Page 1

О верификационных расчетах в Xflow Валерий Широбоков

MSC.Software

December 24, 2011


Xflow Documentations

1 12/24/2011


Тестовая задача: Lid-driven cavity flow • Классическая тестовая задача для вязкой несжимаемой среды в двумерной постановке • Моделировалось течение ламинарного потока Re=1000 и

результаты сравнивались с результатами численных экспериментов (DNS), опубликованными в работах [1] и [2]

• Физические свойства среды: • Плотность ρ=1 кг m-3 • Вязкость µ=0.001 Pa s • Геометрические размеры: L=1m .References: •

[1] U. Ghia, K.N. Ghia, and C.T. Shin. High-Re solutions for incompressible flow using the Navier-Stokes equations and a multigrid method. Journal of Computational Physics, 48:387 411, 1982.

[2] C.-H. Bruneau and M. Saad. The 2d lid-driven cavity problem revisited. Computers & Fluids, 35:326 348, 2006.

2 12/24/2011


Тестовая задача: Lid-driven cavity flow •

Результаты расчета (t=0 : 9 c, размерность модели 128x128 16384 particles)

3 12/24/2011


Тестовая задача: Lid-driven cavity flow •

Результаты расчета (t = 30c, размерность модели – 262144 particles)

Chia Xflow

a) Распределение горизонтальной составляющей скорости Vx вдоль вертикальной средней линии.

4 12/24/2011


Тестовая задача: Lid-driven cavity flow

c) Давление P вдоль вертикальной средней линии (Re = 1000). b) Горизонтальная скорость Vx вдоль вертикальной средней линии.

References: •

[1] U. Ghia, K.N. Ghia, and C.T. Shin. High-Re solutions for incompressible flow using the Navier-Stokes equations and a multigrid

method. Journal of Computational Physics, 48:387 411, 1982. •

[2] C.-H. Bruneau and M. Saad. The 2d lid-driven cavity problem revisited. Computers & Fluids, 35:326 348, 2006. d) Завихренность w вдоль вертикальной средней линии (Re = 1000).

5 12/24/2011


Тестовая задача: Natural convection in a cavity • Классическая тестовая задача для вязкой среды в двумерной постановке • Моделировалось явление свободной конвекции в замкнутом объеме для чисел Рэлея 10 3 и и 106 результаты сравнивались с результатами , опубликованными в работах [1] и [2]

Физические свойства среды (Ra=103): •

ρ0=1 кг м-3

g=-10 м с-2

α=0,1 K-1

Δθ=1 K (θ1=293,65 K θ2=291,65K

µ=0.0266458 Пa c

k=0,0375293 кг м с-3 K-1

Cp= 1 м2 с-2 K-1

Геометрические размеры: L=1m References [1] G. DeVahl Davis and I.P. Jones. Natural convection in a square cavity: a comparison exercise. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 3:227 248, 1983. [2] G. DeVahl Davis. Natural convection of air in a square cavity: a benchmark numerical solution. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 3:249 264, 1983.

6 12/24/2011


Тестовая задача: Natural convection in a cavity •

Результаты расчета на моделях различной размерности (10000 и 262144 Particles)

а) Распределение температур

b) Горизонтальная составляющая скорости Vx

c) Вертикальная составляющая скорости Vy

7 12/24/2011

d) Завихренность потока w


Тестовая задача: Natural convection in a cavity •

Результаты расчета на модели размерностью 10000 Particles

а) Распределение температур

b) Горизонтальная составляющая скорости Vx

c) Вертикальная составляющая скорости Vy

8 12/24/2011

d) Завихренность потока w


Тестовая задача: Natural convection in a cavity •

Результаты расчета на модели и 262144 рarticles для Ra=106

а) Результаты численного решения тестовой задачи в Xflow на моделях разного масштаба. Ra=103 а) Распределение температур

b) Горизонтальная составляющая скорости Vx

b) Результаты численного решения тестовой задачи в Xflow на моделях разного масштаба. Ra=106 c) Вертикальная составляющая скорости Vy

d) Завихренность потока w

9 12/24/2011


Тестовая задача: Laminar Pipe Flow •

Классическая тестовая задача для ламинарного течения несжимаемой среды (Red = 478)

Результаты численного моделирования сравнивались с аналитическим решением (формулы Дарси-Вейсбаха и Уайта) и результатами моделирования в других CFD пакетах:

P  где

32Lp d

2

V;

P  f

8LpQ 2

 d 2

5

;

f  64 / Re d Inlet

Переменные: u, v, P

Свойства среды:  

v=0.0 m/s u=50.0m/s

Плотность ρ=0,5 кг/м3 Динамическая вязкость μ=0,1 Па с

D=2m P=0.0Pa

L=100m

Модель турбулентности: Smagorinsky LES

Refinement algorithm: off 10

12/24/2011

Outlet


Тестовая задача: Laminar Pipe Flow •

Вычислительные затраты 

      

CPU Intel ® Core ™ i72920XM CPU@2.50Ghz 2.50GHz 8 cores RAM 1,92 Gb Courant = 1 Number of particles = 20000 Time step = 7,42E-05 Simulation Time = 20s Computational Time = 489s

а) Распределение скорости (горизонтальная составляющая Vx) и профиль скорости, t= 1,6 c.

b) Распределение статического давления по длине трубопровода, t= 13,2 c.

References: •

[1] CFDesign Solver Technical Reference. Finite Element Fluid Flow and Heat Transfer Solver Version 3.0 Copyright Blue Ridge Numerics, Inc 1992-1998

[2] White, F.M.., Fluid Mechanics, McGrawHill (1986)

с) Профили скоростей Vx по длине трубопровода (L=10,25,50,75 м)

11 12/24/2011

b) Распределение скорости (горизонтальная составляющая Vx) и график полного давления (sensor 2 (100,0,9,0.0)), t= 15,6 c.


Тестовая задача: Laminar Pipe Flow

а) Распределение скорости (горизонтальная составляющая Vx), t= 0,6 c.

b) Распределение полного давления P (t= 1,8 c.)

12 12/24/2011


Тестовая задача: Turbulent Pipe Flow •

Классическая тестовая задача для турбулентного течения несжимаемой среды (Red = 13550)

Результаты численного моделирования сравнивались с аналитическим решением (формула Уайта) и результатами моделирования в других CFD пакетах:

P  f где

f 

0.316 4 Re d

 d 2

5

;

(Blasius expression) Inlet

Переменные: u, v, P

Свойства среды:  

8LpQ 2

кг/м3

Плотность ρ=0,5 Динамическая вязкость μ=0,1 Па с

D=2m v=0.0 m/s u=1500.0m/s

P=0.0Pa L=100m

Модель турбулентности: Smagorinsky LES

Refinement algorithm: off

13 12/24/2011

Outlet


Тестовая задача: Turbulent Pipe Flow •

Вычислительные затраты CPU Intel ® Core ™ i7-2920XM CPU@2.50Ghz 2.50GHz  RAM 3,31 Gb  8 cores  Courant = 1  Time step = 1Е-6  Number of particles = 222262  Simulation Time = 20s  Computational Time = in process 

a) Распределение статического давлениея по длине трубопровода t= 20c. Статическое даление в точке (L=25м)

b) Распределение статического давления по длине трубопровода, t= 20c. Статическое даление в точке (L=75м)

с) Профили скоростей Vx по длине трубопровода (L=10,25,50,75 м)

d) Распределение скорости (горизонтальная составляющая Vx), t = 4,2 c.

References: •

[1] CFDesign Solver Technical Reference. Finite Element Fluid Flow and Heat Transfer Solver Version 3.0 Copyright Blue Ridge Numerics, Inc 1992-1998

[2] White, F.M.., Fluid Mechanics, McGraw-Hill (1986)

ΔP,[Pa]

14 12/24/2011

Test results - Turbulent Pipe Flow Analytical CFDesign Error Xflow Error 348356 362933 4,2 329999 5,1


Примеры тестовых задач •

Вихревая дорожка Кармана (Red=4000)

15 12/24/2011


Примеры тестовых задач •

Вихревая дорожка Кармана (Red=4000)

16 12/24/2011


Примеры тестовых задач •

Эффект Магнуса

17 12/24/2011


Гидродинамический расчет модели гребного винта •

Исходные данные для расчета:

Скорость потока на входе в канал – 10м/c

Избыточное давление на выходе из канала – 0 Па

Плотность воды ρ – 1000 кг/м3

Динамическая вязкость – 0.001 Па c

Шаг винта – 0.24 м

Частота вращения гребного винта – 3000 об/мин

Время симуляции – 0,25 с

Машинное время счета – около 20 ч.

Размерность модели - 4031461 particles

Размер частиц : – –

0.01 м (у стенки) 0,0025м (вокруг подвижной и неподвижной частей)

Refinement algorithm – yes (near walls)

18 12/24/2011


Гидродинамический расчет модели гребного винта •

Геометрическая модель в Xflow

19 12/24/2011


Гидродинамический расчет модели гребного винта • Расчетная модель в Xflow

V inlet=10 m/s

Rectangular domain: Dimensions (3.5,1,1)

20 12/24/2011

Poutlet= 0Pa


Гидродинамический расчет модели гребного винта • Результаты расчета •

Упор винта Fy  1128 Н

Эффективный упор P  Fprop  Fpart  1128  160  968Н

Расчитанная мощность P  M x    51,961 314,112  16321Вт

References:

21 12/24/2011


22 12/24/2011


Validation case: Automotive aerodynamics •

For this validation the 1/5 wind tunnel test model has been adopted

The wind tunnel domain type available in XFlow is used, with an inlet uniform velocity of 50 m/s

Vehicle's length, width and height are 0.81 m, 0.29 m and 0.27 m respectively

Wind tunnel dimensions are 9 x 1.5 x 3m

The fluid properties are density = 1 kg m3 and dynamic viscosity = 1,5 105 Pa s

The Reynolds number for this case is 2,7 106

Particle resolution in the far field is 0.1 m, while in the wake and on the model surface scales up to 2.5 mm are resolved.

а) ASMO body and wind tunnel geometries (Tunnel dimensions 9 x 1.5 x 3 m)

b) Snapshot of isosurface of vorticity (Left view).

c) Snapshot of isosurface of vorticity (Top view).

23 12/24/2011


Validation case : Automotive aerodynamics

Đ°) Front pressure distribution along the symmetry plane

b) Roof pressure distribution along the symmetry plane.

c) Instantaneous velocity field: on the vehicle surface

e) Instantaneous velocity field: in theY = 0:07 m plane

d) Instantaneous pressure eld in the symmetry plane and skin friction distribution

f) Instantaneous velocity field: in the symmetry plane

24 12/24/2011


Validation case : Automotive aerodynamics

a) Base pressure distribution along the symmetry plane

c) Overall drag history

b) Underbody pressure distribution along the symmetry plane

d) Drag values for ASMO model

25 12/24/2011

Xflow – полнофункциональный программный  

Валерий Широбоков MSC.Software December 24, 2011 12/24/2011 1 • [1] U. Ghia, K.N. Ghia, and C.T. Shin. High-Re solutions for incompressible...

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you