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  1. #1
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    Analisi CFD per Choked Flow

    Choked Flow

    Devo progettare un componente che deve fare la tipica funzione choke: Pressione a monte fissa, pressione a valle indipendente dal flow rate e dipendente dalla geometria del "restringimento".

    Il restringimento vorremmo dimensionarlo con un'analisi CFD dedicata, in quanto non abbiamo possibilità di provare sperimentalmente il sistema.
    Il target di errore della simulazione è del 20%, questo errore sarebbe compensato da una regolazione in opera della geometria da parte del'operatore.

    La geometria è del tipo " tubo a monte -> orifizio -> tubo a valle "
    La pressione a monte è conosciuta (come un serbatoio), dentro il mio sistema invece non so nulla perche' sia il flow rate che si genera sia la pressione a valle dipendono dalla geometria del restringimento.

    Chiedo a chi ha esperienza con queste analisi:

    1) Floworks è troppo debole per gestire complicanze di questo tipo o va bene? Potrei usare Fluent, ma dato che come geometria di input ho un assime in SWX preferirei restare sulla piattaforma SWX se possibile.

    2) Se consigliate di passare a fluent, è possibile importare in gambit un assieme senza diventare matti? Tutte le volte che ho provato ho rinunciato ed ho ri-modellato una parte unica con tutto l'assieme. Se c'e' qualche trucchetto vi prego di consigliarmi in quanto sta volta è proprio dura (l'assime è complicato).

    3) Come settereste voi i "Boundary Types" in un sistema del genere? A parte la pressione in ingresso cosa dareste?

    4) K-Epsilon è indicato secondo voi? In letteratura si legge tutto e il contrario di tutto, sembra che k-w sia piu' consigliato per queste applicazioni, ma la convergenza è piu' complicata. Il mio range di errore ammissibile è piuttosto ampio e sarei orientato a restare su k-e.

    Grazie Mille per qualsiasi tipo di consiglio, confrontarsi con qualcuno su queste cose aiuta sempre......

  2. #2
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    Choked Flow

    Devo progettare un componente che deve fare la tipica funzione choke: Pressione a monte fissa, pressione a valle indipendente dal flow rate e dipendente dalla geometria del "restringimento".

    Il restringimento vorremmo dimensionarlo con un'analisi CFD dedicata, in quanto non abbiamo possibilità di provare sperimentalmente il sistema.
    Il target di errore della simulazione è del 20%, questo errore sarebbe compensato da una regolazione in opera della geometria da parte del'operatore.

    La geometria è del tipo " tubo a monte -> orifizio -> tubo a valle "
    La pressione a monte è conosciuta (come un serbatoio), dentro il mio sistema invece non so nulla perche' sia il flow rate che si genera sia la pressione a valle dipendono dalla geometria del restringimento.

    Chiedo a chi ha esperienza con queste analisi:

    1) Floworks è troppo debole per gestire complicanze di questo tipo o va bene? Potrei usare Fluent, ma dato che come geometria di input ho un assime in SWX preferirei restare sulla piattaforma SWX se possibile.

    2) Se consigliate di passare a fluent, è possibile importare in gambit un assieme senza diventare matti? Tutte le volte che ho provato ho rinunciato ed ho ri-modellato una parte unica con tutto l'assieme. Se c'e' qualche trucchetto vi prego di consigliarmi in quanto sta volta è proprio dura (l'assime è complicato).

    3) Come settereste voi i "Boundary Types" in un sistema del genere? A parte la pressione in ingresso cosa dareste?

    4) K-Epsilon è indicato secondo voi? In letteratura si legge tutto e il contrario di tutto, sembra che k-w sia piu' consigliato per queste applicazioni, ma la convergenza è piu' complicata. Il mio range di errore ammissibile è piuttosto ampio e sarei orientato a restare su k-e.

    Grazie Mille per qualsiasi tipo di consiglio, confrontarsi con qualcuno su queste cose aiuta sempre......
    ti dovresti creare il volume fluido con solidworks per facilitare l'importazione di gambit...crei una parte nuova, alcune estrusioni per racchiudere tutto il dominio solido e con la funzione cavità tagli tutti i solidi e tieni solo le parti bagnate dal flusso...gambit l'ho visto usare 1 volta e usavano questo metodo che poi è lo stesso che usiamo noi con entrambi i codici cfd che abbiamo...

    per le condizioni al contorno, beh 2 condizioni le devi sapere...

    bio

  3. #3
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    Scusa bio, ma in questo caso il dominio di flusso non è la parte cava all'inteno delle tubazioni? E' li che si deve studiare il comportamento del flusso. Io proverei ad importare in gambit in formato acis a da SW o meglio da rhino perche' io ho provato ad importare da SW ma non è potente come rhino (in acis). Fluent e' sicuramente potentissimo ma di mostri te ne fa venire mille, va bene sia K-e che K-w dipende tutto da che tipo di risultati hai intenzione di ottenere. Io utilizzerei K-e per quel range d'errore. pressure inlet ingresso, symmetry o wall le pareti lambite dal fluido e pressure outlet o meglio outflow per l'uscita. Sai usare Gambit? Se no sono almeno altri mille mostri.

  4. #4
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    Citazione Originariamente Scritto da SAIRUS Visualizza Messaggio
    Scusa bio, ma in questo caso il dominio di flusso non è la parte cava all'inteno delle tubazioni? E' li che si deve studiare il comportamento del flusso.
    difatti il metodo che ho scritto è per estrarre il volume fluido da una geometria pur complessa...e questo semplifica poi moltissimo il lavoro da fare con il software cfd o di meshatura..

    bio

  5. #5
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    Grazie bio, grazie SAIRUS.

    Gambit lo so usare, quello non è un problema.

    bio, utilizzero sicuramente il tuo consiglio per ottenere la geometria.

    Per quel che riguarda le boundary areas, mi è stato consigliato da "esperti" (non so di che livello a dire il vero, per questo cercavo un confronto con voi.....) di non mettere l'outflow per il calcolo del CV nelle tubazioni chiuse, in quanto rende il calcolo instabile, non certo. Daltra parte la pressione in uscita per me e' sconosciuta e non la voglio mettere contemporeamente alla inlet pressure.

    Quello che mi e' stato detto, in sostanza e' di mettere i vincoli all'incontrario. Ossia di mettere una pressione in uscita e di andare a vedere il pressure drop con il valore calcolato di pressione di inlet.
    Strano.

    Voi ne sapete qualcosa?
    E soprattutto consigliate di passare a fluent o di stare su floworks per questa analisi???

    Grazie mille

  6. #6
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    Citazione Originariamente Scritto da Druck Visualizza Messaggio
    Per quel che riguarda le boundary areas, mi è stato consigliato da "esperti" (non so di che livello a dire il vero, per questo cercavo un confronto con voi.....) di non mettere l'outflow per il calcolo del CV nelle tubazioni chiuse, in quanto rende il calcolo instabile, non certo. Daltra parte la pressione in uscita per me e' sconosciuta e non la voglio mettere contemporeamente alla inlet pressure.

    Quello che mi e' stato detto, in sostanza e' di mettere i vincoli all'incontrario. Ossia di mettere una pressione in uscita e di andare a vedere il pressure drop con il valore calcolato di pressione di inlet.
    Strano.
    qualcosa il flusso lo deve muovere...che questo sia un dP o un flusso imposto, non importa + di tanto..

    pressione a pressione, pressione a portata (Q, m, v) o portata a pressione sono le condizioni da cui partire...dipende quali sono le condizioni che conosci e non conosci...

    su cfx per esempio con flussi comprimibili, la convergenza è molto + veloce quando si impone una portata (in ingresso o in uscita)...anche se con dP imposto non si hanno cmq troppi problemi..

    bio

  7. #7
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    Ciao bio.

    Utilizzare la portata come condizione è quello che ho sempre fatto in quanto le analisi standard che normalmente devo fare è calcolare la pressione di uscita con tutti gli altri dati (p1,W) in una normale tubazioni in normali condizioni di fluido. Quindi normalmente il problema non sussiste.

    La condizione di chocked flow pero' è completamente diversa, in quanto è SOLO la geometria (il CV) e p1 a determinare la portata. Gli unici dati che l'utente puo' inserire sono:
    - Inlet Pressure
    - Inlet Temperature (anche se incide molto poco e si puo' trascurare)
    - Geometria

    La pressione in uscita teoricamente dovrebbe dipendere solo da p1, W(p1) e dal CV della geometria.
    p2 = p1 - DELTA_p(p1,CV)

    Teoricamente si potrebbe anche calcolare la portata con le formule in letteratura (http://en.wikipedia.org/wiki/Choked_flow), pero' se la geometria è complicata e non identificabile come un semplice orifizio (il mio caso in quanto il restringimento è a salti multipli) l'approssimazione è insostenibile.

    Diventa quindi fondamentale utilizzare l'Outflow o qualcosa di similare per dire in un certo modo al codice:
    "A monte c'e' un serbatoio infinito, il restringimento lo conosci, vedi tu quanto esce dal serbatoio e calcola la perdita di carico nel restringimento".

    Se è possibile ovviamente....
    Sto sbagliando qualcosa forse?

  8. #8
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    Ciao bio.

    Utilizzare la portata come condizione è quello che ho sempre fatto in quanto le analisi standard che normalmente devo fare è calcolare la pressione di uscita con tutti gli altri dati (p1,W) in una normale tubazioni in normali condizioni di fluido. Quindi normalmente il problema non sussiste.

    La condizione di chocked flow pero' è completamente diversa, in quanto è SOLO la geometria (il CV) e p1 a determinare la portata. Gli unici dati che l'utente puo' inserire sono:
    - Inlet Pressure
    - Inlet Temperature (anche se incide molto poco e si puo' trascurare)
    - Geometria

    La pressione in uscita teoricamente dovrebbe dipendere solo da p1, W(p1) e dal CV della geometria.
    p2 = p1 - DELTA_p(p1,CV)

    Teoricamente si potrebbe anche calcolare la portata con le formule in letteratura (http://en.wikipedia.org/wiki/Choked_flow), pero' se la geometria è complicata e non identificabile come un semplice orifizio (il mio caso in quanto il restringimento è a salti multipli) l'approssimazione è insostenibile.

    Diventa quindi fondamentale utilizzare l'Outflow o qualcosa di similare per dire in un certo modo al codice:
    "A monte c'e' un serbatoio infinito, il restringimento lo conosci, vedi tu quanto esce dal serbatoio e calcola la perdita di carico nel restringimento".

    Se è possibile ovviamente....
    Sto sbagliando qualcosa forse?
    in cfx c'è la possibilità di impostare in uscita un flusso supersonico, per cui non c'è la necessità di dare una condizione al contorno...dovresti avere l'equivalente in fluent, dubito in cosmos...

    cmq c'è un bel po' di teoria dietro tutto questo e io la so in maniera riduttiva...

    dal manuale di cfx:
    When you are setting up a problem make sure that the boundary conditions, material properties and geometry are all physically consistent. For instance, for certain internal geometries, there is a maximum achievable mass flow rate. The solver will not produce a converged solution with mass flow boundary conditions specified with a higher value than this limit.

    per esempio se nel tuo caso (con cfx) impostassi una portata superiore a quella realmente ottenibile dal circuito, l'analisi non convergerebbe...

    sento puzza di caso abbastanza difficile :D

    bio

  9. #9
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    Citazione Originariamente Scritto da bio Visualizza Messaggio
    in cfx c'è la possibilità di impostare in uscita un flusso supersonico, per cui non c'è la necessità di dare una condizione al contorno...dovresti avere l'equivalente in fluent, dubito in cosmos...
    bio
    Interessante, questa possibilità non la conoscevo.

    Ma c'e' anche la possibilità di non assegnare il vincolo dicendo che il transonico è all'interno del volume ma non necessariamente all'ingresso o all'uscita??

    Ciao

  10. #10
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    Citazione Originariamente Scritto da Druck Visualizza Messaggio
    Interessante, questa possibilità non la conoscevo.

    Ma c'e' anche la possibilità di non assegnare il vincolo dicendo che il transonico è all'interno del volume ma non necessariamente all'ingresso o all'uscita??

    Ciao
    non saprei..così a occhio l'unico modo di non assegnare il vincolo è l'avere il transonico all'uscita..

    ma non mi è mai capitato..

    bio


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