Simulation der Kármánschen Wirbelstraße mit Ansys.

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Simulation der Kármánschen Wirbelstraße mit Ansys
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    06-Apr-2016
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Simulation der Krmnsche Wirbelstrae mit Ansys

Simulation der Krmnschen Wirbelstrae mit Ansys

EinfhrungAls Krmnsche Wirbelstrae bezeichnet man ein Phnomen in der Strmungsmechanik, bei dem sich hinter einem umstrmten Krper gegenlufige Wirbel ausbilden. Die Wirbelstraen wurden von Theodore von Krmn erstmals 1911 nachgewiesen und berechnet [Wikipedia].

In dieser Anleitung wird aufgezeigt wie sich eine solche Wirbelstrae mit der Ansys Workbench realisieren lsst.

Erster Schrittffnen der WorkbenchErstellen eines CFX-Analysesystems per Drag & Drop

Zweiter Schritt: GeometrieMit einem Doppelklick auf Geometrie im CFX Analysesystem ffnet man den DesignModelerUm die Simulationszeit zu verkrzen werden nur die Bereiche in denen das Phnomen der Wirbelstrae auftritt feiner vernetzt. Hierzu werden neben dem Quader der den Simulationsraum darstellt weitere Quader erstellt die feiner vernetzt werden.Zweiter Schritt: Geometrie

Unter dem Reiter Erstellen -> Grundelemente in der oberen Taskleiste des DesignModelers kann man die aufgefhrten Grundelemente einfgen. Diese mssen nacheinander eingefgt und erstellt werden. Nach Eingabe der Details kann man diese ber den Blitz-Button erstellen.Dritter Schritt: VernetzungMit einem Doppelklick auf Netz im CFX Analysesystem ffnet man das Meshing Fensterber einen Rechtsklick auf Netz -> Einfgen erstellt man die Elementgre und die Erzeugung der Prismenschicht (Inflation)Bei der Elementgre ist darauf zu achten das fnf Flchen zu markieren sind. Dabei handelt es sich um die Flchen von Quader 2 und Quader 3 (Vorder- und Rckseite) sowie die des Zylinders

Dritter Schritt: Vernetzung

Rckseite nicht vergessen!

Ganzer Krper

ZylinderflcheDritter Schritt: Vernetzung

Das dabei entstehende Netz sollte nun so aussehen.

Diese Art der Vernetzung verringert die Simulationszeit

Vierter Schritt: Komponenten erstellen

Topwall: Flche der oberen Kante von Quader 1 Botwall: Flche der unteren Kante von Quader 1 Vierter Schritt: Komponenten erstellen

Sym1: Flchen der Vorderseite von Quader 1, 2 und 3 Sym2: Flchen der Rckseite von Quader 1, 2 und 3 Vierter Schritt: Komponenten erstellen

Inlet: Flche der linken Kante von Quader 1 Outlet: Flchen der rechte Kante von Quader 1 und Quader 3 Vierter Schritt: Komponenten erstellen

Zylinder: Flche des ZylindersFnfter Schritt: Setup (stationr)Hierfr ffnet man ber einen Doppelklick auf Setup im CFX-Analysesystem das CFX-Pre Fenster

ber einen Rechtsklick auf die Icons der Outline nimmt man hier die Einstellungen vor

Fnfter Schritt: Setup (stationr)

Default DomainFnfter Schritt: Setup (stationr)

Default DomainFnfter Schritt: Setup (stationr)

Solver ControlFnfter Schritt: Setup (stationr)Basic SettingsBoundary DetailsTopwallWallFree Slip WallBotwallWallFree Slip WallSym1SymmetrySym2SymmetryInletInletNormal Speed 1.5 [m/s]OutletOpeningRelative Pressure 0 [Pa]ZylinderWallNo Slip WallDefault DomainSechster SchrittDuplizieren des AnalysesystemWie in der Abbildung (rechts) umbenennen.Darauf achten das es bei den Setups keine Verwechselungen gibt

Die Lsung des stationren Analysesystems mit der Lsung des transienten Analysesystems verbindenSechster SchrittStarten der stationren Berechnung

Sechster SchrittDiese Simulation wird durchgefhrt bis man den Zeitschritt angezeigt bekommtDieser Zeitschritt wird notiert und die Simulation gestopptAnschlieend lscht man die Simulationsdaten der stationren Berechnung ber die Auswahl Zurcksetzen.

Siebter Schritt: Setup (transient)Setup des transiente Analysesystems ber einen Doppelklick ffnen.

Siebter Schritt: Setup (transient)

Output ControlAdd New ItemSiebter Schritt: Setup (transient)

xyzMonitor Point 10.160.1550.0005Monitor Point 20.160.1450.0005Monitor Point 30.20.160.0005Monitor Point 40.20.140.0005Monitor Point 50.280.160.0005Monitor Point 60.280.140.0005Output Controlber Add New Item die Monitorpunkte definieren. Alle sollen den Druck Pressure aufzeichnenSiebter Schritt: Setup (transient)

Notierter Zeitschritt der stationren Berechnung hier verwendenAnalysis TypeSiebter Schritt: Setup (transient)

Solver ControlAchter Schritt: Simulation

Da die Setups nun durchgefhrt sind startet man die Simulation ber den Berechnung aktualisieren Button. Die Software wird zunchst die stationre Berechnung durchfhren und auf dessen Grundlage anschlieend die transiente.Achter Schritt: Ergebnisse (transient)

Insert ContourAchter Schritt: Ergebnisse (transient)

InsertAchter Schritt: Ergebnisse (transient)Die Invariante Q die man ber diese Schaltflche auswhlen kann dient der Darstellung von Wirbeln im Strmungsfeld und beschreibt das lokale Gleichgewicht zwischen Rotation und Scherung in allen Raumrichtungen.

Insert