Simulation Strömung um ein NACA 4415 Modell
An der Hochschule Karlsruhe wurde von Studenten im Rahmen einer Fluidmechanik-Vorlesung ein NACA Modell 4415 in einem Windkanal getestet. Das Experiment wurde für verschiedene Annäherungswinkel des NACA-Modells durchgeführt. Das Experiment wurde auch mit CFD-Tools wie NOGRID points simuliert. Wir skizzieren das physikalische Problem samt Ergebnissen nach der Simulation mit NOGRID points für einen Annäherungswinkel von 20°.
Physikalisches Modell
Der Windkanal wird durch eine ausreichend große quaderförmige Strömungsdomäne mit "offenen" Flächen modelliert: Mit Ausnahme der Einströmfläche sind die anderen fünf Flächen Ausströmflächen mit einer Dirichlet-Randbedingung von Null für den Druck und einer Neumann-Randbedingung von Null für die Geschwindigkeit. Die Verwendung eines "geschlossenen" Kastens mit nur einem kleinen Abflussbereich gegenüber dem Zuflussbereich würde eine viel größere Fluiddomäne erfordern, da sonst der dynamische Druck erheblich ansteigen würde.
An der Einströmfläche strömt die Luft mit 35,7 m / s in einer kreisförmigen Fläche mit einem Durchmesser von 0,35 m ein, außerhalb der Fläche wird die Geschwindigkeit auf Null gesetzt.
Dies spiegelt die Strahldüse des Windkanals ausreichend gut wider.
Die Flächen des NACA-Modells weisen eine „Wall-Slip“-Bedingung auf. Im Vergleich zu einer „Noslip“-Bedingung liefert dies viel bessere numerische Ergebnisse, da sehr große Geschwindigkeitsgradienten insbesondere an der Vorderseite des Modells vermieden werden und nur ein kleiner Fehler auftritt.
Abb. 1: CAD-Modell erzeugt in NOGRIDs COMPASS, ein Schnitt durch eine quaderförmige Strömungsdomäne mit dem NACA-Modell; der Zufluss befindet sich auf der rechten Seite
Abb. 2: Die Glättungslänge (die die Punktedichte bestimmt) im Strömungsgebiet
Abb. 3: NACA-Modell mit Stromlinien (stream traces)
Abb. 4: NACA-Modell mit Stromlinien (von der Rückseite des Modells betrachtet)
Abb. 5: Vergleich von Experiment und Simulation
Das Preprocessing, das von NOGRID points benötigt wird, umfasst hauptsächlich die Eingabe der obigen physikalischen Modellparameter und die Auswahl einer Glättungslängenverteilung, die die Dichte der Punkte für die Berechnung effektiv bestimmt. Da wir uns für das Druckprofil an der Oberfläche des NACA-Modells interessieren, erhöhen wir die Dichte um das Modell herum. Der Hochdruckgradient an der Vorderseite des Modells und die Dünnheit an der Rückseite erfordern eine noch höhere Dichte (oder entsprechend eine kleinere Glättungslänge). Die Verteilung ist in Abbildung 2 dargestellt.
Vergleich zwischen Experiment und Simulation
In Abbildung 3 und 4 ergibt die Pfadintegration Stromspuren, die den typischen Nachlaufwirbel zeigen, der durch den positiven und negativen dynamischen Druck unterhalb bzw. oberhalb des NACA-Modells erzeugt wird.
Um die Simulation auch quantitativ zu verifizieren, wird das gemessene Druckprofil entlang der Oberfläche des NACA-Modells mit der Simulation verglichen. Die experimentellen Daten und die Simulationsdaten sind in Abbildung 5 dargestellt. Sie zeigen eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation. Die kleinen Unterschiede sind wahrscheinlich auf kleine Vereinfachungen zurückzuführen, die im Modell vorgenommen wurden, wie z. B. die eher kleine Strömungsdomäne, das eher kleine Strömungsgebiet, das Weglassen der Aufhängungseinheit des Modells und die vereinfachte Strahldüse des Windkanals.
NOGRID points kann Luftströmungen und darin sich bewegende Teile berechnen und ermöglicht darüber hinaus die Simulation jeder denkbaren Geometrie:
- Berechnung ist in voll 3D und die kompletten Navier-Stokes-Gleichungen werden gelöst
- Einfache und intuitive Bedienung sowohl beim Aufsetzen als auch bei der Auswertung der Ergebnisse
- Frei definierbare Materialeigenschaften durch User Gleichungen oder Kurven
- Beliebige Bauteilgeometrie
- Offene und geschlossene Kammern einschließlich der Bewegung von Bauteilen
- Beliebig viele Einlässe, die sich beliebig ein- und ausschalten lassen
- Bewegte Wände oder Einlässe
Stärken der Nogrid Software
Wie Sie im Bild unten sehen können, benötigt man für die Ränder der Geometrie nach wie vor ein Netz, damit die inneren finiten Punkte den Rand detektieren können. Die Ränder müssen also vernetzt werden und die finiten Punkte im Inneren werden während der Simulation automatisch generiert.
Einfache und schnelle Modellierung: Geometrie erzeugen und Ränder vernetzen, Fall aufsetzen und Simulation starten
Was kann die NOGRID Strömungssimulationssoftware für Sie tun?
Verlässliche industrielle Prozesse sprechen für sich und sind verantwortlich für den Erfolg eines Unternehmens. Für viele Prozesse spielt das Strömungsverhalten des Fluids eine wichtige Rolle für den Erfolg. Da industrielle Designs oft sehr komplex sind, gibt es verschiedene Faktoren, die in Fluidströmungs-Anwendungen wichtig sein können. Durch eine CFD-Simulation mit einer professionellen Software können Sie Ihre Prozessleistung simulieren und relevante Parameter berücksichtigen: Die Anwendung von NOGRIDs numerischer Strömungssimulationssoftware ermöglicht es Ihnen, die Fluidströmung, den Wärme- und Massenübergang sowie eventuell stattfindende chemische Reaktionen vorherzusagen, zu analysieren und zu kontrollieren und gibt Ihnen die Möglichkeit, Ihre Prozessleistung zu optimieren. Dadurch erhalten Sie eine Basis für bessere Design-Entscheidungen.
Die Strömungssimulationssoftware von NOGRID ist ein gitterfreies Tool mit erstaunlicher Flexibilität, Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Robustheit. Die Software liefert qualitativ hochwertige Ergebnisse für ein weites Feld von Fluidströmungs-Anwendungen.
Warum sollten Sie sich für NOGRID Strömungssimulationssoftware entscheiden?
Zusätzlich zum Testen und Experimentieren hilft die NOGRID Strömungssimulationssoftware, die Bewertung Ihres Designs zu verbessern und den Erfolg Ihres industriellen Prozesses zu steigern. Zu lernen, wie sich die Fluidströmung verhalten wird und wie sicher industrielle Prozesse oder Prozessschritte funktionieren, lässt Ihr Wissen von Simulation zu Simulation wachsen. Sie bekommen ein besseres Verständnis für Ihre Prozesse, was wiederum zu enormen Einsparungen von Herstellungskosten und - zeit und gleichzeitig zu einem Endprodukt von hoher Qualität führt. Durch Simulation erhalten Sie bessere Konstruktions- und Betriebsparameter, steigende Planungssicherheit und Sie sparen Zeit und Geld dadurch, dass Sie Ihr Produkt schneller auf den Markt bringen können.
Training
In unserem zwei-Tage Trainingskurs werden Sie lernen, wie man die NOGRID CFD/CAE Software effizient einsetzt. Unser technischer Support hat Erfahrungen in vielen Disziplinen und kann Ihnen zeigen, wie man schwierige Fälle bewertet, behandelt und löst.
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Wir bieten den kompletten technischen Software Support an. Von der ersten Minute an, ab der Sie die Software nutzen, können Sie uns über Telefon oder E-Mail erreichen. Schreiben Sie uns, wir sind Ihnen gerne behilflich.
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Oft sind Zeit und Ressourcen knapp bemessen, so dass die Vergabe von Simulationsaufgaben eine attraktive Möglichkeit sein kann, um schnell und kostengünstig anstehende Aufgaben zu bearbeiten. Basierend auf unserem Know-how können wir eine Fülle von Serviceleistungen auf dem Gebiet der Simulation von Strömungen anbieten.
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