5. Csoportos feladat: Hátrafelé néző lépcső CFD elemzése k-omega SST modellel

 

A feladat áramlás irányában lelépő lépcsővel ellátott csatornaszakaszban kialakuló áramkép kiszámítása adott tető állásszög (alfa) esetére. A számítás eredményeit a feladathoz biztosított mérések eredményeivel kell összehasonlítani.

 

Leírás: bfs

1.ábra Geometriai modell és az áramlás szerkezete

 

A lépcső egy csatorna oldalában helyezkedik el. A csatorna állandó szélességű (az ábra síkjára merőleges méret állandó), az áramlás 2-dimenziósnak tekinthető. A csatorna magassága a lépcső előtt Y0(=8H), a lépcső után pedig Y0+H, ahol a lépcső magassága H. Mivel a tartomány minden mérete kifejezhető H-val, ezért csak annak értékét mutatjuk az ábrán: H=12.7mm. A lépcső előtt a geometria x=-2H távolságban kezdődik, a lépcső felső éle az (x=0, y=0) koordinátán kell legyen! A lépcső mögött 15H távolságban kell lennie a kilépés peremfeltételnek! A csatorna teteje zsanérozott a lépcső síkjával azonos koordinátán (x=0) és különböző szögekbe dönthető. Ezzel diffúzorossá, illetve konfúzorossá tehető a lépcső utáni csatorna tartomány, amellyel a nyomás áramlás irányában növelhető, illetve csökkenthető. A tető beállítási szögét az ábrán α-val (alfa) jelöltük.

 

Peremfeltételek

 

Belépő peremfeltételként egy sebesség és turbulencia profilt írunk elő, amely a mellékelt bfs_belepes.prof profilfájlban szerepel. Fontos, hogy a belépő profil a lépcső síkjától visszafelé (az ábrán tőle balra) x=-2H távolságban van, ezért a geometrián is ott kell lennie. A profil fájl tartalmazza a belépő sebesség eloszlást, a turbulens kinetikai energia (k), a disszipáció (epszilon), illetve a specifikus disszipáció (omega) értékeit (utóbbiak a FLUENT manual javaslatai szerint kiszámolva). A kilépésnél állandó nyomás peremfeltétel, a falaknál pedig a tapadás törvénye alkalmazható.

 

A referencia sebesség, amit az eredmények dimenziótlanítására kell használni (NEM PEREMFELTÉTEL!!!) Uref=44.2m/s.

 

1. Részfeladat    (3 pont)

A geometriai modell elkészítése alfa=-2°, 0°, 6° és 10° esetekre;

Struktúrált hálók elkészítése;

Vegye figyelembe az alábbiakat:

- a falak közelében határréteg található, amelynek falra merőleges irányú felbontására ügyelni kell;

- a lépcső élén a határréteg leválik és nyíróréteg alakul ki, ezért a nyíróréteg várható helyén is ügyeljünk a háló megfelelő sűrűségére.

 

2. Részfeladat    (3 pont)

Megfelelő peremfeltételek kiválasztása és paramétereik megadása FLUENT-ben;

A belépő peremfeltételt profil fájl segítségével adja meg!

 

3. Részfeladat    (3 pont)

Ellenőrizze a háló megfelelőségét a turbulencia modellek, illetve a kialakult nagy nyírással jellemzett tartományok megfelelő felbontása tekintetében alfa=0 esetre:

-   ellenőrizze a fali y-plus értékét, hogy a turbulencia modell által megkövetelt tartományban van-e. Ha nincs, módosítsa a háló ezen részét;

-   végezzen adaptív sűrítést a szabad nyírórétegek tartományán és ellenőrizze, hogy mennyit változnak az áramlási jellemzők!

 

4. Részfeladat    (3 pont)

Végezze el a számítást k-omega SST turbulencia modell alkalmazásával négyféle alfa szögre!

-              Rajzoltassa ki a sebességeloszlást a lépcső mögött 1H, 2H, 3H, 4H és 5H távolságban!

-              Vesse össze az ön által kapott visszafekvési távolságot a mérésnél kapott értékkel (xR/H)!

-              Vesse össze a nyomástényező (cp) megoszlásokat az alábbi táblázatokban található mérési adatokkal, ügyelve a referencia értékek helyes beállítására!

Mérési adatok:

A visszafekvési pont helye

Tető szöge

Visszafekvési hossz

Hibája

a [°]

Xr/H

dXr/H

-2

5.82

-0.08

0

6.26

-0.1

6

8.3

-0.15

10

10.18

-0.5

 

Nyomástényező (a) a lépcső oldalán

X/H

a=-2

a=0

a=6

a=10

-8.5

0

0.0039

0.0117

0.0088

-6.5

0

0

0.0136

0.0108

-4.5

-0.0059

-0.0048

0.0166

0.0187

-2.5

-0.0296

-0.0231

0.0214

0.0266

-0.5

-0.0642

-0.0472

0.0283

0.0512

0

-0.0859

-0.0607

0.0361

0.061

0.5

-0.0899

-0.0636

0.0331

0.06

1

-0.0899

-0.0665

0.0312

0.0571

1.5

 

 

0.0292

0.0571

2

-0.1017

-0.0742

0.0253

0.0571

2.5

 

 

 

0.0502

3

-0.1037

-0.0762

0.0185

0.0482

3.5

-0.083

-0.0665

0.0253

 

4

-0.0464

-0.0424

0.04

0.0581

4.5

0.0049

0.0077

0.0585

 

5

0.0494

0.0482

0.0829

0.0876

5.5

0.0771

0.0782

 

 

6

0.1037

0.1129

0.1297

0.1251

6.5

0.1205

0.1303

 

 

7

0.1275

0.1389

0.1667

0.1556

8

0.1304

0.1515

0.1989

0.1871

8.5

 

 

0.2115

 

9

0.1225

0.1535

0.2203

0.2117

9.5

 

 

0.231

 

11

0.0978

0.1477

0.2544

0.2551

12

 

 

0.2641

 

13

0.0751

0.1409

0.2749

0.2846

15

0.0534

0.1342

0.2924

0.3073

17

0.0385

0.1303

0.308

0.328

19.5

0.0168

0.1285

0.3265

0.3448

21.5

0.001

0.1246

0.3402

0.3596

23.5

-0.0168

0.1227

0.3528

0.3723

25.5

-0.0346

0.1227

0.3674

0.3813

27.5

-0.0494

0.1218

0.3821

0.3921

29.5

-0.0652

0.1218

0.3889

0.4011

31.5

-0.085

0.1199

0.4035

0.409

33.5

-0.1048

0.116

0.4133

0.4139

35.5

-0.1236

0.1189

0.4279

0.4198

37.5

-0.1463

0.1141

0.4347

0.4209

 

Nyomástényező a felső felületen

X/H

a=-2

a=0

a=6

a=10

-5

0.0178

0.0087

0.0039

-0.0108

3

0.0306

0.0414

0.0799

0.0896

5

0.03

0.0511

0.1248

0.1536

7

0.0296

0.0598

0.1627

0.1989

9

0.0425

0.081

0.1989

0.2471

11

0.0504

0.0993

0.232

0.2816

13

0.0454

0.1118

0.2612

0.3092

15

0.0336

0.1138

0.2846

0.3338

17

0.0286

0.1206

0.308

0.3545

19

0.0148

0.1216

0.3246

0.3683

21

0.001

0.1216

0.3402

0.3821

23

-0.0158

0.1207

0.3538

0.389

25

-0.0296

0.1236

0.3713

0.3979

27

-0.0474

0.1217

0.384

0.4029

29

-0.0642

0.1208

0.3947

0.4079

31

-0.0811

0.1189

0.4055

0.4178

33

-0.1038

0.116

0.4133

0.4178

35

-0.1236

0.1179

0.4298

0.4228

37

-0.1464

0.1131

0.4396

0.4239

5. Részfeladat    (3 pont)

Jelenítse meg a sebesség szerint színezett áramvonalakat, a statikus-, az össznyomás eloszlást, valamint a turbulens kinetikai energia eloszlását és mentse el az ábrákat TIF formátumban.

Röviden fogalmazza meg a feladat célját, a megoldás módszerét és foglalja össze az eredményeket.

 

Az önálló feladat eredményeit PowerPoint (.PPT) formátumú dokumentumban készítse el, majd töltse fel a személyes könyvtárába!