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
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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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Computational Fluid Dynamics
Navier Stokes Gleichungen (laminar, inkompr., stationr):
0
z
v
r
v
r
vzrr
2
22
1
r
vv
r
p
r
v
z
v
zv
r
vv rr
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2
2
r
vv
r
vv
z
vv
r
vv zr
zr
zz
z
zr v
z
p
z
vv
r
vv 2
1
ppzr
cT
c
k
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
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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)
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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
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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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