DEM-CFD studie proudění v sypané výplni. Martin Šourek

Transkript

1 DEM-CFD studie proudění v sypané výplni Martin Šourek VŠCHT Praha Ústav matematiky Praha 12. prosince 2017

2 Motivace Modelování toku v sypané výplni 2

3 Úvod Model Výsledky Závěr Model 3

4 Metodika Přístup k simulacím 4

5 Blender Fyzikální engine Bullet Metoda diskrétních elementů I. Predikce - Určení potenciálních poloh v čase t+δt II. Detekce kolizí - Lokalizace srážek na základě překryvu III. Korekce předpovězených poloh - Přepočet poloh podle určených srážek DEM nastavení v Blenderu bullet.physics_type = 'RIGID_BODY' bullet.use_collision_bounds = True bullet.velocity_max = 10 bullet.collision_margin = bullet.form_factor =

6 Blender Metoda vytváření struktur Algoritmus vzniku struktury 1 vytvoření válce pro kolonu 2 smazání stěny pro vznik kolony 3 for i in range (0, 49) 4 vytvoření válce 5 přesouvání válců nad sebe 6 náhodná rotace 7 vznik díry ve válci 8 přiřazení parametrů pro fyzikální engine 9 spuštění enginu a zaznamenávání pozic 10 struktura určena konvergencí řešení 11 export získané struktury ve formátu STL 6

7 Blender Metoda vytváření struktur Algoritmus vzniku struktury 1 vytvoření válce 2 smazání stěny pro vznik kolony 3 for i in range (0, 49) 4 vytvoření válce 5 přesouvání válců nad sebe 6 náhodná rotace 7 vznik díry ve válci 8 přiřazení parametrů pro fyzikální engine 9 spuštění enginu a zaznamenávání pozic 10 struktura určena konvergencí řešení 11 export získané struktury ve formátu STL 7

8 Blender Metoda vytváření struktur Algoritmus vzniku struktury 1 vytvoření válce 2 smazání stěny pro vznik kolony 3 for i in range (0, 49) 4 vytvoření válce 5 přesouvání válců nad sebe 6 náhodná rotace 7 vznik díry ve válci 8 přiřazení parametrů pro fyzikální engine 9 spuštění enginu a zaznamenávání pozic 10 struktura určena konvergencí řešení 11 export získané struktury ve formátu STL 8

9 Blender Metoda vytváření struktur Algoritmus vzniku struktury 1 vytvoření válce 2 smazání stěny pro vznik kolony 3 for i in range (0, 49) 4 vytvoření válce 5 přesouvání válců nad sebe 6 náhodná rotace 7 vznik díry ve válci 8 přiřazení parametrů pro fyzikální engine 9 spuštění enginu a zaznamenávání pozic 10 struktura určena konvergencí řešení 11 export získané struktury ve formátu STL 9

10 Blender Metoda vytváření struktur Algoritmus vzniku struktury 1 vytvoření válce 2 smazání stěny pro vznik kolony 3 for i in range (0, 49) 4 vytvoření válce 5 přesouvání válců nad sebe 6 náhodná rotace 7 vznik díry ve válci 8 přiřazení parametrů pro fyzikální engine 9 spuštění enginu a zaznamenávání pozic 10 struktura určena konvergencí řešení 11 export získané struktury ve formátu STL 10

11 SnappyHexMesh Implementovaný generátor sítě Využití SnnapyHexMesh generuje 3D síť na základě poskytnuté STL plochy 11

12 Řešič simplefoam Řídící rovnice a okrajové podmínky Navier-Stokesovy rovnice nestlačitelného izotermického proudění U = 0 U U = p + T + f b Okrajové podmínky pro rychlost Okrajové podmínky pro tlak Vstup Výstup Stěna Výplň flowrateinletvelocity inletoutlet noslip noslip Vstup zerogradient Výstup fixedvalue 0 Stěna zerogradient Výplň zerogradient 12

13 Výpočetní doména Nastavované parametry Parametry pro kuličkovou výplň Průměr kolony d t = 0.06 m Průměr kuličky d k = m Parametry pro Raschigovy kroužky Průměr kolony d t = 0.06 m Průměr válečku d R = m Výška válečku H R = m Průměr díry d h = 0.01 m 13

14 Výpočetní doména Volba jemnosti sítě Tlaková ztráta[pa] Počet buněk v milionech Podmínky studie kuliček - V i = 0.15 dm3 s Jemnost sítě pro výplň z Raschigových kroužků 6.8 miliónů buněk 14

15 Úvod Model Výsledky Závěr Výsledky 15

16 Kuličková výplň Výsledky simulací a jejich validace Dp/dh [Pa/m] 1,20E+5 1,00E+5 Eisfeld-Schnitzlein Experimental data 8,00E+4 Simulation 6,00E+4 4,00E+4 2,00E+4 0,00E+0 0,035 0,095 0,155 0,215 0,275 0,335 Průtok [dm 3 /s] Eisfeld, B. and K. Schnitzlein, The influence of confining walls on the pressure drop in packed beds. Chemical Engineering science,

17 Výplň z Raschigových kroužků Výsledky simulací a jejich validace Dp/dh [Pa/m] 4,20E+4 Mackowiak 3,50E+4 Billet Experimental data 2,80E+4 Simulation 2,10E+4 1,40E+4 7,00E+3 0,00E+0 0,035 0,235 0,435 0,635 0,835 Průtok [dm 3 /s] Maćkowiak, J., Fluid dynamics of packed columns. 2010, Berlin: Springer-Verlag. Billet, R., Packed Towers, in VCH Verlagsgesellschaft mbh. 1995: Weinheim. 17

18 Úvod Model Výsledky Závěr Závěr 18

19 Děkuji Vám za pozornost 19