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Redesign_Nummer1.zip Redesign_Vergleichsaufsatz.zip Redesign_Vergleichsaufsatz_U-Verteilung.png

Hallo liebe FOAMer,

ich möchte die Saugleistung einer Absauganlage untersuchen. Hierfür habe ich zwei verschiedene Absaugaufsätze (Redesign_Nummer1, Redesign_Vergleichsaufsatz) simuliert, welche ich später zu Vergleichszwecken experimentell validieren möchte. Das Hintergrundnetz sowie die Geometrie mit dem "nachgeschalteten, offenen Raum" nach dem Ansaugrohr habe ich mit Salome erstellt und anschließend mit snappyHexMesh vernetzt.
Als Solver kommt simpleFoam zum Einsatz und als Turbulenzmodell habe ich k-Omega-SST gewählt. Am Inlet sauge ich mit einer Eingangsgeschwindigkeit von 26 m/s.

Der Residuenplot hat bei beiden Simulationen gezeigt, dass das Ergebnis konvergiert. Allerdings macht mich die sehr hohe Maximalgeschwindigkeit von 127 m/s (~ 457 km/h!) für die Vergleichsgeometrie stutzig (Case-Aufbau bis auf die neue Geometrie komplett gleich zu Redesign_Nummer1).

Die vollständigen Cases und ein Bild des Post-Processings für das U-Feld der Vergleichsgeometrie findet ihr angehängt.

Habe ich trotz Konvergenz unrealistische Ergebnisse? Und wenn ja, habt ihr Verbesserungsvorschläge?

Folgende Randbedingungen habe ich für beide Simulationen gewählt:

k:

Code:

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dimensions      [0 2 -2 0 0 0 0];

internalField   uniform 1.5423;

boundaryField
{
    wall
    {
        type            zeroGradient;
    }
    inlet
    {
        type        turbulentIntensityKineticEnergyInlet;
    intensity   0.039;
    value       uniform 1.5423;
    }
    outlet
    {
       type            zeroGradient;
    }
    bottom
    {
        type            zeroGradient;
    }
   
}

---

nut:

Code:

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dimensions      [0 2 -1 0 0 0 0];

internalField   uniform 0;

boundaryField
{
    wall
    {
        type            zeroGradient;
    }
    inlet
    {
        type            calculated;
        value uniform 0;
    }
    bottom
    {
        type            zeroGradient;
    }
    outlet
    {
        type            calculated;
        value           uniform 0;
    }
   
}

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omega:

Code:

---

dimensions      [0 0 -1 0 0 0 0];

internalField   uniform 710.48;  

boundaryField
{
    wall
    {
        type            zeroGradient;
    }
    inlet
    {
        type            fixedValue;
        value $internalField;
    }
    bottom
    {
        type            zeroGradient;
    }
    outlet
    {
        type            zeroGradient;
    }
   
}

---

p:

Code:

---

dimensions      [0 2 -2 0 0 0 0];

internalField   uniform 0;

boundaryField
{
    outlet
    {
        type            fixedValue;
        value           uniform 0;
    }
    bottom
    {
        type            zeroGradient;
    }
    inlet
    {
        type            zeroGradient;
    }
    wall
    {
        type            zeroGradient;
    }
   
}

---

U:

Code:

---

dimensions      [0 1 -1 0 0 0 0];

internalField   uniform (0 0 0);

boundaryField
{
    outlet
    {
        type            inletOutlet;
        inletValue      uniform (0 0 0);
        value           uniform (0 0 0);
    }
    bottom
    {
        type            noSlip;
    }
    inlet
    {
        type            surfaceNormalFixedValue;
        refValue        uniform 26;
    }
    wall
    {
        type            noSlip;
    }
}

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Vielen Dank schon mal im Voraus für eure Hilfe und Zeit!

Liebe Grüße,

Deniz

[Diese Nachricht wurde von DC7 am 01. Dez. 2021 editiert.]

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Hallo Deniz,

- simpleFoam hat keine Zeitableitung --> deltat bitte auf 1 setzen (hat keinen Einfluss auf die Rechnung)
- Ich hab 39 m/s für dein Optimierungsfall passt
- Die hohen Geschwindigkeiten bei der Vergleichsgeometrie is natürlich auch korrekt, was erwartest Du denn?

Ich weiß zwar nicht welche Ansauggeräte dahinter stecken aber mit eine U-FixedValue am Inlet zu arbeiten, macht für mich nicht so wirklich Sinn. Der gegendruck kann dann gegen unendlich gehen und Du saugst trotzdem weiter an.
Wenn Du dein Rohr noch kleiner machst, dann hast halt noch höhere Geschwindigkeiten (simple -> Bernoulli)...

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Glück Auf,
Tobi

OpenFOAM® Community - Knowledge Base

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MessfeldStreamlinesRedesign_Nummer1.png MessfeldStreamlinesVergleichsaufsatz.png

Hallo Tobi,

erst mal vielen Dank für deine schnelle Antwort!

Da es sich um einen stationären Fall handelt, kann man den Zeitschritt auf 1 setzen, gebe ich dir Recht 

Zitat:

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Ich hab 39 m/s für dein Optimierungsfall passt

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Meinst du damit die U_max für die Geometrie Redesign_Nummer1? Meine Simulation spuckt 42,8 m/s aus, aber ich habe aus Ungeduld die Sim nach 50 Iterationen abgebrochen. Ich nehme an du hast solange gerechnet bis die Abbruchkriterien eingetroffen sind oder meinst du damit was ganz anderes?

Zitat:

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Die hohen Geschwindigkeiten bei der Vergleichsgeometrie is natürlich auch korrekt, was erwartest Du denn?

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Dass sich die Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der Querschnittsverengung erhöht, hatte ich schon auch erwartet. Nur hat mich die letztliche Höchstgeschwindigkeit verunsichert, da mir das sehr hoch vorkam. Aber wenn an den Randbedingungen und den fvSchemes und fvSolution-Files nichts auszusetzen ist, dann sollte es ja so hinhauen :)

Zitat:

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Ich weiß zwar nicht welche Ansauggeräte dahinter stecken aber mit eine U-FixedValue am Inlet zu arbeiten, macht für mich nicht so wirklich Sinn.

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Der simulierte Aufsatz wird am Ende an einem Rohr angebracht, welches wiederum an einer Absauganlage hängt. Am Rohrende (also der späteren Verbindungsstelle zwischen Rohr und Aufsatz) hab ich mit einem Anemometer eine Luftgeschwindigkeit von 26 m/s gemessen. Und da kontinuierlich gesaugt wird hab ich diesen Wert als fixedValue an meinem Inlet angenommen. Welche Randbedingung würde für dich am Inlet mehr Sinn machen?

Letztendlich möchte ich die Ergebnisse der Simulation mit einer Geschwindigkeitsmessung außerhalb der Geometrie "im offenen Raum" validieren und im Anschluss die optimale Geometrie nur noch anhand Simulationen verschiedener Geometrien ermitteln. Dafür "schneide" ich in Paraview die Streamlines bei einem bestimmten Uy (in den angehängten Beispielbildern 10 m/s) ab und vergleiche dann den Abstand von Austritt bis zum Ende der Streamline mit Uy = 10 m/s für die Simulation und den Realfall. Soweit mal der Plan, um ein besseres Verständnis für meinen Anwendungsfall zu vermitteln 

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Randbedingung am Inlet muss immer ein Druckgradient sein. Das Absauggerät ist nichts anders als ein Lüfter der nach einer Förderkennlinie arbeitet. Also Druckgradient als Funktion des Volumenstromes und dann würden evtl. auch keine 129 m/s an der Drosselstelle auftreten, da der Druckgradient bei weitem die Förderkennlinie übersteigt.

Elegante Lösung wäre eine FAN Zone mit einer Förderkennlinie, denn muss man nicht aufwendig nach einer richtigen Lösung bei Übereinstimmung des Druckgradienten mit dem Volumenstrom suchen.

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Duke   nicht alles gleich verraten.  

Aber ja, alles korrekt was Duke sagt bis auf die Nomenklatur. Du musst nicht mit Durckgradienten am Inlet arbeiten sondern was er meint ist, dass Du druck-basiert rechnest anstatt eine definierte Geschwindigkeit vorgeben. Wenn Du den Querschnitt bspw irgendwo auf 0.1 mm² reduzieren würdest, dann ziehst Du trotzdem mit deiner FixedValue den entsprechenden Massenstrom am Inlet aus Deiner Domain und dieser muss durch diese 1mm² Öffnung --> U geht halt dann auf Werte die einfach nicht möglich sind. Entsprechend musst Du mit Druck-Randbedingungen rechnen. Ich ergänze Duke noch, da man nicht mit einer faceZone arbeiten muss. Für solche Zwecke gibts nämlich die:

Code:

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p BC -> fanPressure

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Alternativ, wenn keine Kurven vorliegen: Du kannst mit Deinem ersten Case den Druck am Inlet ausrechnen. Da du am Outlet einen konstanten Wert hast, kann man dann folgendes machen:

• Druck inlet fixedValue auf berechnetem Wert
  
• Druck outlet totalPressure = 0 
  
• Velocity outlet = pressureInletOutletVelocity
  
• Dann den Case nochmals rechnen lassen
  

Hier müssten dann der gleiche Volumenstrom durch das Inlet gehen wie mit deinem ersten Case --> U = fixedValue (gegenprüfen). Das Geschwindigkeitsfeld kann ggf. etwas anders sein weil das Setup jetzt physikalischer ist. Sollten die Volumenströme passen, und das sollten se, kannst Du Deine Randbedingungen belassen und die Geometrie ändern: Da Du einen höheren Druckverlust an der Querschnittsverengung hast, sollten jetzt kleinere Volumenströme rauskommen. Die Geschwindigkeit an der kleinsten Querschnittsstelle kann natürlich höher sein (und sollte auch) im Vergleich zum anderen Case. Allerdings nicht im Bereich von Ma ~ 0.3 

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Glück Auf,
Tobi

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