Simulationsfunktionen

Freie Fläche

Autodesk Simulation CFD 2014 bietet die Möglichkeit, die Schnittstelle zwischen Flüssigkeiten und Gasen dynamisch zu simulieren. Diese Funktion ist wesentlich, um viele Strömungen zu modellieren, die in der Natur und in einer großen Zahl von Maschinenbauanwendungen vorkommen.

Beispiele für Anwendungen mit freien Flächen

Verwenden Sie Freie Fläche, um verschiedene Anwendungen zu simulieren. Hier sehen Sie einige Beispiele:

• Bewegung von Flüssigkeiten in Tanks
  • Schwappen: Wie sich eine Flüssigkeit in einem teilweise gefüllten Behälter bewegt.
  • Rühren: Wie sich eine Flüssigkeit in einem Tank mit teilweise oder ganz eingetauchten Rührwerken, Lenkblechen und/oder mehreren Einlässen und Auslässen bzw. bei einer Tankbewegung verhält. (Beispiele für Tankbewegungen sind beispielsweise seismische Effekte und mobile Tanks beim Transport.)
  • Mischen: Konzentration verschiedener Flüssigkeitsarten

  

• Wassertransport und Infrastruktur
  • Ingenieurbauwerke: Dämme, Abzugskanäle, Überläufe und Wehre
  • Ventile: Fluss durch offenen Kanal
  • Wassertanks: Füll-/Entnahmezyklen oder durchgehender Zulauf und Ablauf

  

Grundeinrichtung der freien Fläche

Beim Entwerfen und Erstellen des Modells ist das Modell im Hinblick auf die Flüssigkeit zu entwerfen. Achten Sie darauf, dass die flüssigen Bereich in das CAD-Modell einbezogen werden. Weisen Sie Materialien und Randbedingungen nur auf Basis der Flüssigkeit zu. Betrachten Sie Bereiche mit Gas (Luft) als flüssigkeitsleer.

1. Weisen Sie den Teilen, die Fluide enthalten oder enthalten werden, ein flüssiges Material zu. Weisen Sie einem Teil kein Gasmaterial zu, wenn es bereits eine Flüssigkeit enthält oder enthalten wird. Simulation CFD lässt nicht zu, dass mehrere Materialien demselben Teil zugewiesen werden.
2. Um anzugeben, wo die Flüssigkeit in den Bereich eintritt, legen Sie eine Randbedingung (Schnelligkeit, volumetrische Durchflussrate) fest.
3. Wenn der Bereich bei Zeit = 0 voll oder teilweise voll ist, legen Sie eine HOF-Anfangsbedingung fest, um die ursprüngliche Position der Flüssigkeit anzuzeigen. Erstellen Sie die Geometrie so, dass ein eigenes Volumen für den ursprünglichen Flüssigkeitspegel vorhanden ist.
4. Wenn der Tank bei Zeit = 0 leer ist, weisen Sie das Flüssigkeitsmaterial dem Volumen zu, aber keine ursprüngliche HOF-Bedingung. Die Flüssigkeit fließt aufgrund der festgelegten Randbedingungen in den Bereich.
5. Vernetzen Sie alle Flüssigkeitsteile und Teile, die von der Flüssigkeit, wenn auch nur zum Teil, eingenommen werden. Die Vernetzungsanforderung für Simulationen von freien Flächen ist hoch. Weisen Sie der Schnittstelle von Flüssigkeit und Gas ein feines Netz zu.

Simulation CFD führt Simulationen der freien Fläche transient durch und berechnet automatisch den Zeitschritt.

So aktivieren Sie Freie Fläche:

1. Öffnen Sie das Start-Dialogfeld (Konfiguration (Registerkarte) > Simulation (Gruppe) > Lösen).
2. Klicken Sie auf Freie Fläche auf der Registerkarte Physik.
3. Klicken Sie im Dialogfeld Freie Fläche auf Freie Fläche aktivieren.
4. Geben Sie die Beschleunigungskräfte an, die auf die Flüssigkeit wirken, indem Sie den Schwerkraft-Vektor einrichten. Sie können mit den Einstellungen für Beschleunigung auch weitere Beschleunigungskomponenten angeben. Diese Befehle sind nützlich für die Simulation von Körperkräften beispielsweise in einem Tank in Bewegung.

So visualisieren Sie das resultierende Flüssigkeitsvolumen:

• Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Modell, und wählen Sie Freie Fläche.

• Zeigen Sie die VOF-Ergebnismenge an. Ein Wert von 0.5 zeigt die Grenze von Flüssigkeit und Gas an.

• Um die Bewegung der Flüssigkeit darzustellen, zeigen Sie VOF als Isofläche mit Vektoren an:

Weitere Informationen über die freie Fläche finden Sie hier.

Erweiterte Turbulenzmodelle

Zur Verbesserung der Genauigkeit und Reduktion der Netzabhängigkeit für bestimmte Typen von Simulationen enthält Simulation CFD 2014 verschiedene neue Turbulenzmodelle:

• SST K-Omega
  • Dieses Turbulenzmodell wird für Strömungen mit Trennung oder Ablösung sowie für nachteilige Druckgradienten empfohlen.
  • Das Modell ist außerdem bei einer großen Bandbreite von Strömungstypen stabil.
  • Um dieses Modell wirksam einzusetzen, verwenden Sie ein feines Netz im Bereich der Begrenzungsschicht. Sie können im Dialogfeld Flächennetzerweiterung bis zu zehn Layer hinzufügen.
• Detached Eddy Simulation (SST K-Omega DES)
  • Hybrid zwischen SST K-Omega und Large Eddy Simulation (LES).
  • Produziert präzise Ergebnisse für getrennte Strömungsanwendungen mit externer Aerodynamik und hoher Reynolds-Zahl.
  • Dieses Modell hat einen ziemlich hohen Berechnungsaufwand und reagiert auf die Netzverteilung. Es funktioniert am besten mit einer gleichmäßigen Netzverteilung.
• Scale Adaptive Simulation (SST K-Omega SAS )
  • Dieses Modell wird für transiente (zeitabhängige) Strömungsanwendungen empfohlen.
  • Um dieses Modell wirksam einzusetzen, definieren Sie ein feines Netz im Bereich der Begrenzungsschicht. Sie können im Dialogfeld Flächennetzerweiterung bis zu zehn Layer hinzufügen.

So aktivieren Sie diese Modelle:

1. Öffnen Sie das Start-Dialogfeld (Konfiguration (Registerkarte) > Simulation (Gruppe) > Lösen).
2. Klicken Sie auf Turbulenz auf der Registerkarte Physik.
3. Wählen Sie aus dem Menü Turb.- Modell.

Weitere Informationen zu diesen Turbulenzmodellen finden Sie hier.

Verbesserung der Präzision bei verteiltem Widerstand

Aufgrund von Feedback der Benutzer wurde die Formel für den verteilten Widerstand in Simulation CFD 2014 verbessert, um die beiden folgenden Situationen besser zu simulieren:

• Radial geformte Widerstandsbereiche (einschließlich großer Variationen in Richtungs-K-Werten und Bereichen, die nicht an den kartesischen Achsen ausgerichtet sind)
• Ebene Bereiche, die nicht an einer kartesischen Achse ausgerichtet sind

In beiden Fällen sagt die Formel den Druckabfall und die Geschwindigkeitsverteilung präziser voraus, insbesondere bei niedrigen K-Werten. Die in Simulation CFD 2014 geänderte Formel bewirkt genauere und konsistentere Ergebnisse als die früheren Versionen.

Änderungen der Benutzeroberfläche oder des Arbeitsablaufs zur Unterstützung dieser Verbesserungen wurden nicht vorgenommen.

Anmerkung: Um diese Methode zu deaktivieren und zur Formel zurückzukehren, die in Simulation CFD 2013 verwendet wurde, ändern Sie den Wert des Parameters no_difu_tensors auf 1.

Verbesserungen der Temperaturergebnisse bei Leiterplattenmaterialien

Simulation CFD 2014 berechnet die Temperaturverteilung in Leiterplattenmaterialien (PCB), die nicht an den kartesischen Achsen ausgerichtet sind, mit größerer Präzision.

Anmerkung: Um diese Methode zu deaktivieren und zur Formel zurückzukehren, die in Simulation CFD 2013 verwendet wurde, ändern Sie den Wert des Parameters no_difu_tensors auf 2. Um zur in Simulation CFD 2013 verwendeten Formel sowohl für verteilte Widerstände als auch für Leiterplattenmaterialien zurückzukehren, ändern Sie den Wert dieses Parameters auf 3.

Nicht mehr vorhandene Funktionen

Simulation CFD 2014 enthält die beiden Wärmeübertragungsmodelle für schnelle Konvektion nicht mehr.