Dynamishes Netz

Abbildung 3.13.:Erstellung desInterfae beider gekoppeltenLevel-Set-Methode [1℄

Bei diesem Verfahren wird zunähst die Zelle ermittelt, an der eine Phasenänderung auftritt.

Durh die Änderung des Vorzeihens von

θ

^{oder wenn der Wert des V}olumenanteils zwishen 0 und 1 liegt, liegt eine solhe Phasenänderung vor. Mit Hilfe des Gradienten der

Level-Set-Methode wird die Normalenrihtung berehnet. Anshlieÿend wird die Position des Shnittes

durh die Zelle bestimmt. Hierbeimuss mindestenseinEkpunktdie selbePhase behalten, wie

derPunktinderNahbarzelle.DerShnittpunktzwishenderMittelliniederZellenormalzudem

InterfaeunddemInterfaewirdunterErhaltungdesVOF-Wertesberehnet.Anshlieÿendwird

der Shnittpunkt zwishen den Zellgrenzen und derInterfaelinie ermittelt. Diese

Shnittpunk-tewerdenals Frontpunkte deniert. Anshlieÿendwird derAbstand zwishen einem gegebenen

Punkt und den einzelnen Shnittsegmenten derFrontzellen bestimmt und minimiert. DerWert

desAbstandes wirdzurNeuinitialisierungder Level-Set-Methode verwendet.

Die Methodeist nurfür Zweiphasenströmungen geeignet, beidenen sihdieFluideniht

durh-dringen. DieMethode kannnur mitdem VOF-Modellverwendet werden, bei demkein

Massen-austaush erlaubt ist.Zudemist dieMethode niht mitdem dynamishen Netzmodell

kompati-bel[1℄.

weiterenKnotenim Zellbereih.Abbildung 3.14 zeigtdieAnwendung derfederbasierende

Netz-glättung anhand eines zusammengedrükten Zylinders. Diese Methode kann nur bedingt bei

Niht-Dreieksnetzenverwendetwerden underzeugt nur beikleinen Geometrieänderungen ein

NetzmitguterElementqualität.FüreinestabileNeuvernetzungsolltezudemeinetranslatorishe

Bewegung angewendetwerden[1℄.

Abbildung 3.14.:Exemplarishe Darstellung derfederbasierendenNetzglättungsmethode [1℄

Bei der Methode der diusionsbasierenden Netzglättung wird die Bewegung des Netzes durh

das Lösen einer Diusionsgleihung berehnet. Diese Methode liefert eine bessere Netzqualität

alsdiefederbasierendeNetzglättung,ist allerdingsauh rehenintensiver.Dieses Verfahren kann

auh aufstrukturierte Netzeangewendetwerdenundeignet sih besserfür groÿeVerformungen

der Randzellen. Wie die federbasierendeMethode kann auh diese Methode translatorishe

Be-wegungenbesserberehnen als rotatorishe Bewegungen.

Bei derlaplaebasierenden Netzglättung wird diePosition jedesNetzknotens durhden

Mittel-punktderNahbarknotendeniert.DieseMethodeistdieeinfahstederNetzglättungsmethoden.

Die Verformungwirdnur danndurhgeführt, wenneine VerbesserungderNetzqualität vorliegt.

DieshatFLUENTimplementiert,umdieshnellauftretendenshlehtenNetzezuverhindern[2℄.

Die randshihterhaltende Netzglättung eignet sih fürBerehnungsgebiete beidenen die

Rand-shihterhaltung von besonderer Bedeutung ist. Die Erhaltung derRandshiht muss mit Hilfe

von benutzerdenierten Funktionen (engl.UserDened Funtion - UDF)gesteuertwerden.

Die Methode der Netzglättung eignet sih allgemein besser für Netze mit dreiekigen oder

te-traedrishen Elementen und kleine Verformungen der Geometrie. Bei der Verwendung dieses

Verfahrensbestehtzudem dieGefahr von shlehterElementqualität.

Dynamishe Zellshihtung

DieMethodederdynamishenZellshihtungkannbeistrukturiertenNetzenangewendetwerden.

Bei dieser Methode können dem Zellgebiet, an derbewegten Grenze, Zellshihten hinzugefügt

oder entfernt werden. Die angrenzende Zellshiht wird abhängig von der Höhe derZellen

ent-weder geteilt oder mit der vorherigen Zellshiht vereint. Abbildung 3.15 zeigt die allgemeine

Struktur derdynamishen Zellshihtung.

Abbildung 3.15.:Darstellung derMethode derdynamishenZellshihtung [1℄

Bei einer Abwärtsbewegung der Grenze kann die Zellshiht

j

^{solange anwahsen, bis folgende}

Gleihung erfüllt ist:

h min > (1 + a s ) h ideal

^(3.91)

Wobei

h _min

^{der minimalen Zellhöhe,}

h _ideal

^{der idealen Zellhöhe und}

a _s

^dem Aufteilungsfak-tor entspriht. Bei einer Aufwärtsbewegung werden die Zellen

j

^und

i

^{bei Erfüllung folgender}

Gleihung zusammengefügt:

h _min < a _c h _ideal

^(3.92)

a c

^{ist indiesem Fall der}Vereinigungfaktor. Die Aufteilung derZellshihten kann entweder hö-henbasierend oder verhältnisbasierend erfolgen. Der Benutzer kann den Vereinigungsfaktor

a c

und den Aufteilungsfaktor

a _s

^{zurSteuerung der}Zellshihten vorgeben. Zudemist dieVorgabe der gewünshten Zellhöhe

h ideal

^{anzugeben. Dieskann als konstanter Wert oder als}

zeitabhän-gige Funktiongeshehen.Die Bewegung derGrenzeerfolgtüber eineGeshwindigkeitsfunktion,

welheineinerbenutzerdeniertenFunktiondeniertwird.DieBewegung mussaufdiegesamte

GrenzeangewendetwerdenunddasanliegendeNetzmussausprismatishenElementenbestehen.

Neuvernetzung

Die Methode derNeuvernetzung wirdverwendet, wenn groÿe Vershiebung stattnden. Bei der

Netzglättung erzeugen groÿe Vershiebungen eine shlehte Elementqualität. Um diesem

entge-gen zu wirken werden bei der Neuvernetzungsmethode die Elemente mit shlehter

Element-qualität selektiert. An diesen Stellenwirdlokalneu vernetzt. Zur SteuerungderNeuvernetzung

ist die Vorgabe von minimaler und maximaler Elementgröÿe nötig. Zudem kann die

maxima-le Shiefwinkeligkeit (engl. skewness) und die Anzahl der Neuvernetzungsalgorithmen deniert

werden. Bei ungleihmäÿiger Vernetzung muss die Gröÿenentwiklung vorgegeben werden. Die

Anwendung der Methode kann lokal oder auf gesamte Flähen und Körpern angewendet

wer-den. In FLUENT sind eine Vielzahl von vershieden Neuvernetzungsmethoden vorhanden, die

je nahProblemstellung undModellangewendetwerden müssen.EinedetaillierteBeshreibung

deruntershiedlihenMethodenistindemTheoriehandbuhvonANSYSFLUENT[1℄zunden.

Neben den Vernetzungsarten können noh die Optionen: In-Zylinder, 6DOFund Impliite

Updateverwendetwerden.

Die In-Zylinder-Option ist primär für Hubkolbensimulationen geeignet, da es möglih ist die

dynamishe Netzadaption durhmotorspezishe Gröÿen zusteuern. MitdiesemModelkönnen

zumBeispielVorgängeineinemMotorsteuerungsventilsimuliertwerden.EineweitereOptionist

Bewegung eines Objektes innerhalb des Berehnungsgebiet auf Grundlagen der physikalishen

Zusammenhänge in FLUENT berehnet werden. Die Bewegung des Körpers wird aus den auf

den Körperwirkenden KräftenundImpulsenberehnet. DafürmüssendieKörpermasse unddie

MassenträgheitsmomentedesKörpers perbenutzerdenierter Funktionvorgegeben werden.Des

Weiterenkönnen inderUDF Freiheitsgrade gesperrt und zugelassenwerden. Zusätzlih können

nohexterneKräfteundMomentedurh eineUDF aufgebrahtwerden.Zudemgibt esin

FLU-ENTdieImpliziteAnpassung.DieseOptionaktualisiertdiedynamisheNetzanpassungwährend

des Zeitshrittes und niht wie sonst zu Beginn jedes Zeitshrittes. Dies kann bei bestimmten

Modellen zu einer Lösung führen, bei denen sonst die Konvergenzkriterien zum Abbruh der

Berehnung führen[1℄.

Im Dokument Modellierung und Simulation eines Wellenerzeugers für eine maritime Versuchsanlage mit CFD-Methoden (Seite 47-51)