Computational Fluid Dynamics - uni-due.de .Computational Fluid Dynamics Definition der Randbedinungen

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Institut fr Energie- und

Umweltverfahrenstechnik

Strmungsmaschinen

Computational Fluid Dynamics

18.11.2011

Computational Fluid Dynamics

Seminar-Ablauf

1. Termin: Heute 18.11. 1200-1330 SK111

Ablauf- und Termininformationen

Einfhrung in CFD, anhand Simulationskette im

Auslegungsprozess

Einfhrung in BladeGen und Turbogrid

Ausgabe der CFD Aufgabe

2. Termin: 25.11. 1200-1330 SK111

Einfhrung in CFX- Pre

Durchfhrung von Simulationen

Einfhrung in CFX- Post

3. Termin: 14.12. 1000-1200 SK010

CFD in der Industrie

CFD Aufgabe:

Optimierung einer Turbinenstufe Festgelegte Termine: 9./16./23./30.1

1400-1800 in MC327

Optional: Durchgehend vom 9.1-30.1 in MA425

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Computational Fluid Dynamics

Simulations-Kette im Auslegungsprozess

Grundauslegung

Gitternetz

Definition der Randbedingungen

Strmungslser, Simulation

Visualisierung und Auswertung der Ergebnisse

CAD Modell, Geometrie

Verbesserung, Modifikation

Computational Fluid Dynamics

CAD Modell, Geometrie

Software:

ProEngineer

Unigraphics

Solidworks

Catia

ANSYS BladeGen

Zweck: Dient als Grundlage fr die Erstellung von Rechengittern

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Computational Fluid Dynamics

Gitternetz-Generierung

Software:

Ansys Icem

Ansys TurboGrid

GridGen

Gambit

Zweck: Numerische Lsung von partiellen Differentialgleichungen bentigen diskrete

Punkte im Raum Gitternetz

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Computational Fluid Dynamics

Definition der Randbedinungen

Zweck: Die Erhaltungsgleichungen fr Masse, Impuls und Energie, sowie

Turbulenzgleichungen stellen ein so genanntes Anfangs- Randwertproblem dar.

Zur Lsung ist die Vergabe von Randbedingungen erforderlich.

Bestimmung von physikalischen Randflchen des Untersuchungsgebietes

(Ein-und Ausstrmrnder, Wnde, Periodizittsflchen etc.)

Software:

Ansys CFX-Pre

Ansys Fluent

Star-CCM

18.11.2011 6

Computational Fluid Dynamics

Strmungslser, Simulation

Zweck: Lsung der Erhaltungsgleichungen fr Masse, Impuls und Energie

Diskretisierung der partiellen Differentialgleichungen und Lsung des

Gleichungssystems

Konvergenzbestimmung

Software:

Ansys CFX-Solver

Ansys Fluent

Star-CCM

CD-Adapo

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8

Computational Fluid Dynamics

Navier Stokes Gleichungen (laminar, inkompr., stationr):

0

z

v

r

v

r

vzrr

2

22

1

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cT

c

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z

Tv

r

Tv

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Massenerhaltung:

Impulserhaltung:

Energieerhaltung:

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Computational Fluid Dynamics

Diskretisierung der Erhaltungsgleichungen

Umwandlung von kontinuierlicher Beschreibung des Problems in eine

diskrete Beschreibung

berfhrung der partiellen Differentialgleichungen in algebraische

Gleichungen

Erhaltungsgleichungen werden nur an diskreten Punkten im Raum zu

bestimmten Zeitpunkten nherungsweise gelst

Rumliche und zeitliche Diskretisierung

18.11.2011

10

Computational Fluid Dynamics

Lsen des Gleichungssystems

Die fr jede Gitterzelle des Untersuchungsgebietes diskretisierten

Erhaltungsgleichungen bilden fr die Bestimmung der Strmungsgren

ein System von gekoppelten, algebraischen Gleichungen, die es zu lsen

gilt

Das Gleichungssystem ist bei strmungsmechanischen Problemstellungen

hufig nicht linear und erfordert zur Lsung numerische Algorithmen

(Jacobi-, Gau-Seidel Verfahren)

18.11.2011

Computational Fluid Dynamics

Visualisierung und Auswertung der Ergebnisse

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Software:

Ansys CFX-Post

Ansys Fluent

Star-CCM

Zweck: Auswertung der Ergebnisse und ggf. Diskussion ber Modifikation

18.11.2011

Computational Fluid Dynamics

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CFD Aufgabe: Optimierung einer Turbinenstufe

Nutzbare Software: Ansys BladeGen, Ansys TurboGrid, Ansys CFX

Verfgbare Daten: Work-sheet mit Randbedingungen

Abgabe Daten: Ansys CFX-Post Datei einer Turbinenstufe mit einem

Wirkungsgrad grer 0.95;

Bericht

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Computational Fluid Dynamics