Resultater fra CFX modelleringer

De fire CFX simulationer blev alle sat til at beregne de første 15 min, da laboratorieforsøgene efter dette tidsrum tilsyneladende var færdigt opblandede. Model 1b, som benyttede LES Smagorinsky, kunne imidlertid ikke beregne længere end til 234 s, hvorefter beregningen gik i stå, uden at komme med fejlmeddelelser. Efter en snak med Michael Rasmussen, som er underviser i CFX på Aalborg Universitet, blev problemet muligvis karakteriseret. Tilsyneladende lavede CFX programmet en intern fejl, som medførte at beregningen fortsatte indtil programmet blev overbelastet og stoppede med at svare. En mulig løsning kunne være at ændre på gitteropsætningen, men det var ikke sikkert, at det ville fungere. Da simuleringerne var meget tidskrævende, blev det i stedet valgt at nøjes med de første 200 s beregning af model 1b, hvor et udsnit af denne er vist på figur III.9.1. De øvrige simuleringer blev beregnet færdige på mellem 3-8 døgn.

Der er lavet en række videoer af de fire modeller i forskellige snit gennem modellen. Videoerne er på 4 min, med undtagelse af videoen af model 1b, som er på 200 sek. Videoerne vises i reeltid, hvor 1 min simulering svarer til 1 min i virkeligheden.
Video af model 1a kan ses her, snit gennem midten (z=0,2 m).
Video af model 1b kan ses her, snit gennem midten (z=0,2 m).
Video af model 2a kan ses her, snit gennem spalten (z=0,35 m).
Video af model 2b kan ses her, snit gennem spalten (z=0,35 m).

Opblandingsgrad

Densitetsprofilerne for simuleringerne er bestemt efter 200 s for at kunne sammenligne de fire forskellige CFX simuleringer, og efter 10 min for, at kunne sammenligne med laboratorieforsøgene og simuleringerne lavet i MIKE3. Profilerne er bestemt visuelt ved at aflæse på billeder, som det vist på figur III.9.1, til de to tidsskridt, 200 s og 10 min. Densitetsprofilerne efter 200 s er i model 1 bestemt som middelværdien af tre profiler, udtaget midt i boks A og boks B, samt mellem de to bokse, da de lagdelte lag ikke var vandrette. For model 2 er de tilsvarende profiler udtaget som middelværdien af boks A og boks B. Densitetsprofilerne efter 10 min er udtaget i midten af simuleringerne. Densitetsprofilerne kan ses på figur III.9.2 og III.9.3, hvor også middelværdier fra forsøg 3 og 5 samt forsøg 6 og 7 er vist til sammenligning.

På figur III.9.2 ses af model 1b og 2b, hvordan simuleringerne med Smagorinsky giver et mere varierende densitetsprofil end de tilsvarende simuleringer med k-Epsilon, vist ved model 1a og 2a. Model 2b adskiller sig umiddelbart fra de øvrige profiler, da den tilsyneladende har en samlet densitet, som er mindre end de øvriges. Dette ses også på figur III.9.3, hvor model 2b igen ligger lavere end de øvriges densitetsprofiler. Generelt ses det på figur III.9.3, at CFX modellerne laver et mindre varierende densitets- profil end forsøgene viste i virkeligheden.

Tyngepunkternes placering er beregnet for de viste densitetsprofiler og kan ses på figur III.9.4 og III.9.5. Som det ses på figur III.9.5 er tyngdepunktsgrænserne for forsøg 3+5 og forsøg 6+7 ikke de samme som for de tilhørende simuleringer. Dette skyldes bl.a. en let forskel i vandspejlets placering i forsøgene, på op til 1 mm. Generelt kan der af figurene ses, at tyngdepunktets beliggenhed falder ved brug af LES Smagorinsky som turbulensmodel. Derved bliver mindre af energien brugt til opblanding, hvilket minder mest om de udførte forsøg som det kan ses på figur III.9.5.

Tabel III.9.1 viser opblandingsgraden beregnet ud fra tyngdepunktets placering i forhold til den øvre og nedre grænse, samt start densiteterne i boks A og B.
Det ses af tabel III.9.1 at densitetsprofilerne fra forsøgene ikke direkte kan sammenlignes med dem fra model 1 og 2, da densiteten i boks B ikke er den samme. Af startdensiteterne og figur III.9.3 ses det, at der i forsøgene stadig fandtes ferskvand i toppen af forsøgsopstillingen efter opblandingen var tilendebragt, mens dette ikke var tilfældet for nogen af de simulerede modeller.

Af tabel III.9.1 ses det desuden, at der er stor forskel i opblandingsgraden for forsøgene og for modellerne, samt de modellerede resultater imellem. Opblandingsgraden er generelt meget højere for de modellerede situationer, hvilket viser at for meget af energien er gået til opblanding.

Hastigheder

Under opsætningen af modellerne blev der indsat to kontrolpunkter, hvor hastighederne blev målt. Kontrolpunkterne var placeret sådan, at der kunne sammenlignes med de hastighedsmålinger, der blev foretaget med laser. På figur III.9.6 ses de beregnede hastigheder i bunden af model 1 opstillet mod de målte bundhastigheder. På figur III.9.7 ses de tilsvarende hastigheder for toppen.

På figurene ses det, at de to turbulensmodeller følger hinanden ca. de første 100 s, hvorefter k-Epsilon modellen, model 1a, beregner længere svingningstider og mindre hastigheder. Hastighederne for k-Epsilon modellen kommer derved til at nærme sig størrelsen på dem som blev målt under forsøget, da den blander hurtigere op. Svingningstiden derimod, er for k-Epsilon modellen i slutningen af de 200 s, efterhånden dobbelt så lang som den målte. Generelt følger ingen af modellerne den målte svingningstid, da svingningstiden for modellerne forlænges for hurtigt. Hastighederne som modelleres i starten er desuden to-tre gange større end de målte, og for Smagorinsky modellen, model 1b, fortsætter dette størrelsesforhold.

Sammenfaldet af de beregnede hastigheder i starten og den efterfølgende forskel, kan skyldes flere ting. For det første er de store hvirvler dominerende i starten og disse beregnes ved Navier-Stokes ligningerne som er ens for model 1a og 1b. Senere bliver de mindre hvirvler mere dominerende, hvorefter turbulensmodellerne får større betydning for beregningerne. Da k-Epsilon og Smagorinsky ikke beregner ens, medfører dette at hastighederne og svingningstiden forandres i de to modeller. Derudover kan forskellene imellem model 1a og 1b skyldes en ophobning af fejl. Fejlene er i starten ikke særlig udtalte, men øges for hvert tidsskridt.

[ Til toppen ]
[ Forrige | Næste ]