CFD-Netze
strukturierte Netze
strukturiertes Netz:
++ schnell: Nachbarelemente sind exakt und direkt bekannt
++ Kontaktflächen snd (einigermaßen) bekannt
-Verfeinerung nur bedingt möglich
- - scharfe Kanten/ Ecken am Rand des Netzes sind kaum auflösbar, bzw die Strömung reagiert nicht darauf
Aufbau einer Matrix
Setzen von beziehungen untereinander möglich
CFD
unstrukturierte Netze
++ verfeinerung beliebig möglich
++ beliebig komplexe Geometrien und Strömungen sehr genau vernetzbar
- deutlich langsamer, weil “Übersetzungstabelle” nötig. Also welche Partner/ Kontaktflächen/ orientierung existieren?
Hybrides Netz 2
++ beliebig verfeinbar
++ optimale Ausnutzung “gerader”/ ablösungsfreier Strömungsbereiche
++ sehr schnell bei hoher Genauigkeit
-- Netzerstellung komple und zeitaufwendig
hybride Netz 1
Vereinfachung in einer Richtung
Kombination der netze um unabhängig verfeinernzu können
+ etwas schneller als unstrukturierte, genauer als strukturierte
- Genauigkeits- und zeitverlust durch Übergangsbereich
Probleme beim vernetzen
Skewness: Verzerrtheit:
Ungleichförmigkeit der Winkel in den Dreiecken
—> Wunsch: möglichst gleichseitige Dreiecke
korrekturmöglichkeit nur händsich, also extrem zeitaufwendig
Mikrorisse/ Mikrolücken im CAD-Modell
kein vernetzen möglich
korrekturmöglichkeit: meist händisch
adaptives netz
verfeinerung und Vergröberung nach 1. Berechnung
+ gut, aber Aufwand beim vernetzen steigt
Qualitätsbewertung des Netzes
Vor der berechnung: Skewness, orientierung der Elemente
Nach der 1. Berechnung: netzverfeinerung: 2. Rechnung dann mit dem deutlich feineren Netz
wenn gleiches Ergebnis: OK
wenn anderes Ergebnis: Netz weiter verfeinern/ optimieren
Aussagen zu Netzen:
Ein gutes Netz formt die Strömung nach
feines netz, dort wo hohe Geschwindigkeits-/ Druck-Temperaturgradienten
gradient hat immer eine Richtung
Netz in richtung der Gradienten verfeinern
Eingangsnetz -> Rechnen -> gradient -> Netz beim gradient verfeinern
WICHTIG: nur das netz verfeinern, wenn sich Strömungen ändern. Wnn sich nur die Geschwindigkeit erhöht muss das Netz nicht verfeinert werden!
Aussage zu Netzen
Die Netzfeinheit ändert das Ergebnis NICHT
Bewertung des CFD-Ergebnis
5 kriterien
Konsistenz: Verändert eine Netzverfeinerung das Ergebnis?
Konvergenz: Kovergiert die Lösung, also nehmen die Abweichungen ab?
Stabilität der Konvergenz: (siehe unten)
Konservativität: Sind die Erhaltungsgleichungen erfüllt? Kontrolle der Randbedingungen
Beschränktheit: Dicjte, temperatur in K!, Konzentration, Druck
Fehler einer CFD Rechnung
3 Fehler die immer vorhanden sind
Modellfehler: kommt sehr häufig vor. Modell und Realität stimmen nicht überein. (bis zu 100% Abweichung zb durch Riefen)
Diskretisierungsfehler: Benutzung der Taylorreihe anstatt tatsächlicher Ableitung
Iteratonsfehler: Akzeptieren der Rest-Residuen (Abweichung zwischen realer Lösung und der exkaten Lösung der Navier-Stokes-Gleichung)
3 Fehler die häufig vorkommen
Modellierung der Strömung bzw des Turbulenzmodells
Programmierfehler (bei der Eingabe, Bug im Code,…)
Randbedingungsdefinition: Wand als durchlässig, zuströmung falsch, …
Wann betrachtet man eine CFD Rechnung als abgeschlossen?
Höchstanzahl der Iterationen erreicht -> nicht gut
das gleiche ergebnis wie im Experiment erreicht -> nicht gut, da Experiment häufig nicht vorhanden
Schwankungen der Residuen unterschreiten Voreinstellungen -> Voreinstellungen okay?
Residuen bzw. deren Schwankungen werden sehr klein -> sehr gut
Last changeda year ago