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Hallo Forum!

Gibt es eine Möglichkeit bei OpenFoam ein Enthalpiegefälle bzw. eine Enthalpiedifferenz über einer Turbine vorzugeben? Oder Enthalpie am Inlet und Outlet in bestimmter Höhe vorzugeben?

Solver ist rhoSimpleFoam.

Quasi die Enthalpie so wie eine BC angeben.

Viele Grüße,
Toni

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Enthalpy kann in Temperatur umgerechnet werden. dh = int (cp dT). FOAM rechnet mit der Temperatur die Enthalpie aus. Basierend auf deinem Thermodynamischen Modell entsprechend die Totale oder Internal  (https://cfd.direct/openfoam/energy-equation/)

Es gibt in der Foundation Version folgende Enthalpie RB die du in rho*Foam verwenden kannst:

Code:

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fixedUnburnedEnthalpy
mixedUnburnedEnthalpy
gradientUnbruntEnthalpy

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Die werden aber normalerweise in der Verbrennung verwendet und können nach inspektion der Source nur mit einem psiuReactionThermo Modell verwenet werden. Was gemacht wird ist recht einfach:

-> Hole Druck an jedem Face der Boundary
-> Hole Tu an jedem Face (Unburned Tempreature nehme ich an)
-> Berechne die Enthalpie mit p und T an jedem Face

Glaub aber nicht das es das ist was du suchst.
Das mit deinem Enthalpiegefälle ist mir übrigens noch nicht klar.

Grüße Tobi

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Viele Grüße,
Tobias Holzmann

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Hi Tobias!

Nee das klingt irgendwie nicht ganz danach wonach ich suche.

Also um es mal genauer zu beschreiben: Ich habe ja meine Turbine soweit am Laufen. Habe aber das Problem, dass das Turbinenrad anscheinend zu wenig Wärmeenergie in Rotationsenergie der Turbine umwandelt. D.h. mein ausströmendes Fluid ist nach der Turbine noch zu warm.

Deshalb hab ich gedacht, dass ich vielleicht die vorhandene Enthalpie des Fluids vor und nach der Turbine vorgeben kann und somit sich die passende Energieabgabe an der Turbine einstellt. Mein an der Turbine anliegendes Drehmoment ist nämlich noch zu niedrig. Das müsste dadurch ja steigen, so zumindest mein Gedankengang.

Vielleicht habe ich aber auch einfach gerade einen Denkfehler und vergesse oder verwechsle dabei irgendetwas.

Viele Grüße,
Toni

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Ich bin nicht so fit in deiner Thematik aber warum sollte die Wärme dein  Drehmoment erhöhen?

-> Meines Erachtens sollte das doch nur über den Impuls gehen. Dann wäre noch zu klären wie du dein Moment bestimmst (über Druckkräft?)
-> Wenn ja, dann wäre die Frage der Auflösung der Grenzschicht im Raum. Ich weiß das es vor allem bei Wärme- und Stoffübertragung sehr wichtig ist wie die Wandauflösung ist; `la viskose Unterschicht etc.

Und ja - wenn du Energie aus deinem System rausnimmst - was die Turboladerturbine macht, dann kühlt sich das System ab. Allerdings will ich darauf aufmerksam machen das du eine Rotationsgeschwindigkeit vorgibst, das ja normalerweise nicht der Fall ist. Eigentlich müsste aufgrund der Druckkräfte deine Sache anfangen zu rotieren. In wie weit das alles Einfluss auf dein System hat, kann ich dir so nicht sagen, da ich mich damit noch nicht wirklich beschäftigt habe.

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Viele Grüße,
Tobias Holzmann

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Guten Morgen Tobias!

Also da sich die spezifische Turbinenarbeit deltaH mit folgender Formel zusammensetzt:

deltaH = cp * (T3 - T4)

wobei cp Wärmekapazität, T3 Temp vor Turbine und T4 Temp hinter Turbine darstellt.

Kann mit der Formel P = mDot * deltaH die Leistung mit Hilfe des Massenstroms und der spezifischen Arbeit berechnet werden.

Darauf kann man mit Hilfe der Drehzahl das Drehmoment berechnen.

M = P / (2 * PI * n)

Deshalb größere Wärmedifferenz -> mehr Drehmoment.

Das einzige was mir in meinem jetztigen Netz fehlt sind Layer. Ich habe die Wandauflösung mit kleineren Zellen versucht darzustellen, da mit Layern mein Netz sehr fehlerbehaftet ist laut checkMesh. Mein Kollege meinte aber heute morgen schon, dass Layer vom Programm anders gerechnet werden als Zellen.

Könnte das also daran schon liegen?

Das mit der Rotation vorgeben hab ich mir auch schon gedacht, dass es vielleicht daran liegen könnte, aber laut https://energie.labs.fhv.at/Masterarbeiten/ETW13/Masterarbeit_Allgaier.pdf scheint es zu funktionieren, da er auch mit MRF gearbeitet hat und trotzdem ein Drehmoment herausbekommen hat.

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Grüße dich,

ich habe keine Zeit mich in deine Materie näher einzuarbeiten. Aber trotzdem ein paar Hinweise:

Bei deiner ersten Formel nimmst du wahrscheinlich eine mittlere Wärmekapazität oder, da die offizielle Definition der Enthalpie anders ist dh = int cp dT. Im Ingineurswesen nimmt man dann aber oft eine mittlere Temperatur (T3+T4)/2 und bestimmt dann cp(Tm) und nimmt das für die Berechnung. Übrigens du solltest ein kleines h nehmen, da du spezifische Größen hast. cp * dT = J/kg und nicht J.

Außerdem sagt dir das nur, dass ein heißeres Fluid mehr Energie besitzt die verwendet werden kann. T4 ergibt sich ja schließlich aus der  Tatsache das durch die Turbine Energie entzogen worden ist. Da wir die Masse nicht in Energie umwandeln (wir haben ja weder Kernfusion oder Spaltung), somit also mDot = konstant. Kann sich die Entnahme der Energie nur aufgrund einer Temperaturänderung merklich machen. Einfache Thermodynamik.

Daher stimm ich dir zu - Größere Wärmedifferenz -> Größere Energieentnahme was wohl möglich ein größeres Moment bewirkt bei sonst gleichen Bedingungen.

Das »Layer« anders gerechnet werden sollen ist mir was neues. Zumindest adhoc mit der Formulierung. Wahrscheinlich meint dein Kollege das die Turbulenzmodelle (sofern es das unterstützt), mit dem y+ Abstand prüft, ob eine Wandfunktion verwendet wird oder nicht. Hat aber trotzdem einen Großen Einfluss auf deine Ergebnisse, ob oder ohne und dann ist ja noch die Frage, ob das alles seine Gültigkeit besitzt.

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Viele Grüße,
Tobias Holzmann

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Guten Morgen Tobias!

Ich habe jetzt meinen Fehler gefunden. Es liegt nicht daran, dass zu wenig Wärme umgewandelt wird. Die Werte passen soweit ganz gut. Der Fehler sitzt, wie so oft, vor dem PC 

Ich habe ja ein Kennfeld zum vergleichen und dort habe ich jetzt einfach mal die Werte Druck vor Turbine und Temperatur nach Turbine mit dem Kennfeld verglichen und die passen soweit.

In dem Zug fiel mir auf, dass das Drehmoment im Kennfeld ganz anders berechnet wird, als das von OpenFoam ausgegebene. Also mit meinen Werten das mit der Formel aus dem Kennfeld berechnet UND ES PASST!!

Ich freue mich gerade wie ein kleines Kind an Weihnachten, dass meine Rechnung sogar sinnvolle Ergebnisse rausbringt! 

Vielen vielen Dank nochmal an Dich und auch an das Forum, ohne das ich die Fragen hier gar nicht hätte stellen können!

Schönes Wochenende und happy Foaming 

Viele Grüße,
Toni

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Grüß dich Toni,

freut mich zu hören. Hätte mir auch sofort auffallen müssen, dass die Momente von FOAM anders berechnet werden 

Freut mich auch, dass du dich wie ein kleines Kind freust.

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Viele Grüße,
Tobias Holzmann

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