ICEM/CFD Suite

Die komplette ICEM / CFD Suite besteht aus den folgenden Modulen:

Weitere Informationen bezüglich ICEM sind zu finden bei ICEM Technologies, ICEM Systems GmbH oder ICEM CFD Engineering.

Beispiele von Mulcad-, Hexa-, Tetra- und Global-Gitter
anhand eines Ausgangsmodells

Die oben erwähnten ICEM/CFD Module (außer Quad) wurden verwendet bei einem complexen Bauteil.

Die verwendeten Gitter sind:

• Ein feines Referenz-Modell mit H-O-Topologie (ICEM/CFD Hexa)
• Ein reines H-Topologie Modell (ICEM/CFD Mulcad)
• Ein "grobes" H-O-Topologie Modell (ICEM/CFD Hexa)
• Ein reines Tetra-Modell (ICEM/CFD Tetra)
• Ein hybrides Modell mit Tetraedern und wandnahen Prismenschichten (ICEM/CFD Tetra/Prism)

• Und ein grobes cartesisches Modell (ICEM/CFD Global)

Sämtliche Modelle wurden innerhalb von zwei Tagen erstellt (und nicht mehr geändert) anhand der CAD-Daten die schon aufbereitet waren mit ICEM/DDN. Bitte beachten Sie die Verwendung eines O-Gitters entlang der Wand bei einigen Modellen.

Rechenergebnisse

Wenn man schon mehrere Modelle hat ist es sinnvoll, die Strömung im Bauteil ebenfalls zu berechnen und die Lösungen zu vergleichen.

Das Referenz-Modell wurde mit Zentralen Differenzen berechnet und die restlichen Modelle mit einem standard Upwind Verfahren. Die Ergebnisse geben einen globalen Eindruck. Die Einstellungen wurden absichtlich so gewählt, daß die Unterschiede deutlich sichtbar werden. Insbesondere die Tetra-Modelle brauchen unbedingt ein Differenz Schema höherer Ordnung (wie schon erwähnt). Die Warnung, daß hier "Äpfel und Birnen" verglichen werden ist angebracht.

Die Rechenergebnisse lassen sich gut in den beiden nächsten Figuren und der Tabelle zusammenfassen (ein größeres Bild erhalten sie, wenn Sie das Bild anklicken). Das erste Bild zeigt das Ausmaß der Ablösung in der erste Kurve. Das zweite Bild bezieht sich auf die "shearlayers" in Wandnähe und am Rande des Ablösungsgebietes.

Übersicht des totalen Druckes

Übersicht der Vorticity

Der Factor in dieser Tabelle wurde festgelegt durch fact = dP/q_austritt und gibt einen Eindruck des Druckverlustes im Bauteil. Dieser ist relativ hoch, da die Strömung drei Mal eine 90º Wendung macht (davon zwei mit scharfen Kanten). Sämtliche Ergebnisse werden verglichen mit dem feinen Referenz-Modell, das hier, laut Definition, exact ist.

Die folgenden Schlußfolgerungen sind möglich:

• Als erstes ist die Reihenfolge so, wie man es erwartet.
• Das Hexa-Modell ist mit Upwind Differenzen schon fast so gut, wie das Referenz-Modell.
• Die Abmessungen der Mulcad- und Global-Modelle sind schwierig auf 60 bis 70,000 Zellen zu bringen. (Übrigens sagt die Anzahl der Zellen nichts über die Qualität eines Modells, wenn man keine Informationen hat über die Verteilung an der Wänden und im Raum).
• Beim Bild des totalen Druckes schneidet das grobe Global- oder Lego-Modell in dieser Kurve relativ gut ab, da es durch das eckige Gitter zur Ablösung gezwungen wird.
• Das Vorticity-Bild zeigt die dicke Grenzschicht, die beim Tetra-Modell nicht ablöst.
• Diese Studie sagt nichts darüber, wie groß ein Tetra-Modell im Vergleich zu, zum Beispiel, einem Hexa-Modell sein soll.

Zusammenfassung

Gitter

• Unterschiedliche Gittertypen bzw. Topologien können heutzutage im Bereich der Strömungsmechanik verwendet werden.
• Die Genauigkeit der Lösung hängt sowohl bei manuell als auch automatisch erzeugten Gittern von der Netzqualität insbesondere in Hinblick auf die Anforderungen seitens des Strömungslösers ab.
• Wie in jedem anderen Beispiel, zeigt sich auch hier, daß jedes Problem sein entsprechendes Gitter benötigt. In der Erzeugung eines ersten Netzes ist es immer anzuraten, vorab eine grobe y⁺ Abschätzung durchzuführen und damit die Netzdichte festzulegen. Ein zu feines Netz kann bei Verwendung von Wandgesetzen ebenso zu falschen Eregbnissen führen, wie ein zu grobes.
• Die Kombination Prismen/Tetraeder erlaubt vergleichbare Ergebnisse zu reinen Hexaedernetzes (hierbei ist insbesondere die Qualität der Elemente im Wandnahen Bereich ausschlaggebend "y⁺"). Es sind möglicherweise mehr Elemente erforderlich, als das reine Verhaeltnis der idealen Teilung von einem Hexaederelement in vier Tetraeder. Hier wird in der Zunkunft der "break-even" point zwischen hexederdominaten und hybriden Tetra/Prismen Netzen durch die erforderlichen Rechenzeiten bestimmt sein.
• In der nahen Zukunft wird es automatische Topologiegeneratoren geben, die dann eine extrem schnelle geometrieorientierte Vernetzung mit Hexaedern erlauben wird. Zudem wird die Erweiterung auf lösungsadaptive Anpassung von Tetraedernetzen die dort zur Zeit noch oft gegebene Abweichung deutlich reduzieren.

ICEM/CFD Suite

• Gezeigt wurden verschiedene Modelle, die ohne Vorkenntnis zu Ergebnissen miteinander verglichen wurden. Im Regelfall erfolgt für Auslegungs-berechnungen nach einer ersten Rechung eine entsprechende Anpassung des Netzes in Bezug auf Gradienten und y⁺, auf welches hier bewußt verzichtet wurde.
• Die verschiedenen Netze wurde in sehr kurzen Durchlaufzeiten erzielt.
• In Weiterführung der gezeigten Berechnungen, ist geplant die o.a. Modelle im Sinne der Lösungsanforderungen anzupassen und neu zu berechnen.