In dit artikel zullen wij een fundamentele simulatie valideren, namelijk een cirkelvormige cilinder in een luchtstroom. De simulatie in dit artikel wordt gevalideerd aan de hand van de gegevens van experimenteel onderzoek door J.-C. Bera et. al. [1].
De cirkelvormige cilinder die in de huidige simulaties wordt gebruikt, heeft een diameter van 10 cm. De lucht stroomt het domein binnen met een snelheid van 20 m/s en een turbulentie-intensiteit van 0,3%. Met deze instellingen gaven de experimenten een weerstandscoëfficiënt van 0,55 en een liftcoëfficiënt van -0,03.
Het domein rond het lichaam wordt beschreven in de afbeelding hieronder. De grootte van het domein is gebaseerd op de diameter van de pijp. De diepte van het domein is 1 diameter breed, waarmee de pijp in quasi-2D wordt gemodelleerd.
Figuur 1: domein
Er worden vier meshes gegenereerd om een mesh-verfijningsstudie uit te voeren. In de afbeelding hieronder is de grove mesh te zien. In de mesh worden twee verfijningsboxen gegenereerd om rekening te houden met de wervelingen die uit de pijp komen. Elke mesh verkleint de basisgrootte met een factor 2, beginnend met een basisgrootte van 10 cm voor de grove mesh en eindigend met een basisgrootte van 1,25 cm voor de fijnste mesh.
Figuur: grof mesh
Voor deze simulatie wordt één fase gebruikt, namelijk lucht. Er wordt gebruik gemaakt van het turbulentie realistische k-ε twee lagen model, met een turbulentie intensiteit van 0,3% en een referentie snelheid van 20m/s.
Er is een net- en tijdverfijningsstudie uitgevoerd om de weerstandscoëfficiënt zo dicht mogelijk te benaderen in vergelijking met de test. De resultaten van deze studie zijn te vinden in figuur 3. De experimentele luchtweerstandscoëfficiënt wordt in de legenda aangegeven door het vakje met de waarde 0,55. Uit deze figuur kan worden geconcludeerd dat een maximale basisgrootte van 2,5 cm nodig is met een maximale timestep van 1 ms. Dit leidt tot een fout in de weerstandscoëfficiënt van 2,5%. Deze fout kan worden teruggebracht tot een minimumwaarde van 1% door gebruik te maken van de fijnste mesh met een timestep van 0,2 ms of lager. Een fout van 2,5% wordt echter aanvaardbaar geacht voor verdere studie.
Figuur 3: mesh en tijd refinement studie
[1]
J.-C. Bera, M. Michard, M. Sunyach and G. Comte-Bellot, “Changing lift and drag by jet oscillation: experiments on a circular cylinder with turbulent separation,” European Journal of Mechanics – B/Fluids, vol. 19, pp. 575-595, 2000.
Wij beschikken over een betrouwbaar en flexibel team dat met u kan samenwerken om de structurele integriteit van uw producten grondig te beoordelen. Laat ons uitleggen hoe FEA & CFD waarde kunnen toevoegen aan uw werk.
lees meer
The software you use should get the job done. The analysis and simulation solutions from our Partner, Siemens Digital Industries Software will do just that. We offer related advice, support and training too.
Door middel van onderzoek en innovatie ondersteunen wij onze klanten om voorop te lopen op het gebied van nieuwe technologie. Daarom investeren wij in R&D en werken wij nauw samen met toonaangevende onderzoeksinstituten en universiteiten.
Heeft u vragen of interesse in één van onze diensten? Neem dan vrijblijvend contact met ons op. Wij helpen u graag.
Bij Femto Engineering helpen we bedrijven hun innovatieve ambities te bereiken met specialistische engineering consultancy, software en R&D.
Wij zijn Siemens DISW Expert Partner voor Simcenter Femap, Simcenter 3D, Simcenter Amesim, Simcenter STAR-CCM+ en SDC Verifier. Neem contact met ons op en laat FEM en CFD voor u werken.
Schrijf je nu in voor onze nieuwsbrief en ontvang maandelijks FEA kennis, nieuws en tips gratis in je inbox.
