Xflow – полнофункциональный программный

О верификационных расчетах в Xflow

Валерий Широбоков MSC.Software

December 24, 2011

12/24/2011

1

Xflow Documentations

12/24/2011

2

Тестовая задача: Lid-driven cavity flow• Классическая тестовая задача для вязкой несжимаемой

среды в двумерной постановке

• Моделировалось течение ламинарного потока Re=1000 и

результаты сравнивались с результатами численных

экспериментов (DNS), опубликованными в работах [1] и [2]

• Физические свойства среды:

• Плотность ρ=1 кг m-3

• Вязкость µ=0.001 Pa s

• Геометрические размеры: L=1m

.References:

• [1] U. Ghia, K.N. Ghia, and C.T. Shin. High-Re solutions for incompressible flow using the

Navier-Stokes equations and a multigrid method. Journal of Computational Physics, 48:387

411, 1982.

• [2] C.-H. Bruneau and M. Saad. The 2d lid-driven cavity problem revisited. Computers &

Fluids, 35:326 348, 2006.

12/24/2011

3

Тестовая задача: Lid-driven cavity flow• Результаты расчета (t=0 : 9 c, размерность модели 128x128 16384 particles)

12/24/2011

4

Тестовая задача: Lid-driven cavity flow

Chia

Xflow

• Результаты расчета (t = 30c, размерность модели – 262144 particles)

a) Распределение горизонтальной составляющей скорости Vx

вдоль вертикальной средней линии.

References:

• [1] U. Ghia, K.N. Ghia, and C.T. Shin. High-Re solutions for

incompressible flow using the Navier-Stokes equations and a multigrid

method. Journal of Computational Physics, 48:387 411, 1982.

• [2] C.-H. Bruneau and M. Saad. The 2d lid-driven cavity problem revisited.

Computers & Fluids, 35:326 348, 2006.

12/24/2011

5

Тестовая задача: Lid-driven cavity flow

b) Горизонтальная скорость Vx вдоль вертикальной средней линии.

c) Давление P вдоль вертикальной средней линии (Re = 1000).

d) Завихренность w вдоль вертикальной средней линии (Re = 1000).

12/24/2011

6

• Классическая тестовая задача для вязкой среды в двумерной постановке

• Моделировалось явление свободной конвекции в замкнутом объеме для чисел Рэлея 103 и и 106 результаты

сравнивались с результатами , опубликованными в работах [1] и [2]

• Физические свойства среды (Ra=103):

• ρ0=1 кг м-3

• g=-10 м с-2

• α=0,1 K-1

• Δθ=1 K (θ1=293,65 K θ2=291,65K

• µ=0.0266458 Пa c

• k=0,0375293 кг м с-3 K-1

• Cp= 1 м2 с-2 K-1

• Геометрические размеры: L=1mReferences

[1] G. DeVahl Davis and I.P. Jones. Natural convection in a square cavity: a comparison exercise. International Journal for Numerical Methods in Fluids,

3:227 248, 1983.

[2] G. DeVahl Davis. Natural convection of air in a square cavity: a benchmark numerical solution. International Journal for Numerical Methods in Fluids,

3:249 264, 1983.

Тестовая задача: Natural convection in a cavity

12/24/2011

7


а) Распределение температур b) Горизонтальная составляющая

скорости Vx

c) Вертикальная составляющая

скорости Vy

d) Завихренность потока w

• Результаты расчета на моделях различной размерности (10000 и 262144 Particles)

12/24/2011

8


• Результаты расчета на модели размерностью 10000 Particles

а) Распределение

температур

b) Горизонтальная

составляющая

скорости Vx

c) Вертикальная

составляющая

скорости Vy

d) Завихренность

потока w

12/24/2011

9


b) Результаты численного решения тестовой задачи в

Xflow на моделях разного масштаба. Ra=106

а) Результаты численного решения тестовой задачи в

Xflow на моделях разного масштаба. Ra=103

а) Распределение температур b) Горизонтальная составляющая

скорости Vx

c) Вертикальная составляющая

скорости Vy

d) Завихренность потока w

• Результаты расчета на модели и 262144 рarticles для Ra=106

12/24/2011

10

• Классическая тестовая задача для ламинарного течения несжимаемой среды (Red = 478)

• Результаты численного моделирования сравнивались с аналитическим решением

(формулы Дарси-Вейсбаха и Уайта) и результатами моделирования в других CFD пакетах:

где

• Переменные: u, v, P

• Свойства среды:

Плотность ρ=0,5 кг/м3

Динамическая вязкость μ=0,1 Па с

• Модель турбулентности: Smagorinsky LES

• Refinement algorithm: off

;8

52

2

d

QLfP

p

;

322

Vd

LP

p

Тестовая задача: Laminar Pipe Flow

df Re/64

v=0.0 m/s

u=50.0m/s

L=100m

D=2m

Inlet Outlet

P=0.0Pa

• Вычислительные

затраты CPU Intel ® Core ™ i7-

2920XM [email protected]

2.50GHz

8 cores

RAM 1,92 Gb

Courant = 1

Number of particles = 20000

Time step = 7,42E-05

Simulation Time = 20s

Computational Time = 489s

12/24/2011

11


References:

• [1] CFDesign Solver Technical Reference.

Finite Element Fluid Flow and

Heat Transfer Solver Version 3.0 Copyright

Blue Ridge Numerics, Inc 1992-1998

• [2] White, F.M.., Fluid Mechanics, McGraw-

Hill (1986)

а) Распределение скорости (горизонтальная составляющая

Vx) и профиль скорости, t= 1,6 c.

b) Распределение статического давления по длине

трубопровода, t= 13,2 c.

с) Профили скоростей Vx по длине трубопровода

(L=10,25,50,75 м)

b) Распределение скорости (горизонтальная составляющая Vx) и

график полного давления (sensor 2 (100,0,9,0.0)), t= 15,6 c.

12/24/2011

12


а) Распределение скорости (горизонтальная составляющая Vx), t= 0,6 c. b) Распределение полного давления P (t= 1,8 c.)

12/24/2011

13

Тестовая задача: Turbulent Pipe Flow• Классическая тестовая задача для турбулентного течения несжимаемой среды (Red = 13550)

• Результаты численного моделирования сравнивались с аналитическим решением

(формула Уайта) и результатами моделирования в других CFD пакетах:

где (Blasius expression)

• Переменные: u, v, P

• Свойства среды:

Плотность ρ=0,5 кг/м3

Динамическая вязкость μ=0,1 Па с

• Модель турбулентности: Smagorinsky LES

• Refinement algorithm: off

;8

52

2

d

QLfP

p

4 Re

316.0

d

f

v=0.0 m/s

u=1500.0m/s

L=100m

D=2m

Inlet Outlet

P=0.0Pa

12/24/2011

14

Тестовая задача: Turbulent Pipe Flow

• Вычислительные

затраты CPU Intel ® Core ™ i7-2920XM

[email protected] 2.50GHz

RAM 3,31 Gb

8 cores

Courant = 1

Time step = 1Е-6

Number of particles = 222262

Simulation Time = 20s

Computational Time = in

process

References:

• [1] CFDesign Solver Technical Reference. Finite

Element Fluid Flow and

Heat Transfer Solver Version 3.0 Copyright Blue

Ridge Numerics, Inc 1992-1998

• [2] White, F.M.., Fluid Mechanics, McGraw-Hill

(1986)

Test results - Turbulent Pipe Flow

Analytical CFDesign Error Xflow Error

ΔP,[Pa] 348356 362933 4,2 329999 5,1

с) Профили скоростей Vx по длине трубопровода

(L=10,25,50,75 м)

d) Распределение скорости (горизонтальная

составляющая Vx), t = 4,2 c.

b) Распределение статического давления по длине

трубопровода, t= 20c. Статическое даление в точке

(L=75м)

a) Распределение статического давлениея по длине

трубопровода t= 20c. Статическое даление в точке

(L=25м)

12/24/2011

15

Примеры тестовых задач• Вихревая дорожка Кармана (Red=4000)

12/24/2011

16

Примеры тестовых задач• Вихревая дорожка Кармана (Red=4000)

• Эффект Магнуса

12/24/2011

17

Примеры тестовых задач

Гидродинамический расчет модели гребного винта

• Исходные данные для расчета:• Скорость потока на входе в канал – 10м/c

• Избыточное давление на выходе из канала – 0 Па

• Плотность воды ρ – 1000 кг/м3

• Динамическая вязкость – 0.001 Па c

• Шаг винта – 0.24 м

• Частота вращения гребного винта – 3000 об/мин

• Время симуляции – 0,25 с

• Машинное время счета – около 20 ч.

• Размерность модели - 4031461 particles

• Размер частиц : – 0.01 м (у стенки)

– 0,0025м (вокруг

подвижной и неподвижной

частей)

• Refinement algorithm – yes (near walls)

12/24/201118

• Геометрическая модель в Xflow

12/24/2011

19


12/24/2011

20

V inlet=10 m/s

Poutlet= 0PaRectangular domain:Dimensions (3.5,1,1)

Гидродинамический расчет модели гребного винта• Расчетная модель в Xflow

12/24/2011

21

• Упор винта

• Эффективный упор

• Расчитанная мощность

НFy 1128

Н

FFP partprop

9681601128

Вт

MP x

16321

112,314961,51

References:


• Результаты расчета

12/24/2011

22

12/24/2011

23

Validation case: Automotive aerodynamics

• For this validation the 1/5 wind

tunnel test model has been adopted

• The wind tunnel domain type

available in XFlow is used, with an

inlet uniform velocity of 50 m/s

• Vehicle's length, width and height are

0.81 m, 0.29 m and 0.27 m

respectively

• Wind tunnel dimensions are 9 x 1.5 x

3 m

• The fluid properties are density = 1

kg m3 and dynamic viscosity = 1,5

105 Pa s

• The Reynolds number for this case is

2,7 106

• Particle resolution in the far field is

0.1 m, while in the wake and on the

model surface scales up to 2.5 mm

are resolved.

а) ASMO body and wind tunnel geometries (Tunnel dimensions 9 x 1.5 x 3 m)

b) Snapshot of isosurface of vorticity (Left view).

c) Snapshot of isosurface of vorticity (Top view).

12/24/2011

24

Validation case : Automotive aerodynamics

c) Instantaneous velocity field: on the vehicle

surface

e) Instantaneous velocity field: in theY = 0:07 m plane

f) Instantaneous velocity field: in the symmetry planed) Instantaneous pressure eld in the symmetry plane and skin

friction distribution

а) Front pressure distribution along the symmetry plane

b) Roof pressure distribution along the symmetry plane.

12/24/2011

25

Validation case : Automotive aerodynamics

c) Overall drag history

d) Drag values for ASMO modelb) Underbody pressure distribution along the symmetry plane

a) Base pressure distribution along the symmetry plane

Documents

Xflow – полнофункциональный программный