Новая модель Erosion Dynamic Mesh

Аватар пользователя Kirill Pestov
0 400

Эрозия стенок трубы, возникающая вследствие периодического воздействия твердых частиц, взвешенных в жидкости является проблемой во многих отраслях промышленности, но особенно остро данная проблема стоит в нефтегазовой отрасли.  При проведении буровых работ невозможно полностью исключить наличие эрозийного износа из-за присутствия песка в скважине.

Корродированные трубы танкера

Физические испытания, позволяющие определить срок службы изделия, зачастую являются затратными и требуют довольно много времени. Поэтому инженерам необходимо с высокой точностью моделировать данное явление для того, чтобы спрогнозировать срок службы изделия и соответственно правильно спланировать график технического обслуживания. Под высокой точностью подразумевается не только валидация модели эрозии для конкретных условий эксплуатации, но и возможность расчета локальных изменений потока за счет удаления материала стенки трубы.

Для моделирования эрозии ANSYS предлагает новую модель, которая включена в последний релиз ANSYS Fluent. Пользователи, работавшие с более поздней методикой, отмечают, что новая модель настраивается намного проще, позволяя извлекать дополнительную информацию о поле течения за счет деформации стенки. Как обычно новая модель прошла тщательное тестирование и валидацию на основе опубликованных материалов.

Далее мы рассмотрим некоторые характерные особенности модели и валидационный пример. В данной статье не будут освещаться физические принципы эрозийного износа, так как об этом можно почитать в предыдущей статье нашего блога.

Модель носит название Erosion Dynamic Mesh, и она активируется через диалоговое окно модели DPM в вкладке physical models.

Подключение модели эрозии через панель Discrete Phase Model

После подключения модели достаточно указать стенку, которая будет принимать участие в расчете эрозийного износа и задать плотность абразивного вещества. На данный момент существует четыре встроенные модели эрозии, в которых возможно изменить модельные константы, а также возможно загрузить пользовательскую модель эрозии. В основной панели также возможно подключить настройку, которая отвечает за автоматическую деформацию сетки на стенке.

Настройка модели Erosion Dynamic Mesh

Также при подключении настройки, которая отвечает за деформацию, сетка в пограничном слое перемещается совместно с деформирующиеся границей для, того чтобы избежать сильного искажения призматических ячеек. После нажатия на кнопку Run Erosion-Dynamic Mesh Simulation появляется панель с настройками временного шага, которая представлена ниже.

Задание размера временного шага

В данной панели можно задать метод фиксированного или переменного временного шага, указать общее время эрозийного воздействия, сохранить файлы результатов, изображения и создать автоматический отчет о деформации сетки. Ход моделирования отображается в виде пройденного времени в нижней части панели.

Было протестировано несколько задач с использованием нового подхода. В данной статье описывается задача, основанная на экспериментальной работе, опубликованной Nguyen и др., 2014 г. В данной тестовой задаче рассматривается эрозийный износ плоской пластины, на которую действует струя жидкости с твердыми частицами со скоростью 30 м/с. Геометрия модели представлена ниже.

Геометрия верификационной модели

Для расчета использовалась модель эрозии Oka с настройками по умолчанию. Результаты моделирования были сопоставлены с натурными испытаниями. Сравнительные графики представлены ниже.

Глубина эрозийного износа вдоль диаметра для трех различных промежутков времени

Ось X проходит вдоль зоны эрозии, как показано черной линией в верхнем правом углу верхнего рисунка. Ось Y показывает текущее положение узлов на поверхности по сравнению с исходным состоянием. Результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментом Nguyen для трех временных промежутков (5, 15 и 30 минут). Абсолютное значение интенсивности эрозии также хорошо согласуется с экспериментальными данными. Кроме того, результаты можно улучшить за счет более точной настройки параметров модели Oka.

Как можно видеть на величину эрозии очень сильно влияет количество дискретных частиц.

Интенсивность эрозии в зависимости от количества дискретных частиц

Из рисунка видно, что чем больше разрешаемых треков частиц, тем более равномерная интенсивность эрозийного износа. Однако, чем больше разрешается треков частиц, тем больше тратится вычислительных ресурсов. Но как можно видеть на верхнем рисунке существует оптимальное количество (от 50 до 100) треков частиц при, котором результаты расчета меняются незначительно.

За счет совместного использования надежной модели деформации сетки Smoothing и модели перестраиваемой сетки Remeshing возможно смоделировать значительную деформацию. Однако, алгоритм движения сеточных узлов является достаточно обобщенным, чтобы использовать его для моделирования таких явлений, как коррозия или абляция, которые возникают вследствие поверхностных химических реакций.

Ниже представлен пример моделирования эрозии с использованием модели Erosion Dynamic Mesh.

https://

Оригинальный текст статьи: https://www.ansys-blog.com/ansys-fluent-dynamic-mesh-captures-wall-erosion/

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии