CFD Module
Neues Interface für mehrphasige Strömungen: Drei-Phasen-Strömungs, Phasenfeld
Mit dem neuen Interface Drei-Phasen-Strömungs, Phasenfeld können Sie die Strömung und Wechselwirkung von drei verschiedenen nicht vermischbaren Fluiden modellieren, wenn Sie die genauen Positionen der Grenzflächen, die die Fluide voneinander trennen, ermitteln müssen. Das zu untersuchende Phänomen wird auch als separierte Strömung mit Oberflächenpositionsbestimmung bezeichnet. Die Fluid-Fluid-Grenzflächen werden mit einer Formel für ternäre Phasenfelder bestimmt. Mit der Formel werden Fluiddichten- und Fluidviskositätsunterschiede berücksichtigt und die Effekte der Oberflächenspannung einbezogen. Die Phasenfeldmethode kann auf sich bewegende Berührungslinien an Hafträndern angewendet werden.
In dem Beispiel rechts steigt eine Gasblase auf (die graue Fläche stellt die Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche dar). Die Blase steigt von einer Schicht mit einer schweren Flüssigkeit in eine Schicht mit einer leichteren Flüssigkeit auf (die blaue Fläche stellt die Flüssigkeits-Flüssigkeits-Grenzfläche dar). Ein Teil der schweren Flüssigkeit wird in der Wirbelzone der Gasblase mitgerissen und in die leichtere Flüssigkeit transportiert. Dieser Anteil der schweren Flüssigkeit sinkt dann in Richtung der Flüssigkeits-Flüssigkeits-Grenzfläche. Ein Flächenplot (Regenbogen-Flächenplot) des Geschwindigkeitsbetrags über einen zentralen Querschnitt wird auf die rückseitige Behälterwand projiziert, um die Visualisierung der Flüssigkeits-Flüssigkeits-Grenzfläche und Flüssigkeits-Gas-Grenzfläche zu verbessern.
Die vordefinierte Drei-Phasen-Strömung-Multiphysik-Kopplung kombiniert ein Laminare Strömung-Interface mit einem Ternäres Phasenfeld-Interface. Die Bewegung der Flüssigkeits-Flüssigkeits-Grenzflächen wird durch die Minimierung der ungebundenen Energie bestimmt.
Es stehen Bibliotheken für die Spannungskoeffizienten von Flüssigkeits-Flüssigkeits-Grenzflächen und Flüssigkeits-Gas-Grenzflächen zur Verfügung. Sie können mit der Funktion Befeuchtete Wand Kontaktwinkel für Fluidpaare an Festkörperoberflächen festlegen.
Mit dem Interface Drei-Phasen-Strömungs, Phasenfeld simulierte Strömung zwischen einem Gas und zwei Flüssigkeiten.
Neues Mathematik-Interface: Ternäres Phasenfeld
Das Interface Ternäres Phasenfeld ist ein eigenständiges Mathematik-Interface. Mit dem Interface werden im CFD Module und Microfluidics Module sich bewegende Grenzflächen zwischen drei nicht vermischbaren Phasen bestimmt.
Neue Turbulenzströmungsmodelle im Interface Rotierende Maschine, Fluidströmung: Turbulente Strömung, Algebraisches yPlus und Turbulente Strömung, L-VEL
In den Rotierende Maschine-Interfaces stehen zwei Turbulenzströmungsmodelle zur Verfügung: Turbulente Strömung, Algebraisches yPlus und Turbulente Strömung, L-VEL. Bei diesen Modellen wird die Turbulenzviskosität mit zwei verschiedenen Erweiterungen des Gesetze für logarithmische Wände bestimmt. Die lokale Reynolds-Zahl für diese Modelle basiert auf dem Abstand zur nächstgelegenen Wand. Die Vorteile dieser Modelle sind, dass keine zusätzlichen Transportgleichungen gelöst und keine Einlass- oder Auslassbedingungen für die Turbulenzvariablen festgelegt werden müssen. Die algebraischen Turbulenzmodelle sind weniger rechenintensiv und stabiler, jedoch im Allgemeinen weniger genau als Transportgleichungsmodelle wie das k−ε-Modell und das k-ω-Modell.
Das Geschwindigkeitsfeld und die Stromlinien (entsprechend der Turbulenzviskosität farbcodiert) in einem Anker-Impeller-Mischer, der mit dem algebraischen yPlus-Turbulenzmodell simuliert wurde.
Neue Funktion beim Interface Rotierende Maschine, Fluidströmung: Stationäre freie Oberfläche
Wenn unter Verwendung des Studientyps „Frozen Rotor“ eine quasi-stationäre Strömung gelöst wird, können Sie nun die Verformung einer freien Oberfläche aufgrund des kombinierten Effekts einer Fluidströmung mit Volumenkräften (z. B. Schwerkraft) berechnen. Bei der Simulation der Fluidströmung wird ein Durchschnittsdruck auf den ausgewählten Rand ausgeübt. Die Oberflächenhebung wird dann im Nachbearbeitungs-Studienschritt aus den resultierenden Abweichungen des Drucks auf den Rand bestimmt.
Stromlinien sowie Oberflächenverformung aufgrund der Strömung um einen Torpedo. Die quasi-stationäre Strömung wird mit einer „Frozen Rotor“-Simulation“ unter Verwendung des Interfaces Rotierende Maschine, Fluidströmung berechnet. Die Turbulenz wird mit dem algebraischen yPlus-Modell bestimmt, und die Oberflächenhebung mit der neuen Funktion Stationäre freie Oberfläche.
Stromlinien sowie Oberflächenverformung aufgrund der Strömung um einen Torpedo. Die quasi-stationäre Strömung wird mit einer „Frozen Rotor“-Simulation“ unter Verwendung des Interfaces Rotierende Maschine, Fluidströmung berechnet. Die Turbulenz wird mit dem algebraischen yPlus-Modell bestimmt, und die Oberflächenhebung mit der neuen Funktion Stationäre freie Oberfläche.
Zusätzliche Korrelationen für Wärmeübertragungskoeffizienten
Die Bibliothek für Wärmeübertragungskoeffizienten verfügt über eine neue Konvektionswärmeübertragungs-Koeffizientkorrelation für die natürliche Konvektion um einen dünnen vertikalen Zylinder herum. Dieser Wärmeübertragungskoeffizient ermöglicht Ihnen, eine Wärmefluss-Randbedingung für die Zylinderränder zu definieren, anstatt eine nicht-isothermische Strömungssimulation auszuführen, um den Rechenaufwand zu reduzieren.
Neue Anwendung: „Inkjet Design“
Das Tintenstrahlverfahren wurde ursprünglich für Drucker entwickelt, inzwischen wird es aber auch in den Biowissenschaften und der Mikroelektronik angewendet. Mit Simulationen kann die Flüssigkeitsströmung genau untersucht und die Konstruktion von Tintenstrahlgeräten für bestimmte Anwendungen optimiert werden.
Die Anwendung ermöglicht Ihnen, die Form und den Betrieb einer Tintenstrahldüse entsprechend der gewünschten Tröpfchengröße anzupassen. Die Tröpfchengröße hängt vom Kontaktwinkel, von der Oberflächenspannung, der Viskosität und der Dichte der aufgebrachten Tinte ab. Sie können auch ermitteln, ob sich aus dem ausgestoßenen Injektionsvolumen mehrere Tröpfchen bilden, die dann auf dem Substrat einen einzelnen Tropfen bilden.
Die Fluidströmung wird unter Berücksichtigung der Oberflächenspannung mit den Navier-Stokes-Gleichungen für inkompressible Fluide modelliert, wobei die Fluidgrenzfläche mit der Level-Set-Methode bestimmt wird.
Der Ablösungsprozess der Tröpfchen bei einer Tintenstrahl-Simulation. Das Diagramm zeigt das Injektions-Impuls-Profil (1D) und die Entwicklung der Tröpfchengröße über die Zeit (2D, 3D).
Neue Anwendung: „NACA Airfoil Optimization“
Die aerodynamischen Eigenschaften von Tragflächen, Propellern und Turbinenschaufeln werden in erster Linie von deren Form bestimmt. Mit dieser Anwendung können Sie die beiden aerodynamischen Haupteigenschaften (Auftriebsbeiwert und Widerstandsbeiwert) eines voll parametrisierten NACA-Profils berechnen. Sie können visualisieren, wie sich Änderungen der Profildicke, Wölbung und Profilsehnenlänge auf die Aerodynamik auswirken.
Nachdem Sie die Reynolds-Zahl für die Fluidströmung eingegeben haben, werden die für diese Zahl geeigneten Fluidströmungs-Interfaces und Netze automatisch ausgewählt. Simulationen mit niedriger Reynolds-Zahl werden mit dem Interface Laminare Strömung ausgeführt. Bei einer hohen Reynolds-Zahl wird mit dem Spalart-Allmaras-Turbulenzmodell gearbeitet, das speziell für NACA-Profil-Simulationen entwickelt wurde.
Die Profilgeometrie ist voll parametrisiert. Sie können die Profilabmessungen direkt eingeben oder die optimalen Abmessungen von der Anwendung berechnen lassen, um eine maximale Gleitzahl zu erzielen.
Die mit dem Spalart-Allmaras-Turbulenzmodell berechnete turbulente Strömung um ein NACA-Profil.
Neue Anwendung: „Water Treatment Basin“
In Wasseraufbereitungsbecken werden Bakterien oder andere Kontaminationen entfernt, z. B. um Trinkwasser zu gewinnen.
Die Anwendung „Water Treatment Basin“ ist ein Beispiel für die Modellierung von turbulenten Strömungen und Stoffbilanzen, die chemischen Reaktionen unterliegen. Sie können die Abmessungen und Lage des Beckens, der Mischleitbleche und der Einlass- und Auslasskanäle festlegen. Sie können auch die Geschwindigkeit am Einlass, die Konzentration der Stoffe und die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante für die Reaktion erster Ordnung festlegen.
Mit der Anwendung kann die turbulente Strömung durch das Becken gelöst und die resultierende Strömung und die Konzentrationsfelder sowie die Verweilzeit, die Halbwertszeit und der Druckabfall dargestellt werden.
Simulation der reaktiven Strömung in einem Wasseraufbereitungsbecken – dargestellt wird der Geschwindigkeitsbetrag und die Stromlinien.