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Guten Abend,
es ist erst Mal etwas sehr Grundlegendes:
ich beschäftige mich derzeit mit der Strömungsmechanik in Kapillarrohren.
Im ersten Schritt meiner Arbeit wollte ich die Druckverluste bei Richtungsänderungen, also Umlenkverluste, bei Strömungsvorgängen in Kapillarrohren betrachten.
Hierzu betrachte ich erst ein gerades Rohr mit einer Länge von 1000 m und einem Durchmesser von 2,8 mm.
Dieses krümme ich dann in der Mitte in einem Winkel von 60°, sodass ein "Knie" entsteht.
Nach Franke gibt es die Verlustbeiwerte Zetta, welche in Abhängigkeit des Umlenkwinkels den Verlustbeiwert darstellen.
Dieswer steigt mit zunehmendem Winkel.
Ich habe diese Situation mit Ansys modelliert und bekomme folgende Ergebnisse.
Druckverlust gerades Rohr ist größer, als der des gekrümmten Rohrs. (Der Volumenstrom beträgt 10 kg/h)
delta P (gerade): 16900 Pa
delta P (gekrümmt): 18700 Pa

Irgendwie ist das unlogisch oder?
Gelten denn die Tabellen von Franke oder Idelcik oder sonstige bei sehr kleinen Kapillarrohren?

Ich würde mich über eine Antwort freuen.

Gruß, Martin

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Hallo,

wenn alles richtig modelliert wurde und auch entsprechend gut vernetzt wurde ist das in der Tat unlogisch.
Ich würde allerdings nie ein Modell aufbauen mit 1.000.000 mm Länge zu 2,8 mm Durchmesser, da explodiert mein Rechner.
Ich hätte ein Teilstück von 20 oder 50 mm gerechnet und den Druckverlust dann auf den 1 km länge hochgerechnet. Zudem sollte man nicht gleich am Einlass messen sondern dort wo sich das Strömungsprofil voll ausgebildet hat minus den Auslass.
Bei dem Boden würde ich ähnlich vorgehen, denn Bogen mit einer bestimmten Strecke davor und dahinter und dann die Druckverluste pro Längeneinheit aus der ersten Simulation für die geraden Abschnitte abziehen. Auch hier darauf achten das man erst dort misst wo sich das Strömungsprofil voll ausgebildet hat.

Viele Grüße

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CADFEM GmbH
M.Eng. Christian Jensch
Berechnungsingenieur
Professional Development
Tel: +49 (0)371-334262-22
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Netzeigenschaften.PNG Vernetzung.PNG

Hallo,

vielen Danke für die Antwort.
Es war mein Fehler: es sind 1000 mm.
Ich habe bei dem Modell eine Netzgröße von 0,0005 m, also einem halben mm gewählt.
Haben Sie noch verbesserungsvorschläge?
Grüße, Martin

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haben Sie an die Grenzschichtauflösung gedacht?
Stichwort: Prismenschichten

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Zitat:

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Ich würde allerdings nie ein Modell aufbauen mit 1.000.000 mm Länge zu 2,8 mm Durchmesser, da explodiert mein Rechner.

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Warum, was ist das für ein krasser Rechner der explodiert?
Ich dachte ihr Jungs seid im CADFEM Haus gut ausgerüstet?

Bei einer Elementgröße von 0,1 mm und einen Seitenverhältnis von 150 (kein Problem für Fluent) wären es 98.600.000 Elemente, benötigter Ram ab ~ 210 GB.
Das sollte doch für ein Systemhaus CADFEM kein Problem darstellen, 256 GB RAM ist jetzt auch nichts ungewöhliches.

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Ja und Nein
Bei uns gibt es 3 Instanzen
Laptop - Blade - Cluster
Laptop -> "explodiert"
Blade -> grenzwertig aber machbar
Cluster -> kein Problem aber wenn jeder der ca. 80-90 Techniker solch eine Rechnung startet wird es auch eng ;-)

Zwischen den Zeilen möchte ich damit sagen, dass man sich bitte vorher Gedanken zum Modellaufbau machen sollte. Kann man Symmetrie ausnutzen, muss man den ganzen Weg rechnen oder reich ein Teil davon. Man sollte nicht vergessen das in der CFD immer eine Netzstudie durchgeführt werden sollte, Elementgröße halbieren und noch mal Rechnen. Ergebnisse vergleichen und auswerten. Die Netzstudie hätte ich sogar nur in 2D gemacht.

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Netzstudie, ziemlicher Luxus da freut sich der Stromanbieter, und der verägerte Kunde der ewig warten muss, vor allem bei technisch relevanten Sachen wie CW Wert Ertmittlung einer Karosse mit 44 - 109 Mio. Elementen.

Man sollte sich schon vorher Gedanken bezüglich des Netzes machen und nicht bei einer Auswertung.

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Richtig! Für y+ und andere dimensionslose Kennzahlen gibt es entsprechende Formeln um die Vernetzung schon vor der ersten Rechnung sehr gut einzustellen. Besonders wenn man seine ersten Schritte mit CFD macht gehört dennoch die Absicherung der Ergebnisse dazu.

Wenn man oft ähnliche Rechnungen und Modelle hat kann man dann auch gleich die Einstellungen vom letzten Projekt verwenden.
Bei uns beispielsweise kommt das selten vor, daher ist die Netzstudie im QM verankert.

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FFF-12.1.jpg analytisch.PNG

Zurück zu meinem Kapillarrohr 

Ich muss zugeben, dass ich etwas an den Grundlagen verzweifel.
Ich versuche mittels einer anlytischen Berechnung die nummerische zu kontrollieren.

Aber in dem Modell komme ich auf fast einem 2,5-fachen Druckverlust gegenüber der analytischen Lösung.
Ich habe mal beide Ergebnisse angehängt.
Druckverlust FE: 4500 Pa
Druckverlust händische Rechnung: 1700 Pa

Die Netzqualität ist völlig ausreichend.

wo ist der Denkfehler?

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Mein Modell hat 1719 Pa Druckverlust ergeben
- Fluent mit Double Precision starten
- Wasser mit den entsprechenden Materialeigenschaften erstellen und der Cell Zone zuweisen
- Massflow Inlet mit 0.0024945 kg/s normal zur Fläche erstellen
- Wall mit no slip
- Outlet mit 0 Pa
Laminar ist Default
Initialisieren
Solve

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Danke fürs Nachrechnen!
Haben Sie das Modell noch und sie könnten es mir zukommen lassen?

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RohrFluent.zip

Die Beispiel ist dem Post angehangen
Version 2019R3

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Vielen Dank.
Hoffentlich letzte Bitte: ich habe leider nur die Version R2 zu Verfügung...

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Zitat:

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Die Netzqualität ist völlig ausreichend.

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Ja merkt man. 0,5 mm ist alles andere als ausreichend ohne Inflation Layer.

Wie wäre es mal mit Grundlagen?

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deltap_Dokument1.pdf

Hallo Martin;

zunächst kann ich deine analytische Lösung bestätigen.
Mit meinem (selbst erstellten) Programm berechnet und dessen Werte sich in div. Projekten mittels Referenzmessung bestätigt haben (s. Anhang), ergeben sich vergleichbare Werte.

Hier zeigt sich wieder einmal:
Erst PI x Daumen; dann FEM, CFD, etc.

Somit kann ich das von Christian vorgeschlagene Vorgehen absolut unterstützen:
Zitat Anfang
Mein Modell hat 1719 Pa Druckverlust ergeben
- Fluent mit Double Precision starten
- Wasser mit den entsprechenden Materialeigenschaften erstellen und der Cell Zone zuweisen
- Massflow Inlet mit 0.0024945 kg/s normal zur Fläche erstellen
- Wall mit no slip
- Outlet mit 0 Pa
Laminar ist Default
Initialisieren
Solve
Zitat Ende

Wäre schön, wenn du im Nachhinein noch Bilder der finalen numerischen Analyse posten würdest.

Beste Grüße
Michael

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RohrFluent2019R2.zip

Hallo,
das Modell in 2019R2
das Netz ist etwas feiner, die anderen Einstellungen aber gleich

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1.PNG 2.PNG

Hallo Michael,

danke für deine Berechnung die ich so nachvollziehen kann.
Nichtdestotrotz habe ich bei meiner Simulation für das 60° Knie noch immer ein Abweichung. Der Druckverlust beträgt 250 Pa und nicht 50 Pa. Ich halte die 50 Pa auch nicht für sehr realistisch, das sind etwa nur 3 % Druckverlust...

Grüße, Martin

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Hallo,

herzlichen Dank für das Modell. Mein Fehler war wohl das Vernetzen...
Aus eigenem Interesse würde ich gerne noch wissen wollen, wieso es so extreme Abweichungen gibt, wenn turbulente Strömungen vorliegen?
Ich ändere bei höheren Reynoldszahlen das Modell zu einem k-epsilon Modell.
Beispiel:
massflow 1 kg /s
analytisch: 17.000 Pa
nummerisch: 36900-30 = 36.870 Pa
...

Zitat:

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Original erstellt von cjensch:
Hallo,
das Modell in 2019R2
das Netz ist etwas feiner, die anderen Einstellungen aber gleich

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Stroemung_Grundlagen.png

Hallo,

an dieser Stelle muss ich darum bitten sich mit den Grundlagen der Strömungslehre und Strömungssimulation zu beschäftigen. Mir wurden im Studium die nebenstehenden Bücher für "Fluid Dynamics" empfohlen.
Für die theoretischen Grundlagen kann ich auch noch dieses empfehlen: "The Finite Volume Method in Computational Fluid Dynamics" von Moukalled

Viele Grüße

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