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

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.

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

kommerzielle CFD-Systeme versus OpenFOAM Frei verfügbar unter der GNU-Public-License Angelegt als „Toolbox“ Sammlung von Utilities und „Solvern“ mit definier-tem Lösungsspektrum Text-Files Verfügbarkeit Lizenzpflichtig Funktionen in einem Executable Anpassungsfähig über definierte Schnittstellen Als multi-Purpose-System einsetzbar GUI Konzept Umfang Bevorzugte Arbeitsweise OpenFOAM® wird entwickelt und herausgegeben von SGI

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

Beispiel: Struktur von OpenFOAM 1 OpenFOAM Dateistruktur (Verzeichnisse der Funktionen/Modelle) Dictionary: Input für Berechnung Beispiel: Partikelberechnungen Dictionary: KinematicCloudProperties

Beispiel: Adaptieren von OpenFOAM OpenFOAM Quellcode Im Verzeichnis ../particleForces/sphereDrag Objektorientiert in C++ Input Re (Reynoldszahl) Output Widerstandswert (hier cd*Re)

Beispiel: Adaptieren von OpenFOAM Anpassungsmöglichkeit: Vorhandene Funktion nehmen (sphereDrag) Kopieren/Klonen Umbenennen (z.B. mySphereDrag) Anpassen Kompilieren Verwendung von „mySphereDrag“ im Input Dictionary für die Partikelbewegung OpenFOAM ist als Toolbox angelegt: Umfangreiche Lösungsmöglichkeiten mit vorhandenen Solvern Aber: Auf Anpassungsfähigkeit ausgelegt

Basis anwendungsbezogene Tools Prädestiniert für anwendungsbezogene Berechnungswerkzeuge Definierte Lösungsfähigkeiten eines „Solvers“ Verfügbarkeit des Quellcodes Objektorientierte Struktur Adaptierbarkeit Kommunikation auf Filebasis

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

OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1 Vernetzung mit CastNet

OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1

OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1 Temperaturverteilungen OpenFOAM CFD-Vergleichslösung

OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1 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 2 Füll- und Auslaufvorgänge mit bewegten Oberflächen und rotierenden Zonen Verteilung von Feststoff (Partikeln) Mehrphasenströmung

OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2

OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2

OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2 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 3 Beispiel 3 Verfahrenstechnik: Mischer Mit bewegten Gittern Basissystem: Extend basierend auf OpenFOAM-Technologie

OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2

OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2

OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 3 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

Umsetzung als Werkzeug 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.)

Geometriekomplexität Geringe Geometriekomplexität Mögliche Umsetzung: GUI/Text-File- basierte Inputparameterdefinition Vernetzung mit BlockMesh 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

Abstrakte Modellierung CAD-Input Abstrakte Modellierung Auffinden von geometrischen Komponenten ohne konkreten CAD-Bezug CFD-Vernetzung Lauffähiger OpenFOAM-Fall mit allen RBs und Lösereinstellungen

Zusammenfassung OpenFOAM: sehr gute Lösungsmöglichkeiten und Berechnungsverfahren für anspruchsvolle CFD-Analysen 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

Hinweis 7. OpenFOAM-Workshop dieses Jahr in Deutschland: Darmstadt, 25-28 Juni 2012 Erwartet werden 300-400 Teilnehmer aus Forschung, Lehre und Industrie Umfangreiches Programm mit 3 parallelen Vortragssessions Weitere Informationen und Flyer an unserem Stand