Conseil en Analyse de Surface

L’huile et l’eau ne se mélangent pas, comme la plupart des ingénieurs le savent, à moins que vous ne demandiez à un ordinateur.  Dans une analyse de surface libre, plusieurs fluides sont modélisés en utilisant l’approche du volume de fluide en dynamique des fluides numérique.  Nos services d’ingénierie expérimentés ignorent la théorie désuète du VOF et se concentrent plutôt sur l’application dans le monde réel.

La fraction volumique est une nouvelle équation de transport que VOF ajoute pour les simulations impliquant deux fluides. Nous avons besoin de nouvelles conditions aux limites en raison de l’équation de transport supplémentaire, et des modifications de maillage sont également nécessaires pour la modélisation VOF. Parlons maintenant des spécificités de la modélisation VOF.

Pour la fraction volumique, de nouvelles conditions aux limites étaient nécessaires pour la modélisation VOF. Le liquide (ou une partie des deux fluides) qui remplit chaque cellule de maille est indiqué par cette fraction volumique. Au cours du domaine, la fraction volumique varie. La fraction volumique doit souvent changer avec la position verticale afin de reproduire un niveau d’eau fluide.

Au lieu de définir la condition de bordure comme une valeur unique, définissez-la comme une fonction mathématique.  Toutes les limites de votre liquide, y compris les entrées, les sorties et votre corps, devraient être soumises à la variation verticale.

L’équation de pression est une modification de modélisation supplémentaire. Free Surface Analysis Consulting amènerait les ingénieurs à comprendre les conditions aux limites, en tenant désormais compte de la pression hydrostatique, qui varie selon l’emplacement vertical.

Pour savoir comment votre logiciel gère la pression hydrostatique, consultez votre solveur. Certains prennent en compte la pression hydrostatique. Certains l’incluent également.  Quoi qu’il en soit, lors de la définition des conditions aux limites, la pression hydrostatique doit être prise en considération.

Concentrons-nous maintenant sur deux utilisations courantes de la modélisation VOF: les analyses de résistance des navires et l’écoulement de surface libre. Notre approche de maillage et nos attentes en matière de stabilité de la simulation sont affectées par cette application. La seule interface entre l’air et l’eau est une caractéristique clé de l’écoulement de surface illimité.

L’écoulement de surface libre simule un seul contact continu entre l’air et l’eau, contrairement aux scénarios d’écoulement industriel qui pourraient imiter les bulles. Cela produit une zone discrète où le maillage peut être concentré.

La fraction volumique doit de préférence passer d’une valeur de 0 à 1 dans l’envergure de 1 à 2 cellules afin de représenter avec précision cette interface air-eau. Malheureusement, la réalité reflète rarement l’idéalisme.

Les changements rapides de la fraction volumique ne sont pas pris en charge par les modèles d’interpolation pour la fraction volumique. La compression d’interface haute résolution (HRIC), développée par les développeurs CFD, a tenté de résoudre le problème, mais elle n’a pas été entièrement réussie.  L’ingénieur des fluides doit plutôt utiliser une approche de modélisation.

Vous devez concentrer le maillage de la solution de modélisation dans les zones où vous prévoyez des changements dans la fraction volumique. Avec 6 à 12 cellules couvrant la zone de transition, l’espacement vertical des cellules se situe entre 10 et 20 pour cent de la taille de cellule normale. Si vous devez tenir compte des vagues, la région de transition s’étend.

Un nombre déraisonnablement élevé de cellules peut, malheureusement, résulter rapidement de la résolution précise de la zone de transition.  L’un des principaux problèmes de modélisation des ingénieurs de fluides dans la modélisation VOF est d’équilibrer la résolution de maillage avec la taille du maillage.

L’instabilité est un autre effet de la modélisation VOF sur la simulation.

Pour assurer la stabilité de la simulation, vous devrez peut-être passer à l’interpolation de premier ordre sur la fraction volumique. De plus, prévoyez une augmentation d’au moins 1 x 102 dans tous les résidus dans les équations de quantité de mouvement et de pression.

Les moniteurs sont supérieurs aux valeurs résiduelles lors de la vérification de la convergence des simulations VOF. La stabilité de la simulation n’est pas garantie par la modélisation VOF.

Cependant, avec une analyse de terrain supplémentaire fournie par les ingénieurs en fluides du groupe SimuTech, nous garantissons que le modèle sera aussi précis que possible sur le plan informatique.

Chaque client du groupe SimuTech souhaite afficher la surface libre pendant le post-traitement expédie des modèles de surface libre. Ils sont souvent à la recherche d’une surface qui délimite la frontière entre l’eau et l’air. Le problème est que VOF mesure seulement la quantité de chaque phase fluide dans chaque cellule, pas l’interface.

Maintenant, passons rapidement en revue la création d’une iso-surface basée sur la variable de la fraction volumique pour produire une surface libre.  Mettez la fraction volumique à 0,5, qui est le rapport des deux phases fluides. La frontière entre l’air et l’eau est ici. La surface libre est représentée par cette transition.

Ce que notre conseil en analyse de surface recommander: Vérifiez un diagramme de volume ainsi qu’une autre visualisation pour l’assurance qualité. Les cellules dont le pourcentage de volume se compris entre 0,10 et 0,90 doivent être tracées. Le domaine de transition est représenté par cela.

La zone où le fluide n’est clairement pas de l’eau ou de l’air est connue sous le nom de région de transition. Cela ressemble plus à de la pulvérisation ou du brouillard, ce qui n’est pas la façon dont l’écoulement de surface libre se produit réellement. La majeure partie des cellules d’un écoulement de surface sans navire doit être composée d’eau ou d’air, ce qui correspond à une fraction volumique de 0 à 1.

De plus, la région de transition, où la fraction volumique se situe entre 0,10 et 0,90, devrait continuer d’être minimale. La région de transition peut être vérifiée à l’aide du diagramme de volume par l’ingénieur des fluides pour s’assurer qu’elle reste petite et que la simulation représente avec précision la réalité.

L’approche du volume de fluide soulève de nouvelles possibilités pour une modélisation sophistiquée, ce qui nécessite plus de préparation de la part de l’ingénieur des fluides.

La fraction volumique nécessite de nouvelles conditions aux limites qui changent avec la position verticale. Gardez la pression hydrostatique à l’esprit. La méthode de maillage est devenue de plus en plus complexe, nécessitant d’autres améliorations à la transition de surface libre.

Bien que nous recommandions Ansys Fluent, une boîte à outils logicielle d’analyse CFD sera nécessaire pour le post-traitement afin de voir la surface libre. Le volume de fluide (VOF), en bref, est difficile à définir.  C’est pourquoi nous vous recommandons fortement de demander conseil à des experts en ingénierie pour des projets coûteux qui nécessitent une précision de calcul et une exécution rapide.