Prob. mit Strömungssimulation

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herbk
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Prob. mit Strömungssimulation

Post by herbk »

Hi Thomas,
thschrader wrote: Sun Feb 24, 2019 11:49 am ping...
ich bräuchte mal Deine Hilfe...

Für diesen Windrad- Rotor
C8_CFD.jpg
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(und noch ein paar weitere in dieser Art) möchte ich CFD Simulationen machen. Das Modell habe ich (wie zu sehen...) aber ich weiss jetzt nicht wie weiter. Ich habe versucht die Anleitung CFD mit FreeCAD abzuarbeiten, aber ich habe schon am Anfang (Verständnis)Probleme:

Das Beispiel zeigt ja eine 2 dimensionale Darstellung der Strömung, der "Block außen herum" stellt den Strömungsraum dar, der Ausschnitt unten das Hindernis. So möchte ich das aber nicht, ich benötige eine 3D Darstellung der Strömung um den Rotor.
Ich habe deshalb einen entsprechend größeren Kubus erstellt, den Rotor habe ich innen platziert und mit einer boolean Subtraktion einen Hohlraum erzeugt.

Ist das so weit erst mal richtig? oder muss der Rotor als Körper erhalten bleiben ume auch ein Netz daraus zu erzeugen?

Und wie geht es dann weiter? Die erstem Einstellungen kann ich nachvollziehen, Fluid und V einstellen (ich benötige Luft bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten).
Wo ich dann nicht mehr folgen kann sind die Ausführungen zur Netzerstellung... Was muss ich wann anwählen... wie lege ich die Strömungsrichtung fest?

Weiter Fragen kommen bestimmt noch... :oops:
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Gruß Herbert
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hammax
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Re: Prob. mit Strömungssimulation

Post by hammax »

… interessanter Ansatz.
Da wäre ich auch auf eine Strömungsdarstellung neugierig.
Leider streikt mein aerodynamisches Verständnis noch bei der Verquickung von Savonius- und Darrieus-Rotor
Langsam-Läufer und Schnellläufer ???
herbk
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Re: Prob. mit Strömungssimulation

Post by herbk »

Das ist ein Langsamläufer.
Unsere Schule/Schüler (Techniker) werden im Zuge Ihrer Technikerarbeit einen Wettbewerb für vertikalachsige Widerstandsläufer "anzetteln". Da gehören dann halt auch theoretische Überlegungen und Darstellungen dazu.

Die Bauform nennt sich C-Rotor und hat sich in ein paar Tests mit kleinen Rotoren als deutlich effectiver als der Savonius gezeigt. Ein Rotor erreichte sogar den Wirkungsgrad eines gleich großen H-Darrius, mit dem Nachteil des Darrius dass er eine sehr gut auf den Rotor abgestimmte Regelung benötigt, der C nicht.
Gruß Herbert
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hammax
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Re: Prob. mit Strömungssimulation

Post by hammax »

… ok ich habe mal auf die Schnelle was gefunden.
Da mich Windradeln schon immer interessierten, bin ich auch mal über die "C-Rotor"-Bauweise gestolpert.
Downwind ist er ja ein normaler Widerstandsläufer, der eigentlich nicht schneller als die lokale Windgeschwindigkeit kann.
Das "upwind" laufende Profil muss segeln können, also in irgendeiner Form eine Auftriebskomponente haben, die Drehmoment erzeugt.
Und da stört (nicht nur mich) dann der relativ große Vorflügel.
Das doppelt arc-profilierte Blatt kriegt in den nächsten 2 Quadranten mal von der einen dann von der anderen Seite Strömung.
Leider ist der Auftrieb auf der Sogseite (Lee) ca. 2/3 und auf der Luvseite nur 1/3
sofern die Strömung anliegt und hinreichend lange ohne Abriss bleibt. Da stören die Vorflügel den erhofften Darrieus-Effekt.
Naja man kann nicht alles haben. Wenigstens macht er Selbstanlauf.
https://www.kleinwindanlagen.de/Forum/c ... 08&page=26
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freecad-heini-1
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Re: Prob. mit Strömungssimulation

Post by freecad-heini-1 »

Wie würde sich ein solches Modell schlagen?
https://www.youtube.com/watch?v=1-WqPITmhkw
thschrader
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Re: Prob. mit Strömungssimulation

Post by thschrader »

herbk wrote: Sun Feb 24, 2019 9:41 pm Ich habe deshalb einen entsprechend größeren Kubus erstellt, den Rotor habe ich innen platziert und mit einer boolean Subtraktion einen Hohlraum erzeugt.
Ist das so weit erst mal richtig?
Ja, richtig. Hab mir dein Modell angesehen.
Die Vernetzung wird eine echte Herausforderung, du kannst dich schon mal
auf mehrere Stunden Arbeit einstellen. So fängt die Woche doch gut an... :)
Dein Kubus ist 10x4,75x4,75 m gross. Die Rotorhalterungen sind 5 mm dick.
Selbst bei Vernetzung der Auslegerdicke mit nur EINEM Element (d.h. Elementkantenlange 5 mm)
und 10-facher Netzverfeinerung bekommst du ein Basisnetz von 50 mm Elementkantenlänge.
Das ergibt für den Kubus ca. 1,8 Mio Elemente. Dazu die Netzverfeinerung, ergibt dann irgendwas
um 2,5 Mio Zellen. Für meinen Laptop definitiv zu viel.
Die Geometrie ist für den Vernetzer ungünstig, siehe Bild.
Ich würde erstmal so einfach wie möglich anfangen, d.h. 2D-Geometrie der Flügel
oder erstmal einen Flügel allein rechnen, um Widerstand und Auftrieb zu ermitteln.
(Kannst du den Flügel allein posten?)
Eine Drehbewegung des Rotors kann mit openfoam simulert werden, man kann die erforderliche
Dateistruktur aber nicht mit der cfd-wb erzeugen. Bleibt also nur der statische Fall.
Ich werde mal mit einem 2D-Fall anfangen, mal sehen wie es geht.
Windgeschwindigkeit?
Thomas
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herbk
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Re: Prob. mit Strömungssimulation

Post by herbk »

Hi Hammax,

unter Last laufen Widerstandsläufer alle mehr oder weniger bei einer Schnelllaufzahl von 0,5 bis 0,6, "Auftriebsläufer" (Darrieus artige, das Auftriebsläufer ist bewusst in Anführungszeichen, weil ich der Meinung bin dass es die nicht gibt) benötigen, abhängig vom Profil, eine SZ von 2,5 oder mehr.
Eine Kombination macht nur Sinn, wenn man die Flügel in einem Abstand zur Achse montiert der zur SZ passt.
Ein Schüler von uns hat vor 3 Jahren mal so einen Kombi- Rotor gebaut (Widerstandsflügel auf 1/5 Abstand zur Achse, Darrius Flügel 5/5), der auch ganz gut lief. Allerdings mit den gleichen Ansprüchen an die Regelung der Lastentnahme, "Darriusse" dind da echte sensibelchen...

Der nächste Flügel den ich baue wird so gebaut dass er auf der upwindseite seinen Querschnitt verkleinert und damit weniger Widerstand bietet.


Hi Wilfried

na ja, das ist ein liegender Savonius, Flügel in Helix Bauweise. Durch das liegende verliert er die Windrichtungsunabhängigkeit, den Hauptvorteil der vertikalachsigen Windräder.
In Regionen wo der Wind sehr häufig aus der passenden Richtung kommt ist das nicht schlecht, weil an der Stelle die Windgeschwindigkeit ja höher ist. Ich danke allerdings, dass hier andere Bauformen als der Savonius auch mehr bringen würden.
Die Helixbauform bringt keine Leistungssteigerung (zumindest habe ich noch keinen Vergleichstest gesehen der das Belegt hätte), auch wenn das häufig behauptet wird. Die Heilxform bringt Laufruhe, weil immer ein Flügelabschnitt maximalen Winddruck hat, wodurch die Schwingungen das Systems deutlich veringert werden.


Hi Thomas,

das mit dem Zeitbedarf habe ich schon befürchtet, aber ich habe die Hoffnung, dass das Meiste der Rechner macht... Eigentlich werden die Flügelträger nur 3mm dick, aber ich hatte schon befürchtet dass die ein "Knackpunkt" sind.

Solche für den Vernetzer ungünstgen Stellen können für die Simulation beseitigt werden, das ist kein Problem. Das Detailbild von Dir zeigt auch dass ich vergessen habe die Kanten der Flügelträger zu verrunden. :roll:

Das mit dem Auftrieb und Widerstand an einem Flügel eines Widerstandsläufers ermitteln halte ich für relativ Sinnfrei... da kommt eine Darstellung dabei heraus, die in dieser Form am Rotor nie auftritt, weil hier ja alle Flügel die Strömung beeinflussen. Wenn Du meinst "zum Üben" ist das natürlich was anderes... ;)
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Gruß Herbert
thschrader
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Re: Prob. mit Strömungssimulation

Post by thschrader »

Hier mal ein 2D-Fall mit gmsh.
Wind 3 m/s.
@Herbert: Datei laden, Doppelklick auf cfdAnalysis im Modellbaum ==> cfd-wb startet.
Doppelclick auf Cut_Mesh und gmsh nochmal laufen lassen.
Run
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herbk
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Re: Prob. mit Strömungssimulation

Post by herbk »

Hi Thomas,

danke für die Datei, - mit der ist jetzt bestätigt, dass ich nicht weiterkomme weil das FCAppImage /CFD auf meinem System nicht richtig arbeitet: (wenn ich die Fehlermeldung vernünftig gelesen hätte, dann wäre ich auch so draufgekommen... :oops: :roll:). Ich weiss allerdings noch nicht, ob der Fehler bei FC oder in OpenSuse zu suchen ist.
Fakt ist, dass gmsh nur ein Netz erzeugt wenn ich das FC Appimage mit Rootrechten start. Starte ich es als user, dann bekomme ich beim erstellen des Netzes diese Fehlermeldung:

Code: Select all

/bin/bash: /tmp/.mount_FreeCAb2L59u/lib/x86_64-linux-gnu/libreadline.so.6: no version information available (required by /bin/bash) 
Wenn ich als USER im Dateimanager nach /tmp/.mount_FreeCAb2L59u/lib/x86_64-linux-gnu/ wechsle ist die libreadline.so.6 da, ist eine Verknüpfung nach libreadline.so.6.3.
Und jetzt das für mich unverständliche:
Wechsle ich als ROOT nach /tmp/, dann gibt es schon das Verzeichnis .mount_FreeCAb2L59u nicht.

Da die OpenSuse auf dem Lapi mit dem ich Abends immer so arbeite möchte ich dieses Verhalten erst noch mal auf einer aktuelleren Installation überprüfen, nicht dass das schon lange abgestellt ist.

Noch ein paar Fragen zu Deinem vorgehen bei der Netzerstellung:
Du erstellst bereits vor der Netzerzeugung den "oberen und unteren Deckel" und nach der Netzerzeugung die seitlichen Begrenzungen (inlet, outlet, usw.). Hat das einen besonderen Grund oder ist die Reihenfolge egal?
Ich habe (im Vergleich zu der Anleitung die Du mal gepostet hast) den einen oder anderen Butten / Eingabefeld im UI nicht mehr, z.B. für das Arbeitsverzeichnis, und "max. element size" fehlen.
Ist das richtig so oder ein Fehler?

Was mir bei den Fluid Properties aufgefallen ist: Wenn ich die aufrufe, dann bekomme ich als Fluid "none" angezeigt, in den Feldern für die Eigenschaften stehen aber die Werte von Luft. Ich denke das sollte nicht so sein, denn kein Fluid hat auch keine Eigenschaften. ;)
Gruß Herbert
thschrader
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Re: Prob. mit Strömungssimulation

Post by thschrader »

Hallo Herbert,

zu Apimage/opensuse kann ich dir nicht weiterhelfen. Besser: direkt Oliver Oxtoby
im cfd-Forum ansprechen. Der spricht auch recht gut deutsch.

Vernetzung: ich habe mir angewöhnt, bei FEM/CFD-Berechnungen immer erst das Netz zu
erzeugen. Bei komplizierten Geometrien nimmt das immer mindestens die Hälfte der gesamten
Arbeit in Anspruch. Das Netz kann später per drag+drop in den Analyse-Container gezogen werden.
Openfoam rechnet grundsätzlich 3D. Man kann aber Randbedingungen setzen (hier: die 2D-bounding-planes),
so das in diesem Fall die Lösung der Navier-Stokes-Gleichung in z-Richtung unterdrückt wird. Du wirst in paraview sehen,
das gmsh in z-Richtung nur eine Elementlage erzeugt hat. Dafür muss man aber vorher die beiden
bounding-planes definieren. Im 3D-Fall wäre das egal.

Die button haben sich in der Tat geändert. Das Arbeitsverzeichnis wird unter Edit/Preferences/CFD eingestellt, analog FEM.
In diesem Arbeitsverzeichnis wird der meshcase/case Folder erzeugt.
Die Elementgrössen werden im Vernetzer-Dialog festgelegt.

Bei Neustart einer CFD-Datei und Aufruf der fluid-Properties ist das Feld in der Tat leer. Ist wohl ein mini-bug.
Fluid einfach nochmal neu wählen.
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