5. Csoportos feladat: Hátrafelé néző lépcső CFD elemzése k-omega SST modellel

A feladat áramlás irányában lelépő lépcsővel ellátott csatornaszakaszban kialakuló áramkép kiszámítása adott tető állásszög (alfa) esetére. A számítás eredményeit a feladathoz biztosított mérések eredményeivel kell összehasonlítani.

1.ábra Geometriai modell és az áramlás szerkezete

A lépcső egy csatorna oldalában helyezkedik el. A csatorna állandó szélességű (az ábra síkjára merőleges méret állandó), az áramlás 2-dimenziósnak tekinthető. A csatorna magassága a lépcső előtt Y₀(=8H), a lépcső után pedig Y₀+H, ahol a lépcső magassága H. Mivel a tartomány minden mérete kifejezhető H-val, ezért csak annak értékét mutatjuk az ábrán: H=12.7mm. A lépcső előtt a geometria x=-2H távolságban kezdődik, a lépcső felső éle az (x=0, y=0) koordinátán kell legyen! A lépcső mögött 15H távolságban kell lennie a kilépés peremfeltételnek! A csatorna teteje zsanérozott a lépcső síkjával azonos koordinátán (x=0) és különböző szögekbe dönthető. Ezzel diffúzorossá, illetve konfúzorossá tehető a lépcső utáni csatorna tartomány, amellyel a nyomás áramlás irányában növelhető, illetve csökkenthető. A tető beállítási szögét az ábrán α-val (alfa) jelöltük.

Peremfeltételek

Belépő peremfeltételként egy sebesség és turbulencia profilt írunk elő, amely a mellékelt bfs_belepes.prof profilfájlban szerepel. Fontos, hogy a belépő profil a lépcső síkjától visszafelé (az ábrán tőle balra) x=-2H távolságban van, ezért a geometrián is ott kell lennie. A profil fájl tartalmazza a belépő sebesség eloszlást, a turbulens kinetikai energia (k), a disszipáció (epszilon), illetve a specifikus disszipáció (omega) értékeit (utóbbiak a FLUENT manual javaslatai szerint kiszámolva). A kilépésnél állandó nyomás peremfeltétel, a falaknál pedig a tapadás törvénye alkalmazható.

A referencia sebesség, amit az eredmények dimenziótlanítására kell használni (NEM PEREMFELTÉTEL!!!) Uref=44.2m/s.

1. Részfeladat    (3 pont)

A geometriai modell elkészítése alfa=-2°, 0°, 6° és 10° esetekre;

Struktúrált hálók elkészítése;

Vegye figyelembe az alábbiakat:

- a falak közelében határréteg található, amelynek falra merőleges irányú felbontására ügyelni kell;

- a lépcső élén a határréteg leválik és nyíróréteg alakul ki, ezért a nyíróréteg várható helyén is ügyeljünk a háló megfelelő sűrűségére.

2. Részfeladat    (3 pont)

Megfelelő peremfeltételek kiválasztása és paramétereik megadása FLUENT-ben;

A belépő peremfeltételt profil fájl segítségével adja meg!

3. Részfeladat    (3 pont)

Ellenőrizze a háló megfelelőségét a turbulencia modellek, illetve a kialakult nagy nyírással jellemzett tartományok megfelelő felbontása tekintetében alfa=0 esetre:

- ellenőrizze a fali y-plus értékét, hogy a turbulencia modell által megkövetelt tartományban van-e. Ha nincs, módosítsa a háló ezen részét;

- végezzen adaptív sűrítést a szabad nyírórétegek tartományán és ellenőrizze, hogy mennyit változnak az áramlási jellemzők!

4. Részfeladat    (3 pont)

Végezze el a számítást k-omega SST turbulencia modell alkalmazásával négyféle alfa szögre!

- Rajzoltassa ki a sebességeloszlást a lépcső mögött 1H, 2H, 3H, 4H és 5H távolságban!

- Vesse össze az ön által kapott visszafekvési távolságot a mérésnél kapott értékkel (x_R/H)!

- Vesse össze a nyomástényező (c_p) megoszlásokat az alábbi táblázatokban található mérési adatokkal, ügyelve a referencia értékek helyes beállítására!

Mérési adatok:

A visszafekvési pont helye

Tető szöge	Visszafekvési hossz	Hibája
a [°]	Xr/H	dXr/H
-2	5.82	-0.08
0	6.26	-0.1
6	8.3	-0.15
10	10.18	-0.5

Nyomástényező (a) a lépcső oldalán

X/H	a=-2	a=0	a=6	a=10
-8.5	0	0.0039	0.0117	0.0088
-6.5	0	0	0.0136	0.0108
-4.5	-0.0059	-0.0048	0.0166	0.0187
-2.5	-0.0296	-0.0231	0.0214	0.0266
-0.5	-0.0642	-0.0472	0.0283	0.0512
0	-0.0859	-0.0607	0.0361	0.061
0.5	-0.0899	-0.0636	0.0331	0.06
1	-0.0899	-0.0665	0.0312	0.0571
1.5			0.0292	0.0571
2	-0.1017	-0.0742	0.0253	0.0571
2.5				0.0502
3	-0.1037	-0.0762	0.0185	0.0482
3.5	-0.083	-0.0665	0.0253
4	-0.0464	-0.0424	0.04	0.0581
4.5	0.0049	0.0077	0.0585
5	0.0494	0.0482	0.0829	0.0876
5.5	0.0771	0.0782
6	0.1037	0.1129	0.1297	0.1251
6.5	0.1205	0.1303
7	0.1275	0.1389	0.1667	0.1556
8	0.1304	0.1515	0.1989	0.1871
8.5			0.2115
9	0.1225	0.1535	0.2203	0.2117
9.5			0.231
11	0.0978	0.1477	0.2544	0.2551
12			0.2641
13	0.0751	0.1409	0.2749	0.2846
15	0.0534	0.1342	0.2924	0.3073
17	0.0385	0.1303	0.308	0.328
19.5	0.0168	0.1285	0.3265	0.3448
21.5	0.001	0.1246	0.3402	0.3596
23.5	-0.0168	0.1227	0.3528	0.3723
25.5	-0.0346	0.1227	0.3674	0.3813
27.5	-0.0494	0.1218	0.3821	0.3921
29.5	-0.0652	0.1218	0.3889	0.4011
31.5	-0.085	0.1199	0.4035	0.409
33.5	-0.1048	0.116	0.4133	0.4139
35.5	-0.1236	0.1189	0.4279	0.4198
37.5	-0.1463	0.1141	0.4347	0.4209

Nyomástényező a felső felületen

X/H	a=-2	a=0	a=6	a=10
-5	0.0178	0.0087	0.0039	-0.0108
3	0.0306	0.0414	0.0799	0.0896
5	0.03	0.0511	0.1248	0.1536
7	0.0296	0.0598	0.1627	0.1989
9	0.0425	0.081	0.1989	0.2471
11	0.0504	0.0993	0.232	0.2816
13	0.0454	0.1118	0.2612	0.3092
15	0.0336	0.1138	0.2846	0.3338
17	0.0286	0.1206	0.308	0.3545
19	0.0148	0.1216	0.3246	0.3683
21	0.001	0.1216	0.3402	0.3821
23	-0.0158	0.1207	0.3538	0.389
25	-0.0296	0.1236	0.3713	0.3979
27	-0.0474	0.1217	0.384	0.4029
29	-0.0642	0.1208	0.3947	0.4079
31	-0.0811	0.1189	0.4055	0.4178
33	-0.1038	0.116	0.4133	0.4178
35	-0.1236	0.1179	0.4298	0.4228
37	-0.1464	0.1131	0.4396	0.4239

5. Részfeladat    (3 pont)

Jelenítse meg a sebesség szerint színezett áramvonalakat, a statikus-, az össznyomás eloszlást, valamint a turbulens kinetikai energia eloszlását és mentse el az ábrákat TIF formátumban.

Röviden fogalmazza meg a feladat célját, a megoldás módszerét és foglalja össze az eredményeket.

Az önálló feladat eredményeit PowerPoint (.PPT) formátumú dokumentumban készítse el, majd töltse fel a személyes könyvtárába!