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Anwendungsbezogene Berechnungswerkzeuge versus Multi- Purpose Codes: Neue Möglichkeiten im CFD Einsatz durch OpenSource basierte Modellentwicklung Dr.

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Präsentation zum Thema: "Anwendungsbezogene Berechnungswerkzeuge versus Multi- Purpose Codes: Neue Möglichkeiten im CFD Einsatz durch OpenSource basierte Modellentwicklung Dr."—  Präsentation transkript:

1 Anwendungsbezogene Berechnungswerkzeuge versus Multi- Purpose Codes: Neue Möglichkeiten im CFD Einsatz durch OpenSource basierte Modellentwicklung Dr. Ulrich Heck, Martin Becker DHCAE Tools

2 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG Inhalt Vorstellung DHCAE Tools Struktur und Aufbau von OpenFOAM® Beispiele für OpenFOAM® CFD-Berechnungs- fähigkeiten und erforderliche Anpassungen Umsetzung als anwendungsbezogene Berechnungswerkzeuge OPENFOAM® ist ein registriertes Markenzeichen von SGI Corp.

3 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG DHCAE Tools DHCAE Tools: Gegründet nach langjährigen Berechnungsdienstleitungen Kundenangepasste CFD-Tools –Spezielle Aufgaben –Begleitung von Firmen bei CFD-Einführung Kombination OpenSource und lizenzpflichtige Systeme: –Pre Prozessing (Eigene Entwicklung): CAD basierter GUI-Pre- Prozessor CastNet für OpenFOAM –Solving: OpenFOAM und Anpassungen auf Basis der OpenFOAM Technologie –Post Processing: Paraview u.a. Training und Support

4 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG kommerzielle CFD-Systeme versus OpenFOAM kommerzielle CFD Verfügbarkeit Konzept Umfang Bevorzugte Arbeitsweise OpenFOAM® wird entwickelt und herausgegeben von SGI OpenFOAM Frei verfügbar unter der GNU-Public-License Angelegt als Toolbox Sammlung von Utilities und Solvern mit definier- tem Lösungsspektrum Text-Files Lizenzpflichtig Funktionen in einem Executable Anpassungsfähig über definierte Schnittstellen Als multi-Purpose- System einsetzbar GUI

5 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG OpenFOAM-Struktur Input für einen Berechnungsfall: Verzeichnis für einen Fall Dictionaries mit bestimmten Aufgaben Informationen verteilen sich auf Vielzahl von Files Beispiel: Adaptieren von OpenFOAM: - -Partikeltransport - -Verwendete Partikelmodelle werden definiert durch Dictionary: kinematicCloudProperties in constant

6 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG Beispiel: Struktur von OpenFOAM 1 Dictionary: Input für Berechnung Beispiel: Partikelberechnungen Dictionary:KinematicCloudProperties OpenFOAM Dateistruktur (Verzeichnisse der Funktionen/Modelle)

7 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG Beispiel: Adaptieren von OpenFOAM OpenFOAM Quellcode Im Verzeichnis../particleForces/sphereDrag Objektorientiert in C++ Input Re (Reynoldszahl) Output Widerstandswert (hier cd*Re)

8 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG Beispiel: Adaptieren von OpenFOAM Anpassungsmöglichkeit: 1. 1.Vorhandene Funktion nehmen (sphereDrag) 2. 2.Kopieren/Klonen 3. 3.Umbenennen (z.B. mySphereDrag) 4. 4.Anpassen 5. 5.Kompilieren 6. 6.Verwendung von mySphereDrag im Input Dictionary für die Partikelbewegung OpenFOAM ist als Toolbox angelegt: Umfangreiche Lösungsmöglichkeiten mit vorhandenen Solvern Aber: Auf Anpassungsfähigkeit ausgelegt

9 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG Basis anwendungsbezogene Tools Prädestiniert für anwendungsbezogene Berechnungswerkzeuge Definierte Lösungsfähigkeiten eines SolversDefinierte Lösungsfähigkeiten eines Solvers Verfügbarkeit des QuellcodesVerfügbarkeit des Quellcodes Objektorientierte StrukturObjektorientierte Struktur AdaptierbarkeitAdaptierbarkeit Kommunikation auf FilebasisKommunikation auf Filebasis

10 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1 Quench: Kühlung von heißen Gasen mit einem Spray Stark drallbehaftete Strömung Lagrangescher Partikeltransport mit starker Interaktion: Thermische: Verdunstungskühlung Impuls: Dichteänderung, Sprayeintrag

11 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1 Vernetzung mit CastNet

12 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1

13 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG Temperaturverteilungen OpenFOAM CFD-Vergleichslösung OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1

14 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG Vorhanden in OpenFOAM: Stationäre/Instationäre Solver für Partikeltransport in Gasen mit verschiedenen Phasenanteilen (Species) Solveranpassungen: Entfernen der Reaktionskinetik Optimierung der Zeitschrittweiten in stationärem/ instationärem Solver (Abhängig vom Iterationsfortschritt) Bei mehreren Parcels: Erweiterung der Solver und des I/Os auf zusätzliche Parcelgruppen OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1

15 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG Füll- und Auslaufvorgänge mit bewegten Oberflächen und rotierenden Zonen Verteilung von Feststoff (Partikeln) Mehrphasenströmung OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2

16 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2

17 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2

18 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG Vorhanden in OpenFOAM: Leistungsstarke Löser für freie Oberflächen Vorhandene Zusatzfunktionalitäten: Rotierende Komponenten (MRF) und poröse Zonen Adaptive Gitter (Auflösung der Grenzfläche) Verschiedene Anzahl von Phasen Kavitation Solveranpassungen: Erweiterung des ungekoppelten Partikelsolvers auf VOF Partikeltransport nur in Flüssigphase OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2

19 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG Beispiel 3 Verfahrenstechnik: Mischer Mit bewegten Gittern Basissystem: Extend basierend auf OpenFOAM-Technologie OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 3

20 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2

21 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2

22 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG Vorhanden in Extend: GGI: Generalized Grid Interface Für nicht konforme Gitter, insbesondere rotierende Komponenten Nutzung im Bereich Turbomachinery Vorstudien: Eignung des GGI für unstrukturierte Gitter Solveranpassung: Integration eines skalaren Transports zur Beurteilung der Durchmischung OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 3

23 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG Abhängig von individueller Arbeitsweise (z.B. Text oder GUI basierend), CFD-Kenntnisstand (z.B. bzgl. der Modellauswahl und Lösungsparameter) und vorhandener Infrastruktur (Linux/Windows-Plattform, vorhandene CAD-Systeme etc.) Umsetzung als Werkzeug

24 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG Geometriekomplexität Geringe Geometriekomplexität Mögliche Umsetzung: 1. 1.GUI/Text-File- basierte Inputparameterdefinition 2. 2.Vernetzung mit BlockMesh 3. 3.Automatisiertes Skripting für Solver Vorteil: Reine OpenSource Komponenten oder freie Programmiersprachen (z.B. Python) Erhöhte Geometriekomplexität CAD basierter Ansatz Kommerzielle Zusatztools für Pre-Prozessing erforderlich Beispiel: Abstrakte Modellierung

25 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG Abstrakte Modellierung Auffinden von geometrischen Komponenten ohne konkreten CAD-BezugAuffinden von geometrischen Komponenten ohne konkreten CAD-Bezug CFD-VernetzungCFD-Vernetzung Lauffähiger OpenFOAM-Fall mit allen RBs und Lösereinstellungen CAD-Input

26 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG Zusammenfassung Basis für anwendungsbezogene Berechnungswerkzeuge: Definierte Lösungsfähigkeiten eines Solvers Verfügbarkeit des Quellcodes Objektorientierte Struktur Adaptierbarkeit Kommunikation auf Filebasis Nach Anfordernissen Integration in den Workflow: Komplette OpenSource Lösungen: geringer Geometriekomplexität Komplexe CAD-> proprietäre Zusatztools verfügbar OpenFOAM: sehr gute Lösungsmöglichkeiten und Berechnungsverfahren für anspruchsvolle CFD-Analysen

27 DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG Hinweis 7. OpenFOAM-Workshop dieses Jahr in Deutschland: Darmstadt, Juni 2012 Erwartet werden Teilnehmer aus Forschung, Lehre und Industrie Umfangreiches Programm mit 3 parallelen Vortragssessions Weitere Informationen und Flyer an unserem Stand


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