CFD Module
Das Interface Euler-Euler Modell, Turbulente Strömung
Mit Version 5.1 wurde ein neues Interface für turbulente disperse Zweiphasen-Strömungen eingeführt. Mit dem Interface Euler-Euler Modell, Turbulente Strömung können große Werte für das Verhältnis aus Partikelrelaxationszeit und Durchschnittsströmungs-Zeitskalen gehandhabt werden. Dies impliziert, dass die Partikel in der dispersen Phase nicht im lokalen Gleichgewicht mit der kontinuierlichen Phase sein müssen. Der Vorteil des Euler-Euler-Zweiphasen-Strömungsmodells ist, dass es für große Dichtedifferenzen zwischen der dispersen und der kontinuierlichen Phase geeignet ist. Große Dichtedifferenzen treten beispielsweise bei in Luft verteilten Feststoffteilchen auf.
In diesem Interface wird die Turbulenz mit dem k-ε-Standardturbulenzmodell und den Realisierbarkeitszwangsbedingungen modelliert. Das Interface bietet auch Optionen zur Lösung eines Satzes von k-ε-Gleichungen für Gemische (Zwei-Phasenturbulenz ist auf Mischung eingestellt). Weiterhin können zwei Sätze von k-ε-Gleichungen gelöst werden (ein Satz pro Phase; Zwei-Phasenturbulenz ist auf Phasenspezifisch eingestellt). Standardmäßig wird die erste Einstellung angewendet.
Simulation einer Blasensäule mit dem Interface "Euler-Euler Modell, Turbulente Strömung". Die Darstellung zeigt die disperse Phase (Isokontur-Plot), die Geschwindigkeit der kontinuierlichen Phase (Pfeil-Plot) und die kinetische Turbulenzenergie des Gemisches (Schichtfarben-Plot).
Simulation einer Blasensäule mit dem Interface "Euler-Euler Modell, Turbulente Strömung". Die Darstellung zeigt die disperse Phase (Isokontur-Plot), die Geschwindigkeit der kontinuierlichen Phase (Pfeil-Plot) und die kinetische Turbulenzenergie des Gemisches (Schichtfarben-Plot).
Kopplung einer turbulenten Strömung an ein poröses Medium
Mit den Einphasen-Strömung-Interfaces kann nun eine turbulente Strömung in einem freien Medium, das mit einem porösen Medium gekoppelt ist, modelliert werden. Sie können diese Funktionalität aktivieren, indem Sie einen Fluid- und Matrixeigenschaften-Gebietsknoten für ein algebraisches yPlus- oder L-VEL-Turbulenzmodell hinzufügen. Diese Turbulenzmodelle stehen nur im CFD Module und im Heat Transfer Module zur Verfügung, können jedoch mit Strömung in porösen Medien-Interfaces anderer Module gekoppelt werden.
Sie können entweder mit einem Interface für Strömung in porösen Medien beginnen und ein freies Strömungsgebiet hinzufügen oder mit einem Interface für freie Strömungen beginnen und ein poröses Gebiet hinzufügen. Durch Aktivieren des Kontrollkästchens Poröse Medien-Gebiete aktivieren wird die Funktion Fluid- und Matrixeigenschaften hinzugefügt. Für die porösen Bereiche werden die Brinkman-Gleichungen gelöst, und für die Bereiche mit freien Strömungen werden die RANS-Gleichungen (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) gelöst.
Weiterhin wurden die Gleichungen für Strömungen in porösen Medien um den Forchheimer-Ausdruck erweitert. Mit diesem Ausdruck können Sie hoch-interstitielle Geschwindigkeiten (d. h. hohe Geschwindigkeit in Poren) beschreiben.
In dieser Abbildung wird ein poröses Filter dargestellt (am weitesten entfernt vom Betrachter), das von einer perforierten Platte gehalten wird. Die Auswirkungen des porösen Filters und der Perforationen in der Halterungsplatte auf die turbulente Strömung durch das Filter werden im Strömungs-Interface automatisch berücksichtigt.
In dieser Abbildung wird ein poröses Filter dargestellt (am weitesten entfernt vom Betrachter), das von einer perforierten Platte gehalten wird. Die Auswirkungen des porösen Filters und der Perforationen in der Halterungsplatte auf die turbulente Strömung durch das Filter werden im Strömungs-Interface automatisch berücksichtigt.
Kapillardruck im Interface Zwei-Phasen Darcy-Gesetz
Einer der relevanten Ausdrücke für Zweiphasen-Strömungen in porösen Medien ist der Kapillardruck. Dieser Druck wird von der durchschnittlichen Kraft bestimmt, die erforderlich ist, um die Grenzschicht, die die beiden Fluide trennt, durch den porösen Bereich zu bewegen. Diese Kraft wirkt der Grenzflächenspannung zwischen den beiden Phasen entgegen. Die Option für den Kapillardruck kann nun im Abschnitt Kapillarmodell des Interfaces Zwei-Phasen Darcy-Gesetz festgelegt werden. Es stehen die Kapillardruckmodelle van Genuchten und Brooks und Corey zur Verfügung, und Sie können Ihr eigenes Modell definieren.
Zweiphasen-Strömung in einem porösen Filter, das zwischen zwei perforierten Platten liegt. Der Farbplot zeigt die Wassersättigung, und die Stromlinie veranschaulicht die Gemisch-Gesamtströmung.
Zweiphasen-Strömung in einem porösen Filter, das zwischen zwei perforierten Platten liegt. Der Farbplot zeigt die Wassersättigung, und die Stromlinie veranschaulicht die Gemisch-Gesamtströmung.
Neue Einlass- und Auslassfunktionen für die Interfaces Blasenströmung und Mischungsmodell
Wenn im Interface Mischungsmodell die Mischung, Randbedingung auf Geschwindigkeit eingestellt wurde, steht für die Funktion Einlass/Auslass nun die Option Normale Einström-/Ausströmgeschwindigkeit zur Verfügung (zusätzlich zur Option Geschwindigkeitsfeld).
Die neuen Randbedingungen verbessern die Stabilität bei der Lösung des Vergleichsmodells für einen Airlift-Kreislaufreaktor.
Die neuen Randbedingungen verbessern die Stabilität bei der Lösung des Vergleichsmodells für einen Airlift-Kreislaufreaktor.
Druckbedingung
Die Einlassfunktionen der Interfaces Blasenströmung und Mischungsmodell wurden um eine neue Druckbedingung erweitert. Weiterhin ist eine Option zur Rückflussunterdrückung verfügbar, und Sie können zwischen der normalen Strömungsrichtung und einer benutzerdefinierten Strömungsrichtung auswählen. Mit der neuen Druckbedingung wird die Normalspannung an der Grenze festgelegt. Diese Bedingung ist stabiler als die früher verwendete Bedingung Pressure/No viscous stress.
Bedingungen Rückströmung unterdrücken und Äußere disperse Phase/Gas Bedingung
Die Interfaces Blasenströmung und Mischungsmodell wurden um eine neue Auslass-Druckbedingung erweitert, die über Optionen zur Unterdrückung des Rückflusses und der normalen Strömung verfügt. Auch wenn die Option zur Unterdrückung des Rückflusses aktiviert ist, ist es nicht immer möglich, den Rückfluss auf der gesamten Grenzfläche zu unterbinden. Aus diesem Grund wurden die Auslassfunktionen um Optionen Äußere disperse Phase/Gas Bedingung erweitert. Zu den Optionen gehört ein Eingabefeld für Volumenanteil disperse Phase/Effektive Gasdichte. Weiterhin kann die Teilchendichte angegeben werden. Auf die Randbedingung für disperse Phase/disperses Gas wird eine Discontinuous-Galerkin-Formel angewendet, um von einer Auslassbedingung für disperse Phase/disperses Gas auf eine entsprechende Konzentrationsbedingung für die Teile des Auslasses, an dem ein Rückfluss auftritt, umzuschalten.
Beispiel für eine Gemisch-Staupunktströmung, für die der Volumenanteil für die äußere disperse Phase auf null gesetzt wurde.
Beispiel für eine Gemisch-Staupunktströmung, für die der Volumenanteil für die äußere disperse Phase auf null gesetzt wurde.
Perforationen für Dünnfilmströmung
Für die Dünnschichtdämpfung steht eine neue Perforationsfunktion zur Verfügung, mit der die Dünnschichtströmung in Strukturen mit Perforationen modelliert werden kann. Mit der Perforationsfunktion wird eine Senke für Gase gebildet, die proportional zum Umgebungsdruck und zur Druckdifferenz ist, und zwar in Bezug auf den Umgebungsdruck auf der anderen Seite der perforierten Oberfläche. Die Proportionalitätskonstante wird als Perforationsadmittanz (Y) bezeichnet und kann direkt definiert oder aus dem Bao-Modell abgeleitet werden.
Funktion für Bewegungen außerhalb der Ebene für die Grenzströmungs-Randbedingung
Für die Randbedingung für Grenzflächen-Dünnschichtströmungen steht eine neue Option zur Verfügung. Wenn die Option Bewegung aus der Ebene heraus als Grenzflächenströmungstyp ausgewählt wird, wird der Druckgradient an der Grenze mit dem Gallis-und-Torczynski-Modell berechnet. Die Ergebnisse dieses Modells weisen eine gute Überstimmung mit den Ergebnissen von umfassenden CFD- und Monte Carlo-Simulationen auf, bei denen der Dünnschicht-Strömungsbereich und das umgebende Gas modelliert werden. Das Modell kann auf dünne und nicht dünne Strömungen bis zu einer Knudsen-Zahl von ca. 1 angewendet werden.
Pseudo-Zeitschrittverfahren für das Euler-Euler-Modell
Die Euler-Euler Modell-Interfaces unterstützen nun das Pseudo-Zeitschrittverfahren, das die Berechnung von stationären Modellen wesentlich vereinfacht, insbesondere bei turbulenten Strömungen. Die Einstellungsoptionen finden Sie auf Interface-Ebene im Abschnitt Erweiterte Einstellungen.
Gebiete mit infiniten Elementen im Interface Darcy-Gesetz
Das Interface Darcy-Gesetz unterstützt nun Gebiete mit infiniten Elementen und bietet fortschrittliche Berechnungsverfahren für Flüsse an Rändern.