FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Betreuer der Diplomarbeit: Herr Prof. Dr.-Ing Kameier Herr Dipl. Ing. Morowka Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Aufbau der Diplomarbeit Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Auslesen der Daten aus Ansys Pfad wählen Größen wählen Speichern Excel Arithmetisch Mitteln Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Vernetzung (Meshing) Viereckselemente Dreieckselemente Vernetzungsmethoden Free-meshing Mapped-meshing Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung „Space Ratio“ mit Space Ratio ohne Space Ratio Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Hinweise zur Netzqualität Strukturierte Vernetzung Feines Netz Seitenverhältnis Viereckselemente 1:3 Ein optisch „gutes“ Netz ergibt auch „gute“ Ergebnisse Beispiel für ein strukturiertes Netz Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Numerische Berechnungen am Testfall Hagen-Poiseuille-Strömung (laminare Rohrströmung) Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung        Die Hagen-Poiseuille-Strömung in einem Kanal mit Rechteckquerschnitt Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Darstellung des Strömungsverlaufes Ausgebildetes Strömungsprofil Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Geschwindigkeits- Vektor-Plot Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung 4.72% 4.71% 3.78% 15.36% 1.36% 1.99% 0.8% 0.5% 0.35% 0.13% Anzahl Knoten y-Richtung x-Richtung Anzahl Iterationen Space Ratio Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Zusatzterm für die Turbulenz Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Vorüberlegung der Netzgenerierung und der Anzahl benötigter Iterationen, für eine turbulente Strömung, am Beispiel Diffusor. y x Druckverlauf Anzahl Knoten in y-Richtung Knoten in x-Richtung Iterationen Abweichung zur Theorie im Einlaufrohr Abweichung zur Theorie im Diffusor 60 50+50+50 50 0.7% 26.0% 30 25+25+25 50 0.4% 29.6% 120 100+100+100 50 23.7% 25.5% 60 150+50+150 50 11.3% 17.9% 30 150+50+150 50 4.1% 14.6% Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Erhöhung der Iterationen von 50 auf 3000 Schritte Druckdifferenz im Diffusor: nach 50 Iterationen delta_p = 149.51Pa nach 3000 Iterationen delta_p = 149.74Pa und analytisch delta_p = 175Pa Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Aufbau der Messstrecke zur experimentellen Validierung turbulenter Rohrströmungen mit Einbauten Rohreinbauten Diffusor Krümmer Messblende Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Betrachtung der charakteristischen Druckverteilung im Krümmer und der numerischen Simulation Turbulenzmodell: Standard k-epsilon Ablösung Druckabfall am Innenrand Druckanstieg am Außenrand Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Betrachtung der charakteristischen Geschwindigkeitsverteilung im Krümmer und der numerischen Simulation Beschleunigung am Innenrand Reduzierung am Außenrand Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Ablösegebiete an den Wänden eines Krümmers keine sichtbaren Ablösegebiete im Plot Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Vergleich der numerischen, analytischen und experimentellen Ergebnisse Stromfadentheorie: Stromfadentheorie1: Stromfadentheorie2: Druckverlust im Krümmer Numerik Stromfadentheorie 1 Stromfadentheorie 2 Experiment Messung 1 13% 12% 33% Experiment Messung 2 15% 2% Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Betrachtung der charakteristischen Druckverteilung im Diffusor und der numerischen Simulation p1 < p2 p2 p1 Turbulenzmodell: Standard k-epsilon Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Betrachtung der charakteristischen Geschwindigkeitsverteilung im Diffusor und der numerischen Simulation c2 c1 > c2 c1 Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Ablösegebiete an den Wänden eines Diffusors Ablösegebiet Quelle:Strömung und Druckverluste/Walter Wagner/1997 keine sichtbaren Ablösegebiete im Plot Re = 460000 Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Vergleich der numerischen, analytischen und experimentellen Ergebnisse Stromfadentheorie: Stromfadentheorie1: Quelle:Strömung u.Druckverlust/Walter Wagner/2001/4.Auflage Stromfadentheorie2: Quelle:Strömungslehre/Schade Kunz/1998/2.Auflage Druckverlauf Diffusor Numerik Stromfadentheorie 1 Stromfadentheorie 2 Experiment 36% 40% 52% Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Vereinfachtes 2-dimensionales Modell einer Messblende mit unstrukturiertem Netz lokale Netzverfeinerung Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Betrachtung der charakteristischen Druckverteilung in der Messblende und der numerischen Simulation Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Darstellung der Ablösegebiete anhand des Geschwindigkeits-Vektor-Plot Turbulenzmodell: Standard k-epsilon Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Vergleich der numerischen und experimentellen Ergebnisse Abweichung Wirkdruckdifferenz zwischen Experiment und numerische Berechnung 4 %. Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Erprobung der vorhandenen Turbulenzmodelle in ANSYS, am Testfall Krümmer. Turbulenzmodell Druckdifferenz ∆p [Pa] von Pos.2 nach Pos.3 Abweichung in % zum Experiment Experiment 189.6 - Theorie 211.7 11.7 Zero Equation 353.8 86.6 Girimaji 173.5 8.5 k-epsilon 164.3 13.3 RNG 159.5 15.9 Shi-Zu-Lumley 161.9 14.6 New k-epsilon kein Ergebnis Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Konvergenz-Verhalten in Abhängigkeit der Iterationsschritte und der damit verbundenen Berechnungszeit Testfall Krümmer - New k-epsilon 266MH Prozessor 69 1839 Zero-equation 2141 Girimaji 2154 RNG 2379 Shi-Zhu-Lumley 1.5GH Prozessor 57 16009 k-epsilon Rechner-Prozessor-Leistung Berechnungszeit [h] Anzahl Iterationen Turbulenzmodelle durchgeführte Iterationsschritte - 1141 2132 2104 2371 2421 Benötigte Iterationen 42.8 68.7 67.4 68.8 8.6 Benötigte Berechnungszeit [h] Konvergenz bei Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804

FH D Fachhochschule Düsseldorf Grundlagen der Strömungssimulation- einfache Beispiele unter ANSYS - experimentelle Validierung Zusammenfassung laminare Rohrströmung: qualitativ gute Ergebnisse gut geeignet zur Einführung in die numerische Strömungssimulation, da Berechnungen analytisch kontrolliert werden können. turbulente Strömung: bei Betrachtung der Druckdifferenzen, in den berechneten Rohreinbauten, wurden repräsentative Ergebnisse geliefert bezogen auf die zur Verfügung stehenden Turbulenzmodelle wurden bei sich ablösende und wieder anlegende Strömungen keine geeigneten Turbulenzmodelle gefunden bei Ablösung durch scharfe Kanten (am Beispiel Messblende) haben sich die Turbulenzmodelle etabliert. Für die Einführung der numerischen Strömungssimulation, in das Praktikum im Bereich Strömungstechnik, bietet ANSYS auch durch seine vielseitige Einsatzmöglichkeit einen geeigneten Einstieg in die FEM-Berechnung. Amre EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350724 Husam EL-Kaddousi Matr.-Nr.: 350804