Simulation Tank Schwappen (Sloshing)
Die Simulation von "Tank sloshing" oder Tankschwappen ist eine der vielen Anwendungsmöglichkeiten, um die FSI (Fluid Structure Interaction) Möglichkeiten der NOGRID Software zu zeigen. In dieser Fallstudie zeigen wir die 3D Simulation des Schwappens eines Fluids in einem Tank, dem im Fall A eine Schwingung aufgeprägt wird und der sich im Fall B wie ein starrer Körper verhält, der auf die Strömung in seinem Inneren dynamisch reagiert. Im Fall B wird also die Bewegung des gesamten Tanks einschließlich Inhalt berechnet, die sich aufgrund der Strömung im Tankinneren abspielt (Fall B siehe Abbildung 5).
Unter der Starrkörpersimulation (engl. RBS Rigid-Body-Simulation) versteht man die Simulation der transienten Bewegung von starren Körpern. Bei der Mechanik starrer Körper geht es um physische Körper, die nicht verformbar sind. Während der Simulation bewegen sich die starren Körper, die Form bzw. Struktur bleibt jedoch unverändert erhalten. Auf den starren Körper können verschiedene Arten von Kräften wirken: Schwerkraft, magnetische Kräfte, Reibungskräfte etc. Diese Kräfte beschleunigen den starren Körper und die Translations- und Rotationsgeschwindigkeit ändert sich. Darüber hinaus kann es Kollisionen zwischen den starren Körper geben. Kollisionen verändern schlagartig die Translations- und Rotationsgeschwindigkeit der beteiligten Körper.
Abb. 1: CAD-Modell Import in NOGRIDs COMPASS
Abb. 2: Setup des Tank-Schwapp-Falles in der NOGRID points GUI
Abb. 3: Darstellung des Ergebnisses für Fall A in der GUI
Abb. 4: Animation des Tank-Schwapp-Prozesses für Fall A
Abb. 5: Tank-Schwapp-Prozesses für Fall B, Tank reagiert auf Fluid und bewegt sich
Die in dieser Studie simulierte Fluid-Starrkörper Interaktion wird vollständig gekoppelt mit der Lagrange-Methode gelöst. Vollständig gekoppelt bedeutet, dass die Bewegung (Translation und Rotation) der starren Körper und die Fluidvariablen für Geschwindigkeit und Druck gleichzeitig in einer großen Lösungsmatrix gelöst werden (kein iteratives hin-und-herschalten zwischen den Lösungsvariablen notwendig). Die Fluid-Struktur-Kopplung (engl. FSI Fluid-Structure-Interaction) bezeichnet im Ingenieurwesen die Berücksichtigung der gegenseitigen Beeinflussung von beweglichen, nicht unbedingt starren Körpern und einer Strömung. Die Wechselwirkung zwischen der Fluidströmung und den Körpern tritt in vielen physikalischen Anwendungen auf.
Die Strömung in dem starren Körper verursacht sowohl eine Verschiebung als auch eine Drehung dieses Körpers aufgrund der Kräfte und der Drehmomente, welche von der Flüssigkeit auf den Körper ausgeübt werden. Umgekehrt bewirkt die Bewegung des Tanks Veränderungen in der Strömung. Ändert sich also auch die Strömung liegt eine sogenannte echte, zweiseitige Fluid-Starrkörper-Kopplung vor. Bei mehreren beteiligten starren Körpern kann die Bewegung eines Körpers natürlich auch durch Stöße mit anderen Körpern beeinflusst werden.
In dieser Fallstudie Teil B ist der Tank der starre Körper und besitzt sein eigenes Gewicht und sein eigenes Massenträgheitsmoment (siehe Abbildung 5). Damit verhält sich der Körper entsprechend den Kräften, die vom Fluid auf ihn wirken. Umgekehrt wird natürlich auch die Strömung durch die starren Körper beeinflusst. Man sieht z.B., dass der Tank sich nach der ersten Welle in eine Richtung fort bewegt und dies die Strömung aufgrund der Impulserhaltung verlangsamt, also dämpft.
NOGRID points kann perfekt zum Designen und Problemlösen für alle Arten von FSI Prozessen verwendet werden. Die Software hilft, die Strömung zu verstehen, indem sie die Masse-, Impuls- und Bewegung einzelner und mehrerer starrer Körper berechnen und visualisieren kann. Sie erhalten transiente Größen, mit denen Sie die Effizienz der Bauteile bzw. Prozesse analysieren und bewerten können.
NOGRID points kann FSI Aufgaben auch zusammen mit freien Oberflächenströmungen lösen. Auch sich bewegende Ränder lassen sich zusammen mit FSI Aufgaben berechnen und ermöglichen 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 Bauteilgeometrien
- 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.
Für mehr Details bitte hier weiterlesen: Trainingskurse →
Technischer Support
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.
Für mehr Details bitte hier weiterlesen: Software Support →
Service
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.
Wir modellieren und entwickeln für Sie. Sie brauchen hierfür keine NOGRID-Software Lizenz zu kaufen. Wir bieten Ihnen einen individuellen Berechnungsservice für Ihre Verfahren und Prozesse an, der genau auf Ihre Wünsche zugeschnitten ist.
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