно понижать, всё получается. Но насчёт уровня невязок вопрос остался. Если это возможно, посмотреть мою сетку, был бы очень благодарен. :)
Это вообще мимо. Для простоты интерпретации результатов ставьте Reference = 0 [Pa], Inlet = 42 [atm], outlet = 1 [atm]. При таком перепаде ошибка округления не повлияет.
Сетка у вас слишком грубая. Я бы упростил в первом приближении до осесимметричной постановки:
Чтобы не было проблем с температурой на выходе, ставьте ГУ Supersonic.
Добавить комментарий