Ferde bordával ellátott csatornában kialakuló áramlás nagy örvény szimulációja Melyik előlap legyen?  A betűket egyszerűbbre is meg tudom csinálni. Vass Péter Konzulens: Lohász Máté Carlo Benocci Patrick Rambaud

A modell geometriai paraméterei Hűtőbordák Hűtő levegő

Áttekintés Az áramlás szimulációja A borda szöge hatásának elemzése az áramképre Az örvénystruktúrák tanulmányozása Eredmények összehasonlítása: LES és RANS

A modell geometriája Fali peremfeltétel Periodikus beáramlás Periodikus kiáramlás D h p D h/D = 0,3 p/h = 10 Re = UbD/ν = 40000 ρfl = 1

A vizsgálat eszközei FLUENT általános célú megoldó: Véges-térfogatok módszere strukturálatlan hálóra Turbulencia modellezés Nagy örvény szimuláció (LES): Háló alatti modellezés: numerikus diffúzió modellez = Monotonic Integrated LES (MILES) Reynolds átlagolt modell (RANS): Realizable k-e model, enhanced wall treatment

Numerikus paraméterek Impulzus interpoláció: Second Order Upwind Nyomás interpoláció: Standard (másod rendű) Nyomás sebesség kapcsolat: SIMPLE Időbeli diszkretizáció: Gear-féle másod rendű implicit Alul-relaxációs paraméterek: Nyomás : 0,7 (optimalizált érték) Impulzus : 0,8 (optimalizált érték) Konvergencia kritérium: 10 iterációs lépés 5*10-4 kontinuitás skálázott reziduuma Tidőlépés = 1,4*10-3 D/Ub (5* 10-3 90° esetén) (optimalizált érték) Tátlagolás = 26,83 p/Ub 9 hét számítási idő (P4 3GHz) vagy

A háló paraméterei 8100 cella 60 cella 8100x60=486000 Így gondoltad a szétválasztást? 8100x60=486000

Numerikus paraméterek Fali Y+: CFL: -Optimális esetben: CFLmax~1 Értéke mindenhol <1 Átlag: 4-6 között

<u> kontúrok a Z = 0 síkban 1. LES 2. LES 3. RANS 4. RANS Merőleges borda esetén LES Ferde borda esetén LES Merőleges borda esetén RANS Ferde borda esetén RANS

<v> kontúrok az Y = 1.667 y/h síkban 2. LES 1. LES 4. RANS 3. RANS Merőleges borda esetén LES Ferde borda esetén LES Merőleges borda esetén RANS Ferde borda esetén RANS

Sebesség vektorok a sebesség abszolút értéke szerint színezve Z = -0.833 z/h síkban ferde borda esetén: Lefelé áramlás a borda ferdesége által keltett örvénylés miatt Z = 0.833 z/h síkban merőleges borda esetén: Nagyobb leválási buborék a borda mögött Z = 0.833 z/h síkban ferde borda esetén: Felfelé áramlás az örvénylés miatt A sík kétszer is belemetsz a borda mögötti leválási buborékba

Sebesség vektorok a sebesség abszolút értéke szerint színezve Y = 1.05 z/h síkban ferde bordázat esetén: Jelentős Z irányú sebességkomponens a geometria hatására Y = 1.05 z/h síkban merőleges bordázat: esetén A borda fölött lassul az áramlás a leválás miatt

Az áramkép vizsgálata Az áramlás szemléltetése áramvonalakkal Az örvénystruktúrák tanulmányozása a Q-kritérium segítségével Az áramkép elemzése kritikus pont elmélet segítségével A sebességderivált tenzor karakterisztikus egyenlete:

Síkbeli áramvonalak X = állandó síkokban Ferde bordázat esetén: Az egész áramlási teret domináló örvény A sarkokban ellentétesen forgó örvények Merőleges bordázat esetén: Szekunder áramlás keletkezik a fali határréteg hatására

Térbeli áramvonalak Ferde bordázat esetén Indítás szakasza: Piros: X= -3 –14 Y= 3; Z= 0 Kék: X= -0.8 – 2.4 Y= 0.3 Z= -1.6 – 1.7 Merőleges bordázat esetén Indítás szakasza: Piros: X= 0.8 Y= 0.3 Z= -1.6 – 1.6 Kék: X= -0.8

Koherens struktúrák (Q = 5 U2/h2) örvénymagok láthatóvá tételével Ferde bordázat esetén: Az osztástávolság kétszeresén átívelő örvény Merőleges bordázat esetén: A leválás hatására keletkező örvények a borda tetején és mögött Patkóörvény a borda előtt az alsó és oldalsó sarkokban

Fali áramvonalak, leválási (fehér) és visszafekvési (fekete) vonalakkal Ferde bordázat esetén: A domináns örvény hatására kialakuló leválások a falakon A borda tetején kiszélesedő leválási buborék Merőleges bordázat esetén: A borda előtt kialakuló patkóörvény mintázata a borda felvízi oldalán és az alsó falon

Fali áramvonalak, leválási és visszafekvési vonalakkal Ferde bordázat esetén: A borda hátfalán és az alsó falon a leválási buborék okozta mintázat Merőleges bordázat esetén: A borda mögött az oldalfalon a leválási és visszafekvési vonalak nyeregpontot alkotva metszik egymást

Összefoglalás Az áramkép teljesen különbözik merőleges és ferde bordázat esetén Az átlagáramkép nagyobb léptékű és hevesebb örvényeket tartalmaz ferde bordázat esetén RANS eredményei meglepően hasonlítanak a LES eredményeihez ferdén bordázott esetben, mivel a szekunder áramlás inkább a geometrián múlik mint a merőleges bordánál A merőleges bordázat esetén használt módszer használható ferde bordázat esetén is Mérési eredményekkel való összehasonlítás még nem történt meg A hővezetés számítása lehet a következő lépés

Válaszok A CFL szám optimalizált, az arról készült kép a pillanatnyi áramkép alapján készült A csatorna nyomásesése: ferde bordázat esetén : 0,403 Pa Merőleges bordázat esetén : 0,385 Pa

<u> kontúrok az Y = 1.667 y/h síkban 1. LES 2. LES 3. RANS 4. RANS Merőleges borda esetén LES Ferde borda esetén LES Merőleges borda esetén RANS Ferde borda esetén RANS

<v> kontúrok a Z = 0 síkban 1. LES 2. LES 3. RANS 4. RANS Merőleges borda esetén LES Ferde borda esetén LES Merőleges borda esetén RANS Ferde borda esetén RANS

<w> kontúrok a Z = 0 síkban 1. LES 2. LES 3. RANS 4. RANS Merőleges borda esetén LES Ferde borda esetén LES Merőleges borda esetén RANS Ferde borda esetén RANS

<w> kontúrok az Y = 1.667 y/h síkban 1. LES 2. LES 3. RANS 4. RANS Merőleges borda esetén LES Ferde borda esetén LES Merőleges borda esetén RANS Ferde borda esetén RANS

Sebesség vektorok a sebesség abszolút értéke szerint színezve Z = 0 z/h síkban ferde borda esetén Z = 0 z/h síkban merőleges borda esetén

Sebesség vektorok a sebesség abszolút értéke szerint színezve Y = 1.667 z/h síkban ferde borda esetén Y = 1.667 z/h síkban merőleges borda esetén

Térbeli áramvonalak Ferde bordázat esetén Merőleges bordázat esetén

Koherens struktúrák (Q = 5) örvénymagok láthatóvá tételével Ferde bordázat esetén Merőleges bordázat esetén

Síkbeli áramvonalak Z = állandó síkokban ferde bordázat esetén Síkbeli áramvonalak Z = állandó síkokban merőleges bordázat esetén

Koherens struktúrák (Q = 5) felületi áramvonalakkal 2. LES 1. LES 3. RANS 4. RANS Merőleges borda esetén LES Ferde borda esetén LES Merőleges borda esetén RANS Ferde borda esetén RANS