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Institut für Energie- und
Umweltverfahrenstechnik
Strömungsmaschinen
Computational Fluid Dynamics
18.11.2011
Computational Fluid Dynamics
Seminar-Ablauf
1. Termin: Heute 18.11. 1200-1330 SK111
Ablauf- und Termininformationen
Einführung in CFD, anhand Simulationskette im
Auslegungsprozess
Einführung in BladeGen und Turbogrid
Ausgabe der CFD Aufgabe
2. Termin: 25.11. 1200-1330 SK111
Einführung in CFX- Pre
Durchführung von Simulationen
Einführung in CFX- Post
3. Termin: 14.12. 1000-1200 SK010
CFD in der Industrie
CFD Aufgabe:
Optimierung einer Turbinenstufe Festgelegte Termine: 9./16./23./30.1
1400-1800 in MC327
Optional: Durchgehend vom 9.1-30.1 in MA425
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Computational Fluid Dynamics
Simulations-Kette im Auslegungsprozess
Grundauslegung
Gitternetz
Definition der Randbedingungen
Strömungslöser, Simulation
Visualisierung und Auswertung der Ergebnisse
CAD Modell, Geometrie
Verbesserung, Modifikation
Computational Fluid Dynamics
CAD Modell, Geometrie
Software:
ProEngineer
Unigraphics
Solidworks
Catia
ANSYS BladeGen
Zweck: Dient als Grundlage für die Erstellung von Rechengittern
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Computational Fluid Dynamics
Gitternetz-Generierung
Software:
Ansys Icem
Ansys TurboGrid
GridGen
Gambit
Zweck: Numerische Lösung von partiellen Differentialgleichungen benötigen diskrete
Punkte im Raum Gitternetz
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Computational Fluid Dynamics
Definition der Randbedinungen
Zweck: Die Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls und Energie, sowie
Turbulenzgleichungen stellen ein so genanntes Anfangs- Randwertproblem dar.
Zur Lösung ist die Vergabe von Randbedingungen erforderlich.
Bestimmung von physikalischen Randflächen des Untersuchungsgebietes
(Ein-und Ausströmränder, Wände, Periodizitätsflächen etc.)
Software:
Ansys CFX-Pre
Ansys Fluent
Star-CCM
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Computational Fluid Dynamics
Strömungslöser, Simulation
Zweck: Lösung der Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls und Energie
Diskretisierung der partiellen Differentialgleichungen und Lösung des
Gleichungssystems
Konvergenzbestimmung
Software:
Ansys CFX-Solver
Ansys Fluent
Star-CCM
CD-Adapo
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Computational Fluid Dynamics
Navier Stokes Gleichungen (laminar, inkompr., stationär):
0
z
v
r
v
r
vzrr
2
22
1
r
vv
r
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r
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2
2
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z
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r
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Tc
k
z
Tv
r
Tv
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Massenerhaltung:
Impulserhaltung:
Energieerhaltung:
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Computational Fluid Dynamics
Diskretisierung der Erhaltungsgleichungen
• Umwandlung von kontinuierlicher Beschreibung des Problems in eine
diskrete Beschreibung
• Überführung der partiellen Differentialgleichungen in algebraische
Gleichungen
• Erhaltungsgleichungen werden nur an diskreten Punkten im Raum zu
bestimmten Zeitpunkten näherungsweise gelöst
• Räumliche und zeitliche Diskretisierung
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Computational Fluid Dynamics
Lösen des Gleichungssystems
• Die für jede Gitterzelle des Untersuchungsgebietes diskretisierten
Erhaltungsgleichungen bilden für die Bestimmung der Strömungsgrößen
ein System von gekoppelten, algebraischen Gleichungen, die es zu lösen
gilt
• Das Gleichungssystem ist bei strömungsmechanischen Problemstellungen
häufig nicht linear und erfordert zur Lösung numerische Algorithmen
(Jacobi-, Gauß-Seidel Verfahren)
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Computational Fluid Dynamics
Visualisierung und Auswertung der Ergebnisse
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Software:
Ansys CFX-Post
Ansys Fluent
Star-CCM
Zweck: Auswertung der Ergebnisse und ggf. Diskussion über Modifikation
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Computational Fluid Dynamics
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CFD Aufgabe: Optimierung einer Turbinenstufe
Nutzbare Software: Ansys BladeGen, Ansys TurboGrid, Ansys CFX
Verfügbare Daten: Work-sheet mit Randbedingungen
Abgabe Daten: Ansys CFX-Post Datei einer Turbinenstufe mit einem
Wirkungsgrad größer 0.95;
Bericht
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Computational Fluid Dynamics