Turbulent viscosity limited to viscosity ratio of 1.000000e+05

Random86

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#1
Buongiorno a tutti. Sono uno studente di ingegneria aerospaziale e per la tesi devo realizzare un modello di bulbo+deriva per una barca a vela più varie soluzioni di raccordo.
Ho realizzato la mesh del modello con icem cfd; sfruttando la simmetria del problema ho considerato solo metà del dominio. Inoltre, ho imposto la transizione da laminare a turbolento inserendo un piano all'interno del dominio di calcolo. Come solutore uso FLUENT.
Il conto è incomprimibile e stazionario ed ha come obbiettivo il calcolo della resistenza e degli sforzi a parete (sul bulbo ed in particolare nella zona di raccordo). Per questo motivo ho inserito anche una mesh di stato limite che va da 1 a 200 y+ per poter utilizzare le Enhanced Wall Treatment. La mesh è non strutturata, con mesh di strato limite ad pentaedri (i prismi come li chiama icem) e poi tetraedri all'esterno. Ora, una volta eseguita la mesh in icem l'ho controllata per verificare che non ci siano errori, ed in effetti non mi restituisce alcun errore. Quindi sono passato all'analisi in FLUENT. Caricata la mesh, ho definito il modello come k-eps realizzabile con Enhanced Wall Treatment; ho definito la velocità nell'inlet e una condizione di pressione sull'outlet, mentre il piano all'interno il dominio, che divide la zona laminare da quella turbolenta, l'ho definito come interior.
Una volta fatto questo, quando lancio il conto (Re=10^6), mi viene fuori un messaggio di warning del tipo:
turbulent viscosity limited to viscosity ratio of 1.000000e+05 in tot cells
dove il numero di celle varia con l'interazione. In aggiunta, noto che il residuo dell'equazione di continuità non converge assolutamente, ma anzi va quasi a divergere, come il valore del coefficiente di resistenza.
Pensando che il problema fosse legato alla separazione del dominio in due ho provato anche a lanciare un conto tutto turbolento, ma senza alcun risultato accettabile.
Inoltre ottengo lo stesso problema sia che lavori su una mesh da un milione di elementi, sia su una da sette milioni e passa. Qualcuno mi può aiutare????
Grazie
 

Sylnet

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#2
Penso che tu ci abbia già provato. Ma hai provato a mettere dei valori di sotto rilassamento più bassi nelle equazioni che ti danno problemi? Prova a partire da un upwind 1° ordine fino a convergenza e poi imposta un upwind 2°
 

Sylnet

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#3
Se trova una soluzione potrebbe riferirla, anche io sono interessato a questo problema

Grazie e buona giornata
 

Random86

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#4
Ci sto lavorando. A quanto pare è principalmente un problema di condizioni al contorno. Ho anche provato a cambiare il solutore da SIMPLE a Coupled, e sembra produrre soluzioni migliori: nel senso che l'eq. di continuità non diverge, ma di fatto non dà neppure l'impressione di convergere molto. Però ho notato che il numero di celle che danno il problema con questo metodo si riduce e da una certa iterazione in poi scompare. Il problema è che i tempi di calcolo si allungamo di parecchio! Quindi per adesso sto cercando di trovare delle condizioni opportune per evitare di usare questo scema, anche se alla fine penso che sul conto finale userò proprio questo ed aspetterò pasientemente. Appena avrò nuove notizie ti farà sapere. Ciao!
 

Sylnet

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#5
Ha già provato con spalart allmaras per risolvere l'equazione di turbolenza? Questo metodo utilizza una sola equazione, quindi risulta un po'meno preciso del K-eps ma è molto utilizzato in aeronautica, questo perchè utilizzando modelli con molti elementi è preferibile utilizzare equazioni più semplici e quindi più leggere sotto il profilo computazionale.

Magari cambiando completamente modello di turbolenza il problema potrebbe migliorare notevolmente. Cmq un altra causa del suo errore potrebbe essere che non ha ridimensionato correttamente la mesh quando è stata importata in fluent...ma presumo che questo lo abbia già verificato essendo un errore abbastanza comune

Per il momento è tutto, e auguri per il problema :smile:
 

sail

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#6
una alta turbulent viscosity che poi sparisce può essere data da celle con grande aspect ratio (se hexa) o alto skewness (se tet), assieme con una situazione di grande cambiamento degli stress rispetto all'nizializzazione.

per accellerare la convergenza si può aumentare l'underrelaxation della turbulence intensity e dissipation all'inizio, controllare che i valori di turbulence intensity e dissipation rate dell'inlet siano realistici, controllare visivamente, dopo poche iterazioni, che la mesh sia a posto nella zona dove si sviluppa questa alta turbulence intensity, provare con schemi numerici piu flessibili (simplec/simpler se incompressibile).

altre "trrucchetti" consistono nel fare una simulazione veloce con la stessa geometria ma una mesh piu rada (di solito è meno sensibile a questo problema perche le celle sono meno stiracchiate, soprattutto nel bl) ed usarla come initial condition per la simulazione con la mesh piu fitta.

tra l'alto usare metodi di secondo ordine, se la simulazione non diverge, migliora decisamente la velocità della convergenza. è vero che è numeircamente piu impegnativo dell'upwind1, ma è anche meno dissipativo e usa in generale un mino numero di iterazioni.

random, per curiosità dove studi e per che tipo di barca è la deriva e bulbo? sono isolate o con lo scafo e multiphase?

cio e buona fortuna
 

Sylnet

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#7
Concordo sul fatto che upwind di 2° ordine sia meno dissipativo, però esso è anche meno stabile è al il rischio di avere degli overshoot, anche se poi vengono limitati! Non è cmq meglio un primo ordine che semplicemente per determinare il centro cella utilizza le proprietà sulle facce adiacenti? L'upwind di secondo ordine guarda due celle a monte e una a valle rispetto alla direzione del flusso, quindi avendo elementi molto distorti come giustamente lei ha ipotizzato, mi porta una grossa imprecisione nel calcolo se si utilizzano appunto celle molto distorte a monte e poco distorte a valle...nel senso che rischio di avere una valore troppo elevato nel punto dove voglio ricavare la proprietà calcolata.

Le mie erano più delle considerazioni personali, se ho sbagliato mi faccia sapere

Buona giornata
 

Random86

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#8
random, per curiosità dove studi e per che tipo di barca è la deriva e bulbo? sono isolate o con lo scafo e multiphase?
Sto studiando al Politecnico di Milano, ingegneria aeronautica. Come riferimento sto considerando le barche della TP52, che hanno come vantaggio il fatto di non avere winglets sul bulbo e quindi una geometria più semplice. Inoltre non sto considerando lo scafo, ma solo bulbo e prima parte della deriva (in particolare, considero 3m di bulbo e 3m di deriva nel modello 1:1). Questo per limitare le dimensioni del dominio e riuscire a creare mesh più contenute. La tesi prosegue di fatto un lavoro precedente nel quale si aveva effettuato uno studio a potenziale+strato limite di bordo s'attacco sulla scia dell'articolo di Oudheusden, Caspare e altri, "Attachment-Line Approach for Design of Wing-Body Leading_Edge Fairing". Succesivamente sono state fatte delle simulazioni, sempre con Fluent, k-eps realizzabile, ma su un dominio molto piccolo, che considerava solo un quarto di bulbo (la metà superiore dal naso fino al punto di massimo spessore) e solo una piccola parte di deriva.
Adesso io dovrei riuscire e realizzare la simulazione su un dominio più esteso, anche per verificare i loro risultati, soprattutto per l'approccio potenziale+bl bordo d'attaco.
Sto già usando metodi del secondo ordine, ma non cambia di molto. L'unico cambiamento che ho notato è stato con l'utilizzo dello schema Coupled, anche se con evidenti rallentamenti.
Io in effetti ho un problema di skewness in alcune zone. In particolare sul bordo d'uscita della deriva. Ora, io sto sfruttando la simmetria del problema e quindi considero solo metà bulbo e deriva. Il bordo d'uscita della deriva è quindi adiacente al piano di simmetria. Dopo i primi problemi sui modelli, ho visto che la skewness dava problemi soprattutto in questa zona. Pensavo allora di tagliare il bordo d'uscita. Mi hanno però detto che il problema si può risolvere anche solo infittendo il numero di nodi. Tuttavia, con una prova che avevo fatto, passando da 6 a 7 milioni di elementi, le celle problematiche passavano da 11000 a 7000 e comunque la soluzione non era accettabile. Secondo voi è comunque opportuno troncare il bordo d'uscita del profilo? Grazie dei consigli. Ciao!
 

Sylnet

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#9
mh...non so se troncherei il bordo di uscita...sarebbe meglio vedere il caso per poter giudicare meglio. A mio parere lo lascerei, esso potrebbe generare vortici e distacchi della vena fluida che andrebbero a influire sulla parte posteriore del bulbo. Ora non sono molto pratico di barche di fluido dinamica su scafi, ma andando da alcuni anni in barca posso dirti che la deriva oltre una certa velocità spesso vibra molto, e lo si sente proprio anche sulla barca, proprio a causa dei suoi vortici. Sarebbe un lavoro troppo grande risistemare la mesh?
 

Sylnet

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#10
A parte questo che condizioni hai usato al contorno? un velocity inlet e un pressure outlet
mentre per le altre superfici hai usato la simmetria ? Quale velocità utilizzi per il flusso?
Lunedi provo a informarmi
 

Random86

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#11
Il problema relativo al risistemare la mesh è legato al fatto che con i pc che l'università mi ha dato a disposizione non posso salire ancora di molto in dimensioni. Forse riesco a raggiungere i 9 milioni, ma comunque penso che il problema rimanga comunque.
Per le condizioni al contorno:
- inlet: inlet-velocity con velocità imposta a 17.894m/s;
- pressure-outlet;
- simmetria altre 4 superfici restanti.
La condizione di simmetria è criticabile, soprattutto sulla parte superiore del box, dove si ha l'intersezione della deriva. Però era per evitare il problema di velocità nulla che ottengo imponendo wall -> no slip.
 

Sylnet

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#12
no bo io avrei messo le stesse condizioni...rifarei la mesh per ridurre sia la skewness che il numero di celle...nel senso che magari non è stata ben fatta fin dall'inizio la mesh, quindi potresti ottimizzarla un po'. Infittire cosi e basta non vuol dire che riuscirai a ottenere una riduzione della skewness. Ci metterei un 3-4 mio al max di celle, farei fare una prima simulazione, e poi tramite fluent ce una funzione che ti permette di infittire dove hai un gradiente di una qualche proprietà elevato, per esempio puoi dire che dove hai un grosso gradiente di velocità li fluent dovrà fare un infittimento della mesh. So che rifare la mesh è un gran lavoraccio però rischi di sprecare meno tempo.
 

sail

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#13
Concordo sul fatto che upwind di 2° ordine sia meno dissipativo, però esso è anche meno stabile è al il rischio di avere degli overshoot, anche se poi vengono limitati! Non è cmq meglio un primo ordine che semplicemente per determinare il centro cella utilizza le proprietà sulle facce adiacenti? L'upwind di secondo ordine guarda due celle a monte e una a valle rispetto alla direzione del flusso, quindi avendo elementi molto distorti come giustamente lei ha ipotizzato, mi porta una grossa imprecisione nel calcolo se si utilizzano appunto celle molto distorte a monte e poco distorte a valle...nel senso che rischio di avere una valore troppo elevato nel punto dove voglio ricavare la proprietà calcolata.

Le mie erano più delle considerazioni personali, se ho sbagliato mi faccia sapere

Buona giornata
innanzitutto diamoci del tu, sennò mi sento in imbarazzo. :tongue:

allora, così è comemi ricordo io:

i problemi di convergenza, undershoot e overshoot dovrebbero essere propri degli schemi central difference, che sono si di secondo ordine ma io mi riferivo a momenti, K e epsilon, che sono second order upwind. ma ovviamente posso essere in errore.

inoltre a memoria non mi pare che uno schema upwind prenda due celle a monte ed una a valle ma per il primo ordine alla faccia a monte prende il valore della cella a monte, mentre per la faccia a valle prende il valore della cella di riferimento.

il secondo ordine upwind invece prende solo i due stencil a monte.

però mi riservo di modificare la risposta dopo aver controllato la matematica :biggrin:



Sto studiando al Politecnico di Milano, ingegneria aeronautica. Come riferimento sto considerando le barche della TP52, che hanno come vantaggio il fatto di non avere winglets sul bulbo e quindi una geometria più semplice. Inoltre non sto considerando lo scafo, ma solo bulbo e prima parte della deriva (in particolare, considero 3m di bulbo e 3m di deriva nel modello 1:1). Questo per limitare le dimensioni del dominio e riuscire a creare mesh più contenute. La tesi prosegue di fatto un lavoro precedente nel quale si aveva effettuato uno studio a potenziale+strato limite di bordo s'attacco sulla scia dell'articolo di Oudheusden, Caspare e altri, "Attachment-Line Approach for Design of Wing-Body Leading_Edge Fairing". Succesivamente sono state fatte delle simulazioni, sempre con Fluent, k-eps realizzabile, ma su un dominio molto piccolo, che considerava solo un quarto di bulbo (la metà superiore dal naso fino al punto di massimo spessore) e solo una piccola parte di deriva.
Adesso io dovrei riuscire e realizzare la simulazione su un dominio più esteso, anche per verificare i loro risultati, soprattutto per l'approccio potenziale+bl bordo d'attaco.
Sto già usando metodi del secondo ordine, ma non cambia di molto. L'unico cambiamento che ho notato è stato con l'utilizzo dello schema Coupled, anche se con evidenti rallentamenti.
Io in effetti ho un problema di skewness in alcune zone. In particolare sul bordo d'uscita della deriva. Ora, io sto sfruttando la simmetria del problema e quindi considero solo metà bulbo e deriva. Il bordo d'uscita della deriva è quindi adiacente al piano di simmetria. Dopo i primi problemi sui modelli, ho visto che la skewness dava problemi soprattutto in questa zona. Pensavo allora di tagliare il bordo d'uscita. Mi hanno però detto che il problema si può risolvere anche solo infittendo il numero di nodi. Tuttavia, con una prova che avevo fatto, passando da 6 a 7 milioni di elementi, le celle problematiche passavano da 11000 a 7000 e comunque la soluzione non era accettabile. Secondo voi è comunque opportuno troncare il bordo d'uscita del profilo? Grazie dei consigli. Ciao!
bello tp 52! ma avete anche risultati sperimentali? il trailing edge è sempre un po un dolore da gestire. la cosa migliore sarebbe farlo tondo in modo che si chiuda su se stesso e le celle siano belline, all'atto pratico, mentre è vero che può vibrare, una steady ranse non riescere a cogliere questi fenomeni, e la recircolazione sarebbe così minima da essere ininfulente all'atto pratico.

comunque mi sembrano tantissime celle! :eek: per avere un'idea, quanto è grosso il dominio? e la mesh di superfice di bulbo e lama? su quanti punti si sviluppa la mesh del BL? te lo chiedo perche su un paper di bohm e graf presentato al 18th chesapeake sailing yacht symposium si parla di mesh notevolmente piu rade, con un modello di turbolenza abbastanza esoso e senza la simmetria a metà bulbo. quarteroni e parolini invece, nel mox report 10-2007 usano si 20 milioni di celle, me anche qui senza simmetria, e loro dovevano ciucciarsi anche le winglet.
 

sail

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#14
no bo io avrei messo le stesse condizioni...rifarei la mesh per ridurre sia la skewness che il numero di celle...nel senso che magari non è stata ben fatta fin dall'inizio la mesh, quindi potresti ottimizzarla un po'. Infittire cosi e basta non vuol dire che riuscirai a ottenere una riduzione della skewness. Ci metterei un 3-4 mio al max di celle, farei fare una prima simulazione, e poi tramite fluent ce una funzione che ti permette di infittire dove hai un gradiente di una qualche proprietà elevato, per esempio puoi dire che dove hai un grosso gradiente di velocità li fluent dovrà fare un infittimento della mesh. So che rifare la mesh è un gran lavoraccio però rischi di sprecare meno tempo.
d'accordissimo. la meshatura è tutto.
 

Sylnet

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#15
Ho rincontrollato, l'upwind di 2°ordine va solo due celle a monte come dicevi tu....pendo di averlo confuso con il QUICK (grazie mille! :smile:), però nell'algoritmo ci sono dei limiters per evitare di avere dei valori troppo alti, che non sarebbero reali e coerenti con il caso.

Per la mesh anche a me sembra un po troppo fitta, per quello proponevo di rimeshare in modo opportuno ma dimezzando il numero di elementi. E poi lanciare una simulazione e vedere dove vi sono ancora problemi, e in quelle zone infittire utilizzando direttamente fluent
 

sail

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#16
si ci sono i limiters, ma solo dei gradienti ed io mi aspetterei, con una mesh "decente" e sufficenti iterazioni dei gradienti non enormi in questo caso. daltronde non è un fluido comprimibile con shock e rarefazioni (un questo caso si entrano in funzione i limiti e l'upwind spalma lo shock su 8 celle). forse sugli stress, ma andando a convergenza dovrebbero spalmarsi...

Ot- hai poi rislto su come calcolare la perdita di carico? fluent riesce a calcolarla accuratamente rispetto ai metodi "empirici"?
 

Sylnet

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#17
mh...tu dici che ci sono dei limiters solo per i gradienti? intendi che vado a vedere il valore del gradiente...a me sembrava più che andasse a confrontare i valori tra le celle adiacenti per decidere se limitare o meno il valore, e non che guardasse il gradiente...in se con il gradiente non so se il valore che sto calcolando è più alto delle celle che mi stanno vicino, lo so se calcolo la proprietà in un dato punto...però potrei sbagliarmi....spero di essermi spiegato bene!

Cmq no, nn so bene come ricavare la perdita di carico tra due piani direttamente in fluent...credo che guardando la pressione statica media sulle facce, facendone poi la media la potrei ricavare...ma il valore non mi convinceva molto. Se sai qualcosa di ringrazierei molto :biggrin:
 

Random86

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#18
ma avete anche risultati sperimentali?
In futuro si, ma mancano i fondi per realizzare il modello...
La mesh da 6 milioni di elementi si sviluppa su un dominio che si estende per 1m davanti al naso del bulbo e per 2.5 dietro il bulbo stesso, con una distanza laterale di .60m, così come è di .60m la distanza tra l'asse del bulbo e il fondo del dominio di calcolo.
Adesso mi è stato consigliato di considerare un dominio più esteso: 2m davanti il bulbo e 4m dietro, sotto e di lato.
Il bulbo ha lunghezza 1m, come la deriva.
Su questa mesh considero un numero di nodi di strato limite che sono circa la metà del totale, andando da 1 y+ a 200.
Anche io sono portato a cercare di risistemare la mesh, ma non saprei bene dove andare a parare. Potrei provare a ridurre il numero di elementi sulle curve del contorno e raffinare la mesh sul corpo, però non credo così facendo di realizzare mesh meno grandi.
 

Sylnet

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#19
60 metri non sono troppi? Ora non so per la nautica come si estende il campo, ma per auto o aerei di solito prendevo da 5/10 metri avanti all'oggetto e 10/20 dietro per lasciare che il flusso si sviluppi bene, questo evita anche di avere rientri di flusso dovuti a turbolenze. Di solito come ben saprai è meglio posizionare inlet e outlet abbastanza lontani, o melgio vanno messi dove non ho forti gradienti per nessuna proprietà. Mentre ai lati non saprei, io cosi a naso senza vedere il progetto farei un 20 metri.
 

sail

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#20
In futuro si, ma mancano i fondi per realizzare il modello...
La mesh da 6 milioni di elementi si sviluppa su un dominio che si estende per 1m davanti al naso del bulbo e per 2.5 dietro il bulbo stesso, con una distanza laterale di .60m, così come è di .60m la distanza tra l'asse del bulbo e il fondo del dominio di calcolo.
Adesso mi è stato consigliato di considerare un dominio più esteso: 2m davanti il bulbo e 4m dietro, sotto e di lato.
Il bulbo ha lunghezza 1m, come la deriva.
Su questa mesh considero un numero di nodi di strato limite che sono circa la metà del totale, andando da 1 y+ a 200.
Anche io sono portato a cercare di risistemare la mesh, ma non saprei bene dove andare a parare. Potrei provare a ridurre il numero di elementi sulle curve del contorno e raffinare la mesh sul corpo, però non credo così facendo di realizzare mesh meno grandi.
le nuove dimensioni hanno molto piu senso (Sylnet penso che il suo .60 sia da intendersi come 0.60 m, troppo piccolo) altrimenti rischi che la tua soluzione sia influenzata troppo dall'imposizione delle boundary condition.

perche non posti qualche immagine della tua mesh? magari riusciamo a darti di consigli piu mirati.

per quanto riguarda la perdita di carico, credo che fare la differenza delle surface integral delle pressioni sia il procedimento giusto, ma mi chiedo quanto la cfd possa essere accurata in queste situazioni.
in fondo la perdita di carico in una tubazione dritta, se non ricordo male è data solo dagli attriti, e qui la cfd ha qualche problemuccio (ad esempio nessuno sa come calcolare l'attrito di una lastra piana ad alti numeri di Re).