xflow – полнофункциональный программный
Post on 05-Mar-2016
335 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
О верификационных расчетах в Xflow
Валерий Широбоков MSC.Software
December 24, 2011
12/24/2011
1
Xflow Documentations
12/24/2011
2
Тестовая задача: Lid-driven cavity flow• Классическая тестовая задача для вязкой несжимаемой
среды в двумерной постановке
• Моделировалось течение ламинарного потока Re=1000 и
результаты сравнивались с результатами численных
экспериментов (DNS), опубликованными в работах [1] и [2]
• Физические свойства среды:
• Плотность ρ=1 кг m-3
• Вязкость µ=0.001 Pa s
• Геометрические размеры: L=1m
.References:
• [1] U. Ghia, K.N. Ghia, and C.T. Shin. High-Re solutions for incompressible flow using the
Navier-Stokes equations and a multigrid method. Journal of Computational Physics, 48:387
411, 1982.
• [2] C.-H. Bruneau and M. Saad. The 2d lid-driven cavity problem revisited. Computers &
Fluids, 35:326 348, 2006.
12/24/2011
3
Тестовая задача: Lid-driven cavity flow• Результаты расчета (t=0 : 9 c, размерность модели 128x128 16384 particles)
12/24/2011
4
Тестовая задача: Lid-driven cavity flow
Chia
Xflow
• Результаты расчета (t = 30c, размерность модели – 262144 particles)
a) Распределение горизонтальной составляющей скорости Vx
вдоль вертикальной средней линии.
References:
• [1] U. Ghia, K.N. Ghia, and C.T. Shin. High-Re solutions for
incompressible flow using the Navier-Stokes equations and a multigrid
method. Journal of Computational Physics, 48:387 411, 1982.
• [2] C.-H. Bruneau and M. Saad. The 2d lid-driven cavity problem revisited.
Computers & Fluids, 35:326 348, 2006.
12/24/2011
5
Тестовая задача: Lid-driven cavity flow
b) Горизонтальная скорость Vx вдоль вертикальной средней линии.
c) Давление P вдоль вертикальной средней линии (Re = 1000).
d) Завихренность w вдоль вертикальной средней линии (Re = 1000).
12/24/2011
6
• Классическая тестовая задача для вязкой среды в двумерной постановке
• Моделировалось явление свободной конвекции в замкнутом объеме для чисел Рэлея 103 и и 106 результаты
сравнивались с результатами , опубликованными в работах [1] и [2]
• Физические свойства среды (Ra=103):
• ρ0=1 кг м-3
• g=-10 м с-2
• α=0,1 K-1
• Δθ=1 K (θ1=293,65 K θ2=291,65K
• µ=0.0266458 Пa c
• k=0,0375293 кг м с-3 K-1
• Cp= 1 м2 с-2 K-1
• Геометрические размеры: L=1mReferences
[1] G. DeVahl Davis and I.P. Jones. Natural convection in a square cavity: a comparison exercise. International Journal for Numerical Methods in Fluids,
3:227 248, 1983.
[2] G. DeVahl Davis. Natural convection of air in a square cavity: a benchmark numerical solution. International Journal for Numerical Methods in Fluids,
3:249 264, 1983.
Тестовая задача: Natural convection in a cavity
12/24/2011
7
Тестовая задача: Natural convection in a cavity
а) Распределение температур b) Горизонтальная составляющая
скорости Vx
c) Вертикальная составляющая
скорости Vy
d) Завихренность потока w
• Результаты расчета на моделях различной размерности (10000 и 262144 Particles)
12/24/2011
8
Тестовая задача: Natural convection in a cavity
• Результаты расчета на модели размерностью 10000 Particles
а) Распределение
температур
b) Горизонтальная
составляющая
скорости Vx
c) Вертикальная
составляющая
скорости Vy
d) Завихренность
потока w
12/24/2011
9
Тестовая задача: Natural convection in a cavity
b) Результаты численного решения тестовой задачи в
Xflow на моделях разного масштаба. Ra=106
а) Результаты численного решения тестовой задачи в
Xflow на моделях разного масштаба. Ra=103
а) Распределение температур b) Горизонтальная составляющая
скорости Vx
c) Вертикальная составляющая
скорости Vy
d) Завихренность потока w
• Результаты расчета на модели и 262144 рarticles для Ra=106
12/24/2011
10
• Классическая тестовая задача для ламинарного течения несжимаемой среды (Red = 478)
• Результаты численного моделирования сравнивались с аналитическим решением
(формулы Дарси-Вейсбаха и Уайта) и результатами моделирования в других CFD пакетах:
где
• Переменные: u, v, P
• Свойства среды:
Плотность ρ=0,5 кг/м3
Динамическая вязкость μ=0,1 Па с
• Модель турбулентности: Smagorinsky LES
• Refinement algorithm: off
;8
52
2
d
QLfP
p
;
322
Vd
LP
p
Тестовая задача: Laminar Pipe Flow
df Re/64
v=0.0 m/s
u=50.0m/s
L=100m
D=2m
Inlet Outlet
P=0.0Pa
• Вычислительные
затраты CPU Intel ® Core ™ i7-
2920XM CPU@2.50Ghz
2.50GHz
8 cores
RAM 1,92 Gb
Courant = 1
Number of particles = 20000
Time step = 7,42E-05
Simulation Time = 20s
Computational Time = 489s
12/24/2011
11
Тестовая задача: Laminar Pipe Flow
References:
• [1] CFDesign Solver Technical Reference.
Finite Element Fluid Flow and
Heat Transfer Solver Version 3.0 Copyright
Blue Ridge Numerics, Inc 1992-1998
• [2] White, F.M.., Fluid Mechanics, McGraw-
Hill (1986)
а) Распределение скорости (горизонтальная составляющая
Vx) и профиль скорости, t= 1,6 c.
b) Распределение статического давления по длине
трубопровода, t= 13,2 c.
с) Профили скоростей Vx по длине трубопровода
(L=10,25,50,75 м)
b) Распределение скорости (горизонтальная составляющая Vx) и
график полного давления (sensor 2 (100,0,9,0.0)), t= 15,6 c.
12/24/2011
12
Тестовая задача: Laminar Pipe Flow
а) Распределение скорости (горизонтальная составляющая Vx), t= 0,6 c. b) Распределение полного давления P (t= 1,8 c.)
12/24/2011
13
Тестовая задача: Turbulent Pipe Flow• Классическая тестовая задача для турбулентного течения несжимаемой среды (Red = 13550)
• Результаты численного моделирования сравнивались с аналитическим решением
(формула Уайта) и результатами моделирования в других CFD пакетах:
где (Blasius expression)
• Переменные: u, v, P
• Свойства среды:
Плотность ρ=0,5 кг/м3
Динамическая вязкость μ=0,1 Па с
• Модель турбулентности: Smagorinsky LES
• Refinement algorithm: off
;8
52
2
d
QLfP
p
4 Re
316.0
d
f
v=0.0 m/s
u=1500.0m/s
L=100m
D=2m
Inlet Outlet
P=0.0Pa
12/24/2011
14
Тестовая задача: Turbulent Pipe Flow
• Вычислительные
затраты CPU Intel ® Core ™ i7-2920XM
CPU@2.50Ghz 2.50GHz
RAM 3,31 Gb
8 cores
Courant = 1
Time step = 1Е-6
Number of particles = 222262
Simulation Time = 20s
Computational Time = in
process
References:
• [1] CFDesign Solver Technical Reference. Finite
Element Fluid Flow and
Heat Transfer Solver Version 3.0 Copyright Blue
Ridge Numerics, Inc 1992-1998
• [2] White, F.M.., Fluid Mechanics, McGraw-Hill
(1986)
Test results - Turbulent Pipe Flow
Analytical CFDesign Error Xflow Error
ΔP,[Pa] 348356 362933 4,2 329999 5,1
с) Профили скоростей Vx по длине трубопровода
(L=10,25,50,75 м)
d) Распределение скорости (горизонтальная
составляющая Vx), t = 4,2 c.
b) Распределение статического давления по длине
трубопровода, t= 20c. Статическое даление в точке
(L=75м)
a) Распределение статического давлениея по длине
трубопровода t= 20c. Статическое даление в точке
(L=25м)
12/24/2011
15
Примеры тестовых задач• Вихревая дорожка Кармана (Red=4000)
12/24/2011
16
Примеры тестовых задач• Вихревая дорожка Кармана (Red=4000)
• Эффект Магнуса
12/24/2011
17
Примеры тестовых задач
Гидродинамический расчет модели гребного винта
• Исходные данные для расчета:• Скорость потока на входе в канал – 10м/c
• Избыточное давление на выходе из канала – 0 Па
• Плотность воды ρ – 1000 кг/м3
• Динамическая вязкость – 0.001 Па c
• Шаг винта – 0.24 м
• Частота вращения гребного винта – 3000 об/мин
• Время симуляции – 0,25 с
• Машинное время счета – около 20 ч.
• Размерность модели - 4031461 particles
• Размер частиц : – 0.01 м (у стенки)
– 0,0025м (вокруг
подвижной и неподвижной
частей)
• Refinement algorithm – yes (near walls)
12/24/201118
• Геометрическая модель в Xflow
12/24/2011
19
Гидродинамический расчет модели гребного винта
12/24/2011
20
V inlet=10 m/s
Poutlet= 0PaRectangular domain:Dimensions (3.5,1,1)
Гидродинамический расчет модели гребного винта• Расчетная модель в Xflow
12/24/2011
21
• Упор винта
• Эффективный упор
• Расчитанная мощность
НFy 1128
Н
FFP partprop
9681601128
Вт
MP x
16321
112,314961,51
References:
Гидродинамический расчет модели гребного винта
• Результаты расчета
12/24/2011
22
12/24/2011
23
Validation case: Automotive aerodynamics
• For this validation the 1/5 wind
tunnel test model has been adopted
• The wind tunnel domain type
available in XFlow is used, with an
inlet uniform velocity of 50 m/s
• Vehicle's length, width and height are
0.81 m, 0.29 m and 0.27 m
respectively
• Wind tunnel dimensions are 9 x 1.5 x
3 m
• The fluid properties are density = 1
kg m3 and dynamic viscosity = 1,5
105 Pa s
• The Reynolds number for this case is
2,7 106
• Particle resolution in the far field is
0.1 m, while in the wake and on the
model surface scales up to 2.5 mm
are resolved.
а) ASMO body and wind tunnel geometries (Tunnel dimensions 9 x 1.5 x 3 m)
b) Snapshot of isosurface of vorticity (Left view).
c) Snapshot of isosurface of vorticity (Top view).
12/24/2011
24
Validation case : Automotive aerodynamics
c) Instantaneous velocity field: on the vehicle
surface
e) Instantaneous velocity field: in theY = 0:07 m plane
f) Instantaneous velocity field: in the symmetry planed) Instantaneous pressure eld in the symmetry plane and skin
friction distribution
а) Front pressure distribution along the symmetry plane
b) Roof pressure distribution along the symmetry plane.
12/24/2011
25
Validation case : Automotive aerodynamics
c) Overall drag history
d) Drag values for ASMO modelb) Underbody pressure distribution along the symmetry plane
a) Base pressure distribution along the symmetry plane
top related