Küsimus:
Millised turbulentsimudelid sobivad CFD analüüsiks sujuval sõiduki kerel?
Paul Gessler
2015-01-29 01:27:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Paljud kaubanduslikud ja avatud lähtekoodiga CFD-koodid rakendavad mitut sulgemismeetodit Reynoldsi keskmistatud Navier-Stokesi (RANS) võrrandite mittelineaarse konvektiivse kiirenduse jaoks. Levinumad meetodid (tuntud ka kui turbulentsusmudelid ) hõlmavad

Millised neist sobivad voolujoonelise sõiduki kere CFD-simulatsiooniks? Simulatsioonide eesmärk on suunata keha kuju täpsustamist, et minimeerida aerodünaamilisi tõmbejõude. Eeskujulik vastus tooks lühidalt välja iga simulatsioonirakenduse meetodi eelised ja puudused.


Potentsiaalselt kasulikud üksikasjad:

Sõiduk on väike ühe inimese sõiduk, mille ligikaudne arv mõõtmed

  • L = 2,5 m,
  • W = 0,7 m ja
  • H = 0,5 m.

See liigub kiirusega vahemikus 0 m / s kuni umbes 12 m / s. Kõik kolm ratast on ümbritsetud kereümbrisega ja sõidukil on ligikaudne kliirens 15 cm, välja arvatud rataste läheduses, kus kere kest ulatub alla 1 cm teepinnast.

Tavaliselt aerodünaamiline jõud sellistel kiirustel on peaaegu tühised, kuid eeldame, et see sõiduk on mõeldud võistlema siledal rajal "Super Mileage" võistlusel, on väga kerge ja kasutab kogu aeg väikese hõõrdumisega jõuülekande komponente, nii et aerodünaamilised jõud on märkimisväärne mõju saavutatavale kütusekulule.

Kolm vastused:
#1
+12
Subodh
2015-01-29 13:53:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Turbulentsimudel võib teie simulatsioonis palju muuta. Ümberringi on palju turbulentsimudeleid. Neist ühe valimine muutub raskeks tööks.

Pole olemas täiuslikku turbulentsimudelit. Kõik sõltub mitmest parameetrist, nagu Reynoldi arv, kas vool on eraldatud, rõhugradiendid, piirikihi paksus ja nii edasi. Selles vastuses antakse lühike teave mõne populaarse mudeli kohta koos plusside ja miinuste ning võimalike rakendustega. Kuid huvitatud kasutajad näevad seda suurepärast NASA veebisaiti ja seal olevaid viiteid, et turbulentsuse modelleerimisest rohkem teada saada.

A) ÜKS VÕRDLUSE MUDEL:

1. Spalart-Allmaras

See mudel lahendab Spalart-Allmarase viskoossuse jaoks ühe täiendava muutuja. NASA dokumendi kohaselt on selles mudelis palju sihtotstarbelisi modifikatsioone.

Plussid : vähem mälumahukas, väga jõuline ja kiire lähenemine

Miinused : ei sobi eraldatud voolu, vabade nihkekihtide, laguneva turbulentsi, keerukate sisevoogude jaoks

Kasutused : arvutused piirikihid, kogu vooluväli, kui eraldamine on nõrk või puudub, lennundus- ja kosmoserakendused, esmaste arvutuste jaoks enne kõrgemale mudelile minekut, kokkusurutavad vooarvutused

Kohaldatavus teie juhtumi puhul : hea kandidaat simulatsiooniaja vähendamiseks. Selle mudeli abil saate lohistamist üsna hästi ennustada. Kui olete aga huvitatud vooeralduspiirkonna tundmisest, ei anna see mudel eriti täpseid tulemusi.

________________________________________________________________________________

B) KAKS -EQUATIONS MUDELID:

  1. $ k $ - $ \ epsilon $ turbulentsi mudel:

üldotstarbeline mudel. See mudel lahendab kineetilise energia ($ k $) ja turbulentse hajumise ($ \ epsilon $). Selle mudeli võrrandid leiate sellelt lehelt cfd-online. Selle mudeli rakendamiseks on vaja arvutada seinafunktsioonid. Sobib ainult täielikult turbulentsete voogude jaoks.

Plussid : lihtne rakendada, kiire lähenemine, ennustab voogusid paljudel praktilistel juhtudel, hea välise aerodünaamika jaoks

miinused : ei sobi aksisümmeetriliste joade, keeriste voogude ja tugeva eraldatuse korral. Väga madal tundlikkus negatiivse rõhu gradientide suhtes, raskesti käivitatav (vajab initsialiseerimist Spalart-Allmarasega), ei sobi seina lähedal rakendamiseks

Kasutused : Sobib algsete korduste jaoks, hea välised voolud keeruka geomeetria ümber, sobivad nihkekihtide jaoks ja vabad seintega piiramata voolud

Rakendatavus teie puhul : kuigi see mudel sobib hästi bluffi keha arvutamiseks, sobib see ainult turbulentsete voogude jaoks. Kuna kiirused on madalad, toimub voolu üleminek laminaarselt turbulentsele (max $ Re = 1,98 * 10 ^ 6 $, kasutades seda kalkulaatorit). Sellise variandi abil nagu realiseeritav mudel $ k $ - $ \ epsilon $, võiksite sellest rohkem kasu saada.


2. $ k $ - $ \ omega $ turbulentsimudel :

Lahendab $ k $ ja turbulentsi sageduse $ \ omega $. Annab paremaid tulemusi seina lähedal asuvate voogude korral. Ennustab üleminekut (kuigi mõnikord varakult). Esialgse oletuse suhtes on üsna tundlik ja seetõttu tehakse mudeli $ k $ - $ \ epsilon $ alguses vähe kordusi. Selles artiklis käsitletakse selle mudeli seinte töötlemist.

Plussid : suurepärane piirikihtide jaoks, töötab negatiivse rõhu gradiendis, töötab tugevate eraldatud voogude, joade ja vabade nihkekihtide jaoks

Miinused : Lähenemiseks kuluv aeg on pikem, mälumahukas, nõuab seina lähedal võrgusilma eraldamist, ennustab varajast ja liigset eraldumist

Kasutamine : sisemised voogud, torujuhtmed, reaktiivvoolud, keerised

Teie juhtumi puhul rakendatavus : pole teie juhtumile täielikult sobiv alates piirist kihi väärtused sõltuvad suuresti vabast voost $ \ omega $. See nõuab lahendamiseks väga head võrku ja seega pikka arvutusaega. Samuti ei arvesta see turbulentse nihkepinge transporti.


3. $ k $ - $ \ omega $ SST

Mõlema maailma parimad küljed! Sellel mudelil on segamisfunktsioon, mis kasutab seina lähedal dollarit $ k $ - $ \ omega $ ja vabas voos dollarit $ k $ - $ \ epsilon $. See ei kasuta seinafunktsioone.
Selle mudeli kõik variandid leiate sellelt NASA lehelt.

Plussid : arvestab turbulentse nihkepingega, pakkudes samal ajal mudeli $ k $ - $ \ omega $ kõiki eeliseid, ülitäpne eraldamise ja ülemineku prognoos, väga hea tasuta voog samuti piirikihi tulemused

Miinused : ei sobi vabade nihke- ja keeristevoogude jaoks sama palju kui tavalised $ k $ - $ \ omega $, ei sobi reaktiivvoogude jaoks, nõuab trahvi võrgusilma eraldusvõime seinte lähedal

Kasutused : väline aerodünaamika, eraldatud voolud, piirikihid ja negatiivse rõhu gradiendid

Rakendatavus teie puhul : Väga rakendatav. Paremate tulemuste saamiseks kasutage sst mudeli varianti, mis kasutab $ k $ - $ \ epsilon $ RNG või realiseeritavat mudelit seintest eemal


Milline mudel on siis kõige sobivam?

Minu arvates oleks see mudel $ k $ - $ \ omega $ SST. Kuna see tagab parema ülemineku, eraldatuse ja toimib ka negatiivse rõhu gradientide korral, saate parema naha hõõrdumise takistuse. Samal ajal töötab see hästi seintest eemal, mis annab teile hea survetõmbe ja seega parasiitvedru. Saate parema voolu visualiseerimise. Spalart-Allmarase mudelit saate väga hästi kasutada, kuid kui näete seda uuringut, märkate, kui palju erinevust SST-mudelil on.

Ja ärge võtke seda sõna. Aruandes „ Aerodünaamiline analüüs ja ajaprooviga jalgratturite lohistustegurite hindamine” kasutatakse SST mudelit. Selles artiklis võrreldakse kõiki jalgratturite aerodünaamika turbulentsusmudelite tulemusi ja jõutakse järeldusele, et SST-mudel annab üldised parimad tulemused. Tsiteerin neid tulemusi, sest Reynoldi arv ja mõõtmed on jalgrattaga kõige lähemal teie juhtumile, mille kohta on saadaval palju uuringuid.

Kui aga teie puhul on aeg piiratud, kasutage Spalart-Allmarase mudelit. Sel juhul võite valida ka RNG $ k $ - $ \ epsilon $ või realiseeritava $ k $ - $ \ epsilon $. Kuid see jalgratta ratta uuring näitab, et S-A mudel annab paremaid tulemusi kui $ k $ - $ \ epsilon $ (see on väga geomeetriline, teie geomeetria jaoks võib töötada erinev mudel). Kui teil on kogu aeg maailmas, viige läbi uuringud SST ja epsilon mudeli abil ja avaldage oma võrdlus, et ka teised võiksid sellest kasu saada.

Kui teil on paremad arvutuslikud ressursid, minge LES. Kuid ma arvan, et antud juhul seda ei nõuta ja see ei pruugi sobida. Mul pole LES-iga kogemusi, seega ei saa kommenteerida.


Mõned huvitavad ressursid:

  1. FOAMi maja: Kui soovite õppida OpenFOAM-i samm-sammult

  2. hiljutised edusammud turbulentsete voogude arvulisel modelleerimisel

  3. Turbulentsi loengud $ 21 ^ {st} $ sajandil - soovitatavalt lugeda, kui soovite turbulentsist aru saada

  4. Turbulentsimudelid ja nende kasutamine keerukatel voogudel

Parimat!

Tervist!

#2
+2
Dan
2015-01-29 12:02:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ma ei saa öelda, et see oleks ideaalne vastus, kuid see peaks teid alustama. Nagu ilmneb, pole ma tõeline ekspert.

Nende mudelite kvaliteet tõuseb nende keerukusega, mis antud juhul jälgib põhimõtteliselt kasutatavate võrrandite arvu. Nii et (S-A) oleks kõige vähem efektiivne, samas kui k - $ \ epsilon $, k - $ \ omega $ ja SST oleksid paremad. RSM oleks parim.

Keskmise kolme piires suudab SST (nii et mulle öeldakse) paremini ennustada voolu eraldumist. Kahel teisel on kombeks mitte ennustada lahusolekut, kui peaks. Arvestades, et eraldamine põhjustab tavaliselt lohistamist, võib see põhjustada vigase kujunduse hea tundumise.

Kuigi RSM-i eelistatakse võimaluse korral kindlasti, on see kõige aeganõudvam, kuna lisab N-S-i peale 7 võrrandit. 10 aastat tagasi oleksite pidanud siin tegema raske valiku. Selle päeva jooksul peaksite saama mõistliku aja jooksul seda tüüpi sõidukite RSM-mudeleid ümber pöörata.

Olen töötanud FSAE (avatud ratastega üheistmelise võistlusauto) aerodisaini kallal. viimase paari kuu jooksul ning on leidnud, et RSM-i kasutamine on mõistlik, et töötada üsna kõrgetasemelises sülearvutis või mõnes muus lugupeetud mängulaual. Kui peate hindama suurt hulka disaini kordusi, võite leida ka kohti, kus saate jooksu aega rentida. Võin lisada ettevõtte nime, mida me kasutasime ja mis loodi vajaliku tarkvara käitamiseks ning aitas meid õpilashindadega kokku panna (keegi kommenteerib, kui see sobib SE-le).

Kerge puutuja : Soovitan tungivalt otsida pabereid (ideaaljuhul eksperimentaalseid), mida saaksite oma meetodite kinnitamiseks kasutada. Enne oma kavandite väljatöötamist tegime väga kindlaks, et suudaksime tuuletunneli katsetega (mõistlikkuse piires) tulemusi uuesti luua. Samuti on oluline käivitada võrgusilma tundlikkuse analüüs, et veenduda voolu struktuuri lahendamises.

Samuti on olulised teie pindadelt väljuvad prismakihid (piirikihtide paremaks lahendamiseks).

Viimane: see Fluenti inimestelt pärit dokument on natuke vana, kuid oli siiski väga kasulik meie alustamiseks. (vabandust scribdi lingi eest.

#3
  0
rul30
2015-04-18 14:41:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kui teil on ressursse ainult ühe simulatsiooni sooritamiseks, nõustun @Subodhiga ja kasutan dollarit $ k- \ omega \: SST $.

Juhul kui saate endale lubada mitut simulatsiooni, kasutaksin ma seda erinevaid mudeleid ja võrrelda. Nii saate tuvastada turbulentsimudeli mõju oma konkreetses rakenduses.

Kas saaksite selgitada, kas otsite optimaalset kiirusjaotust või kas olete rohkem huvitatud eraldustest?



See küsimus ja vastus tõlgiti automaatselt inglise keelest.Algne sisu on saadaval stackexchange-is, mida täname cc by-sa 3.0-litsentsi eest, mille all seda levitatakse.
Loading...