Modelopsætning i CFX

Der er udført to forsøgsrækker med opblanding af væsker med forskellig densitet. I den første forsøgsrække kunne væskerne frit opblandes efter forsøget start, mens væskerne i den anden forsøgsrække kun kunne opblandes gennem en smal spalte i den ene side af forsøgsopstillingen. Der er opsat to modeller i CFX for hver af de to forsøgsrækker, hvor forskellen ligger i at der benyttes forskellige turbulens modeller. De to forsøgsrækker repræsenteres af forsøg 3 og 5, samt af forsøg 6 og 7. Modellerne er navngivet 1a og 1b samt 2a og 2b, hvor 1 og 2 repræsenterer forsøgsrækken og a og b repræsenterer turbulens modellen.

I det følgende gennemgås opsætningen af de fire modeller. Alle parametre som nævnes i det følgende kan findes i CFX parametre.

Geometri og grid

Model 1

Model 1 er opsat for forsøgsrække 1, hvor de to vandvolumener frit kan opblandes efter forsøgets start. I Workbench er der defineret et grid, som har samme dimensioner som den rektangulære kasse under forsøget. Geometrien for model 1 er opstillet som to rektangulære kasser, som det kan ses på figur III.8.1. Hver boks repræsenterer et vandvolumen, hvor boks A repræsenterer saltvandsvolumenet og boks B repræsenterer ferskvandsvolumenet.

Gitteret i model 1 er opsat sådan, at det fineste net er ved overgangen mellem de to bokse samt ved væggene, hvor den maksimale kantlængde er sat til hhv. 2 og 3 cm. Inde i volumenerne kan den maksimale kantlængde stige til 4 cm. Overgangen mellem de to bokse er opsat sådan, at gitteret er ens på hver side. Dermed minimeres numerisk opblanding af væskerne pga. overgangen mellem boksene.

Model 2

Model 2 er opsat for forsøgsrække 2, hvor de to vandvolumener kun kan opblandes igennem en spalte ved den ene side. Geometrien for model 2 består derfor af to rektangulære kasser, som vist på figur III.8.2, hvor boks A repræsenterer saltvandsvolumenet. Åbningen mellem boksene er på 10 x 1 cm, som er fordelt på 9 mm i boks A og 1 mm i boks B, som vist på figur III.8.3.

Gitteret i model 2 er finest ved spalten, hvor kantlængden er sat til 0,2-2 cm. Ved de øvrige sider i modellen er den maksimale kantlængde sat til 3 cm, mens den inde i volumenerne stiger til 4 cm. Som ved model 1 er gitteret er ens på de to sider af spalten i overgangen mellem boksene.

Fysisk definition

De to modeller er meget ens i deres geometriske opbygning, da den eneste væsentlige forskel findes i størrelsen af arealet hvor vandmasserne kan opblandes igennem. Dermed bliver også mange af de fysiske definitioner, som randbetingelser samt generelle parametre i modellerne, ens. Opsætningen af modellerne omtales derfor generelt i de følgende afsnit.

Hver af de to bokse, A og B, er indsat som et domæne i CFX-pre. Heri defineres bl.a. domænetypen, tyngdekraft, materialetype samt hvilken varmetransport- og turbulensmodel der benyttes. Start- og randbetingelser angives også under hvert domæne. Med undtagelse af start- og randbetingelserne, gælder de parametre der defineres i det ene domæne, også for det andet domæne. For at kunne definere saltvandet i den ene boks og ferskvandet i den anden, benyttes der derfor en tredje væske i domænerne. Denne kaldes for Mixture og defineres under Materials, som en blanding af vand og saltvand. Forholdet mellem væskerne i blandingen angives i hvert domænes startbetingelser som massefaktionen af saltvand. 1 angiver derved saltvand og 0 angiver vand.

CFX indeholder materialedata for vand, men ikke for saltvand, som derfor er brugerdefineret i modellerne. Der blev benyttet fysiske egenskaber for havvand med en salinitet på 35 g/kg ved 20 ºC for specifik varmekapacitet, varmekonduktivitet og dynamisk viskositet [Andersen m.fl., 1998]. Densiteten for saltvand, som benyttes i modellerne, er den som blev bestemt for forsøg 3, 5 og 7.

Randbetingelser

Som randbetingelse sættes overfladen af boksene som randtypen Symmetri, for at simulere en fri overflade, som vist på figur III.8.4 og III.8.5. Overgangen mellem boksene defineres som Domain Interface, hvorved de to domæner forbindes. Da Domain Interfaces kan forbinde domæner med forskellig gitterstørrelse og opbygning, er det principielt unødvendigt at ensforme gitteret i de to domæner. De øvrige sider i modellen sættes default til glatte vægge.

Startbetingelser

Under startbetingelser defineres hastighed, temperatur og tryk i boksene. Derudover skal enten Turbulence Kinetic Energy eller Turbulence Eddy Dissipation vælges. Der er valgt Turbulence Eddy Dissipation med automatisk værdiindsættelse som det anbefales i CFX. Det sidste der er defineret under startbetingelserne er massefraktionen af saltvand i de to bokse.

Kontrolpunkter

Under forsøgene blev hastigheden målt i toppen og i bunden af forsøgsoptillingen med en laser. For at kunne sammenligne de målte hastigheder med de hastigheder, som beregnes under simuleringen, er der indsat to kontrolpunkter i hver model, som vist på figur III.8.4 og III.8.5. Kontrolpunkternes placering er bestemt ud fra forsøg 3 og 5, samt forsøg 6 og 7, hvor den målte position af laserens brændpunkt er benyttet. I disse punkter blev hastigheden udskrevet til hvert tidsskridt i CFX-Solver.

Simuleringstype

Simuleringen er transient og der beregnes de første 15 min efter forsøgets start. Der benyttes adaptive tidsskridt, da tidsskridtenes størrelse kan hæves efterhånden som opblanding sker og hastighederne og gradienterne formindskes.

[ Til toppen ]
[ Forrige | Næste ]