Редактируем RULES в CFX для задания специфического ГУ при расчете течения в турбомашине

Аэроупругий расчет лопатки высоконагруженного компрессора (изображение с сайта http://www.exploreenergy.eu).

Аэроупругий расчет лопатки высоконагруженного компрессора (изображение с сайта http://www.exploreenergy.eu).

Можно ли в ANSYS CFX задать зависимость полной температуры в неподвижной системе координат («Total Temperature in Stn Frame») от полной температуры во вращающейся системе координат («Total Temperature in Rel Frame»), и использовать это выражение для определения граничного условия на входе во вращающийся домен?

По-умолчанию такая возможность отсутствует в препроцессоре ANSYS CFX. Но вы можете отредактировать RULES-файл, или запустить CFX через командную строчку, указав ссылку на CCL-файл с соответствующим содержанием:

RULES:

  PARAMETER: Stationary Frame Total Temperature

  Dependency List = XYZT,rNoDim,aitern,citern,atstep, ctstep,\

  Ttot, Ttotstn,Ttotrel,acplgstep,cstagger

  END

END

Команда для запуска решателя CFX с ключом CCL выглядит так:

cfx5solve -def DEFFILE -ccl CCLFILE,

здесь CCLFILE — это обычный текстовый файл с командами и опциями, которые мы описали выше.

С уважением, Денис Хитрых.

Как раскрутить «ротор» в ANSYS CFX

wind turbine

Довольно часто при моделировании высокооборотных вращающихся машин решение может разваливаться на самых начальных итерациях, даже при условии корректно подобранного шага по времени. Особенно, если применяются многофазные модели.

Что можно предложить для решения данной проблемы? Например, начать раскручивать ротор с постоянным ускорением, но с переменной угловой скоростью. До тех пор, пока она не достигнет своего номинального значения.

Для этого необходимо написать несколько CEL-выражений. Ниже показан фрагмент CCL файла реального проекта, в котором была использована описанная технология.

LIBRARY:
CEL:
EXPRESSIONS:
Accel = torq / MassInert
MassInert = 40 [kg m^2]
accelconst = 0.01 [rad s^-2]
anglenew = angleold+omeganew*tStep
angleold = atan2(x,y)
omeganew = omegaold+accelconst*tStep
omegaold = sqrt((Mesh Velocity X)^2 + (Mesh Velocity Y)^2)/max(radius, \
1e-08[m])
radius = sqrt(x^2+y^2)
tStep = 0.1 [s]
torq = torque()@WALL BLADES
END
END

На этом всё!
С уважением, Денис П. Хитрых.

Моделирование процесса адсорбции в ANSYS Fluent

Сегодня мы рассмотрим задачу моделирования процесса адсорбции c использованием решателя ANSYS Fluent. Напомним, что адсорбция – это процесс поглощения поверхностно-активных веществ из раствора или газовой смеси поверхностным слоем жидкости или твердого тела – специальными адсорбентами. В качестве адсорбентов могут выступать различные материалы с высокой удельной поверхностью, например, пористый углерод (активированный уголь) или силикагели.

Сgeometryледует отличать адсорбцию от абсорбции. В последнем случае вещество диффундирует в объем жидкости или твердого тела и образует раствор или гель.

Адсорбция – достаточно распространенное явление в химической и нефтегазовой отраслях. Оно возникает повсеместно, где присутствует поверхность раздела между фазами. Устройство для проведения адсорбции называется адсорбером.

Для моделирования адсорбции мы будем использовать предопределенные шаблоны для задания реакций на поверхностности и гетерогенных реакций по всему объёму в ANSYS Fluent.

Количественно процесс адсорбции (без учета межмолекулярного взаимодействия адсорбата) описывается уравнением Ленгмюра:

2018-07-10_12-37-57где Θ – доля площади поверхности адсорбента, занятая адсорбатом, α – адсорбционный коэффициент Ленгмюра, P – концентрация адсорбтива.

Уравнение Ленгмюра представляет собой одну из форм уравнения изотермы адсорбции, которая определяет зависимость равновесной величины адсорбции от концентрации адсорбтива при постоянной температуре. Концентрация адсорбтива при адсорбции из жидкости (растворов) выражается в мольных долях. При адсорбции из газовой фазы концентрация выражается в единицах абсолютного давления. В случае адсорбции на твёрдых адсорбентах, используют отношение массы поглощённого вещества к массе самого адсорбента.

Рассмотрим двумерную задачу адсорбции газовой смеси (воздух+углекислый газ) твердым телом (слоем насадки адсорбера).

Поглощение углекислого газа адсорбентом описывается следующим уравнением:
2018-07-10_12-50-14

Далее опишем основные шаги, связанные с постановкой задачи адсорбции в ANSYS Fluent.

Сначала включите решение уравнения энергии и выберите модель турбулентности. Если отсутствует первоначальная закрутка потока газовой смеси или сильное искривление линий тока, обусловленное геометрией адсорбера, то можно использовать по-умолчанию модель турбулентности k.

Включите модель переноса компонентов Enable Species transport и в открывшейся панели Species Model активируйте в разделе Reactions опции Volumetric (реакция в объеме) и Wall Surface (реакция на поверхности).

2054122 Читать далее

Моделирование течения в осевом трансзвуковом компрессоре NASA Rotor 37

Сегодня мы рассмотрим с вами задачу расчета течения в проточной части трансзвукового компрессора NASA Rotor 37, разработанного 40 лет назад Рейдом (Reid) и Муром (Moore) (Исследовательский центр NASA Lewis).

Начну с «классического» отчета AGARD-AR-355, который был опубликован в 1998 году.  В данном отчете приведены сравнительные результаты моделирования течения в проточном тракте Rotor 37, выполненные в разные годы, в таких пакетах как, TASCflow, TRACE-S, HAH3D, TRANSCode и др.

[YadiskFiles label=»AGARD_AR_355.pdf» href=»https://yadi.sk/i/r9vWvEktmEjLG» name=»AGARD_AR_355.pdf» size=»22.02 MB» path_hash=»17768ff51e6c22278d179cf97089f5ae» counter=»true»]

Dae-Woong Kim с коллегами (2013) численно исследовали методы повышения эффективности ступени Rotor 37 с использованием пакета ANSYS CFX. В частности, рассматривался вариант с бандажным уплотнением.

[YadiskFiles label=»Rotor 37 with CCG.pdf» href=»https://yadi.sk/i/2O1uKnOomEjJT» name=»Rotor 37 with CCG.pdf» size=»1.18 MB» path_hash=»9b2536f5f524e4b70ecfa5e5477d3ec9″ counter=»true»]

В работе Chunill Hah из NASA Glenn Research Center описываются результаты исследования нестабильности течения в трансзвуковом компрессоре NASA Rotor 37 с использованием LES модели турбулентности, интегрированной в специализированный расчетный H3D. Это одна из первых работ подобного рода на тот момент (2007).

[YadiskFiles label=»Chunill Hah_LES.pdf» href=»https://yadi.sk/i/PnGqX89cmEjLX» name=»Chunill Hah_LES.pdf» size=»736.62 KB» path_hash=»a579d933bcbbccb9a4b526d38df6d36a» counter=»true»]

Marcelo R. Simões из Petrobras совместно c коллегами исследовал применимость различных моделей турбулентости (k-ε, k-ω и SST) для моделирования течения в проточном тракте NASA 37 с использованием пакета ANSYS CFX (2009). Результаты моделирования сравнивались с доступными экспериментальными данными.

[YadiskFiles label=»Marcelo_Petrobras.pdf» href=»https://yadi.sk/i/eQWqGNQNmEjLS» name=»Marcelo_Petrobras.pdf» size=»1.36 MB» path_hash=»9ae325c39a5ef6ad5172aae275766455″ counter=»true»]

Работа Mohamed Khalil (2009) интересна по двум причинам. Во-первых, это хороший пример научного интернационализма. Во-вторых, автору удалось получить весьма адекватные результаты с использованием высокорейнольдсовой k-ε модели турбулентности.

[YadiskFiles label=»Khalil_ke.pdf» href=»https://yadi.sk/i/q0q6YCfOmEjLr» name=»Khalil_ke.pdf» size=»2.87 MB» path_hash=»12c871b5014376435d335b8f041af650″ counter=»true»]

Последняя работа не имеет прямого отношения к Rotor 37. Однако в ней представлены достаточно интересные результаты по опыту применения TBR методов ANSYS CFX для исследования течения в ступени гибридного трансзвукового компрессора Rotor 35 / Stator 37. Это так же одна из первых открытых работ, в которой численные результаты для методов TBR сравниваются с данными экспериментов (Honeywell, 2013).

[YadiskFiles label=»Honeywell_TBR.pdf» href=»https://yadi.sk/i/VAkQA02bmEjLN» name=»Honeywell_TBR.pdf» size=»680.49 KB» path_hash=»74ab5fd8f0f8786bd122f7157bde41d6″ counter=»true»]

Перейдем непосредственно к постановке задачи в ANSYS CFX.

Читать далее

История исследования явления кавитации. Часть 2

Вначале пытались подойти к проблеме кавитации с точки зрения гидродинамики и принимали во внимание только внешние обстоятельства – скорость потока воды, давление в потоке и зависимость того и другого от времени. Позднее поняли, что необходимо также учитывать и физические условия в жидкости – температуру, плотность, поверхностное натяжение, вязкость. Эти факторы, каждый по-своему, влияют на процесс образования паровых пузырей, на их устойчивость и интенсивность воздействия с твёрдой поверхностью.

Одни из первых опытов с растяжением жидкости провели Бертелло (1850 г.), Рейнольдс (1885 г.), Вортингтон (1892 г.), Диксон (1909 г.) и Мейер (1911 г.). Бертелло и Диксон для этих целей использовали прямую стальную капиллярную трубку. Им удалось растянуть воду до 50 и 200 атм., соответственно. Вортингтон «растянул» этиловый спирт давлением в 17 атм. Рейнольдс вращал U-образную трубку с жидкостью и вызывал растяжение действием центробежных сил.

В 1932 году Ньютон Гейнес разработал акустический метод создания кавитационных пузырей c использованием магнитострикционного генератора. Метод оказался удачным и используется в лабораторных исследованиях до настоящего времени. Опыты Гейнеса показали, что после нескольких минут работы генератора торцовая поверхность никелевого стержня оказывалась повреждённой, а характер повреждений в точности напоминал обычные язвовидные кавитационные повреждения.

Особо важный вклад в понимание кавитации внес британский физик и Нобелевский лауреат Джон Уильям Стретт (лорд Рэлей), который занимался теоретическим изучением явления кавитации в период с 1908 по 1924 г. г.

В 1917 году Рэлей опубликовал статью, в которой на основе энергетического подхода рассмотрел случай захлопывания пустой полости в безграничном объеме жидкости под действием постоянного давления. Считая полость сферически симметричной и, исходя из условия, что кинетическая энергия движущейся жидкости равна работе, действующих на полость сил давления
equ01Рэлей определил скорость движения стенки полости в функции ее радиуса
equ02где ρ – плотность жидкости, R – радиус полости; P0 – внешнее давление, приложенное к полости.

Далее, рассматривая уравнение движения сферически симметричного потока
equ03и, используя граничное условие, что на стенке полости r = R, Рэлей получил выражение для максимального давления, возникающего при схлопывании пустой полости:
equ04Для  P0 = 10 атм. и  Rmax/R давление воды вне захлопывающейся сферы по расчетам Рэлея равно 5500 атм. Отметим, что работа Рэлея заложила теоретические основы изучения кавитации на многие годы вперед.

Читать далее