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Hallo zusammen,
für eine Projektarbeit muss ich mit Hilfe einer Strömungssimulation feststellen, bis zu welcher Fließgeschwindigkeit ein realer Druck gemessen werden kann. Der Aufbau sieht dabei wie folgt aus:
Einlass mit geringem Durchmesser (z.B. 80mm)
Aufweitung auf einen größeren Durchmesser (z.B. 150mm)
Bohrung zur Druckentnahme im Rohr mit größerem Durchmesser (z.B. 7mm Bohrung mit 300mm Abstand zum Einlass)
Eine Druckregeleinheit befindet sich in der Realität vor dem hier betrachteten Einlass, diese wird allerdings nicht simuliert. Die Aufgabe ist nun festzustellen, wie schnell das Fluid fließen darf, bis der Druck an der Messstelle (Bohrung) aufgrund eines Unterdrucks variiert. Dabei ist vorgegeben, wie hoch der Druck im Einlass und im Rohr sein soll (z.B. 80mbar, geregelt durch die Druckregeleinheit und den gemessenen Druck an der Messstelle (Bohrung))
Geometrie und Mesh sind kein Problem, jedoch bin ich mir bei den BCs unsicher. Bei einem Velocity Inlet und Pressure outlets (Messstelle und Ende des betrachteten Rohrabschnitts) erhalte ich  bei den Ergebnissen leider sehr abweichende Werte. Beispielsweise habe ich an keiner Stelle des Rohres den am Inlet eingestellten Druck und auch mit Hilfe von Messpunkten oder Calculation Funktions erhalte ich unplausible Werte.

Meine Frage ist jetzt, ob jemand eine Idee oder Anastz hat, um die Vorgehensweise sinnvoller zu machen. Wie erwähnt, bin ich mir bei den BCs sehr unsicher und wäre über einen Hinweis oder Ratschlag sehr dankbar.

Schonmal vielen Dank! 

[Diese Nachricht wurde von TarekDe am 24. Jul. 2023 editiert.]

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Der Druck am Inlet wird bei einem konstanten Volumenstrom als Randbedingung berechnet und gleicht sich nur mit der Messung wenn in der Simulation die Geometrie inkl. Rauhigkeit und Imperfektionen übereinstimmt. Zu beachten ist auch das bei einer Randbedingung am Strömungseingang ohne Profil noch kein Strömungsprofil vorliegt, was nicht der Messung innerhalb eines Rohrabschnittes entsprechen würde. Entweder hier ein Strömungsprofil definieren oder ein Behilfsrohr was außerhalb des Beobachtungsraumes zuerst dieses Strömungsprofil ausbilden kann.
Man sollte niemals an einer Randbedingung auswerten, was man aber mit dem Druckgradient am Inlet tuen würde. Der Druckgradient sollte nur im Boabachtungsraum z.B. über eine separate Querschnittsfläche ausgewertet werden. 

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Danke für deine Antwort!
Wenn ich dich richtig verstehe, könnte ich also einen Volumenstrom am Inlet vorgeben, den ich mit dem gewünschten Druck per Hand separat berechne. Um das Strömungsprofil auszubilden würde ich einfach das gleiche Rohr verwenden, jedoch den Beobachtungsraums verschiedene, sodass ich erst ab einer gewissen Stelle des Rohres die Strömung bzw. den Druck betrachte. Die BC für den Auslass würde ich nun nach etwas Recherche als outflow wählen, da die genauen Parameter dort nicht bekannt sind. Auch hier würde ich den Druck nicht direkt am Auslass, bzw. an der Randbedingung messen, sondern etwas davor, damit ich nicht anhand der BC auswerte.

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Pressure Outlet setzt immer einen Ausgangsdruck als Randbedingung. Für gewöhnlich 0, also Umgebungsdruck. Falls diese Messgröße hier nicht bekannt ist, kann ebenfalls ein Behilfsrohr mündent in einem großen Volumen modelliert werden. Das große Behilfsvolumen sollte dann an allen Flächen als Pressure Outlet definiert werden.
In den meisten Fällen bezüglich Rohrströmung wird aber so ein Behilfsvolumen nicht benötigt und es reicht ein Pressure Outlet am Behilfsrohr.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 25. Jul. 2023 editiert.]

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Danke für die Info!
Ich habe das System nun einmal mit verschiedenen Inlet-Boundaries simuliert (Velocity-Inlet, mass-flow-inlet, pressure-inlet). Als outlet habe ich wie empfohlen, ein Pressure-Outlet mit Gauge Pressure 0Pa gewählt. Leider habe ich nun das Problem, dass bei allen diesen Varianten der Druck 0Pa anstrebt und diesen nach einigen Iterationen erreicht. Gemessen habe ich den Druck  mit Hilfe von Messpunkten (Surfaces) und Report-plots über den statischen Druck an diesen Messpunkten. Die Punkte liegen nicht direkt in den Rändern, sondern befinden sich im Betrachtungsraum, sodass vermieden wird, das man mit den BCs auswertet und/oder sich das Strömungsprofil noch nicht ausgebildet hat.

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Zitat:

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...dass bei allen diesen Varianten der Druck 0Pa anstrebt und diesen nach einigen Iterationen erreicht.

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na, da macht doch die Simulation genau was du Vorgegeben hast.
Meist wird ja nie das ganze Rohrsystem Simuliert sondern nur ein Ausschnitt. Also wenn bei dir am Outlet in der Realität noch weitere Rohrabschnitte verbaut sind hast du dort keine 0Pa vorliegen. Du kannst entweder hier einen Messwert vorgeben oder du betrachtest nur dein Rohrabschnitt relativ und addierst später den Offset dazu.

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Ah stimmt, was ein dummer Denkfehler! Danke!!
In der Realität hängt hinter dem betrachteten Abschnitt noch sehr viel Leitung und andere Anlagen, bei denen der Druck vorgeben ist. Diesen Druck werde ich jetzt mal im Outlet angeben und in der Theorie müsste ich dann ja bei sehr hohen Geschwindigkeiten an der Messtelle, bzw. der Bohrung für meine Druckmesseinheit einen geringeren Druck angezeigt bekommen als im Ein-und Auslass (durch den entstehenden Unterdruck).

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Am einfachsten dürfte es hier sein ein Pressure Outlet von 0 zu definieren und einfach die Druckdifferenzen im Beobachtungsraum auszuwerten. Das wäre übersichtlicher, vermeidet Rundungsfehler, vor allem kann man anhand des Wertes 0 erkennen ob das Mesh ausreichend ist. Umso schlechter das Mesh ist, umso größer die Abweichung des angestrebten homogenen Wert 0 am Pressure Outlet.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 27. Jul. 2023 editiert.]

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Meinst du an der Messstelle, bzw. der dafür vorgesehenen Bohrung?
Das normale Outlet habe ich jetzt mit dem Druck, der in der Realität in der Leitung herrscht, modelliert und erhalte nun sinnvoller weise schonmal diesen Druck überall in meinem System. Die Bohrung, in der in der Realität der Drucksensor verbaut ist, bzw. in der der Druck abgenommen wird, habe ich derzeit als 7mm Bohrung mit 10mm Länge und dann komplett als Wall abgebildet. Das habe ich mir so gedacht, da in der Realität ja kein Massenstrom an dieser Stelle austritt. Gucke ich mir jedoch nun den Druck dort an, ist dieser ebenfalls konstant und so groß wie im Rest des Systems. In der Realität müsste der dort gemessene Druck jedoch ab einer gewissen Strömungsgeschwindigkeit auf Grund des Unterdrucks vom Druck des Systems abweichen. (Messpunkt befindet sich in der Bohrung und sozusagen minimal "außerhalb" des Rohres)

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