In der numerischen Strömungsmechanik (CFD) können komplexe Oberflächen, die nicht vollständig massiv sind, mit Hilfe von porösen oder permeablen Medien modelliert werden. Beispiele aus der Praxis für solche Oberflächen sind Windschutzgewebe, Drahtgeflechte, perforierte Fassaden und Verkleidungen, Lamellen, Rohrbündel (Stapel horizontaler Zylinder) usw.
Modelle dieser Strukturen können eine so komplizierte Geometrie aufweisen, dass es unmöglich ist, ein effizientes Netz dafür zu generieren; das resultierende Netz könnte in bestimmten Situationen extrem fein oder von schlechter Qualität sein. Unter solchen Bedingungen ist die Berechnung entweder fehlerhaft oder benötigt mit Supercomputern eine erhebliche Rechenzeit. Daher wird dringend empfohlen, bei diesen Arten von Strukturen ein Modell eines durchströmungsfähigen Mediums zu verwenden.
Hier erklären wir Schritt für Schritt, wie Sie die Funktion der permeablen Oberfläche in RWIND 2 nutzen:
Schritt 1: Modellierung der exakten Geometrie mit Porosität in RWIND
Das exakte Geometriemodell mit angegebener Porosität (hier wird eine Porosität von 40 % angenommen) muss simuliert werden (Bild 2). Für die Umsetzung der exakten Geometrie sollte die Option des vereinfachten Modells deaktiviert und die Netzverfeinerungsstufe erhöht werden (Bild 3).
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Schritt 2: Simulationsaufbau
Der gesamte Querschnitt der Simulationsdomäne sollte von der porösen Oberfläche ausgefüllt werden, um die Strömung innerhalb des porösen Abschnitts zu ermöglichen. Die untere Randbedingung des Windkanals muss als 'Slip' eingestellt werden, um den Druckverlust der porösen Oberfläche tatsächlich zu sehen (Bild 4). Auf diese Weise werden präzisere, auf die poröse Oberfläche bezogene Druckverlustwerte erzielt.
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Schritt 3: Zwei Windsimulationen mit unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten
Hier werden 5 m/s und 15 m/s als zwei unterschiedliche Windgeschwindigkeiten betrachtet. Nach den Simulationen müssen wir Druckverlustdaten mithilfe eines Diagramms über die Option 'Liniensonde' in RWIND ermitteln (Bilder 5, 6). Es ist sehr wichtig, den stationären Teil des Druckfelddiagramms zu betrachten, um die Auswirkungen lokaler Druckschwankungen, spezifischer Positionen usw. zu vermeiden.
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Schritt 4: Darcy-Forchheimer-Rechner
Um die erforderlichen Eingabeparameter in RWIND zu erhalten, wie z.B. den Darcy-Koeffizienten (D) und den Trägheitskoeffizienten (I), können wir den Darcy-Forchheimer-Rechner ( Darcy-Forchheimer Calculator ) verwenden; die benötigten Informationen sind in Bild 7 dargestellt. Nach Eingabe der Daten erhalten Sie den Darcy-Koeffizienten (D) und den Forchheimer-Beitrag (F), der dem Trägheitskoeffizienten (I) in RWIND entspricht; L ist außerdem die Länge des permeablen Mediums in Strömungsrichtung (hier beträgt die Dicke der Oberfläche = 0,0016 m). Abschließend können Sie alle Parameter in der RWIND-Tabelle der permeablen Oberflächen ersetzen (Bild 8).
