COMSOL Multiphysics^® 6.1 Release Highlights

CFD Module Updates

Für Nutzer des CFD Module bietet COMSOL Multiphysics^® Version 6.1 ein neues Detached Eddy Simulation Interface, die Möglichkeit, Reynolds-gemittelte Navier-Stokes (RANS) Turbulenzmodelle in porösen Gebieten zu verwenden und Interfaces für die Modellierung von chemischem Speziestransport und Reaktionen in Kombination mit Strömungen mit hoher Mach-Zahl. Hier erfahren Sie mehr über die CFD-Updates.

Detached Eddy Simulation Interface

Ein neues Detached Eddy Simulation (DES) Interface formuliert eine hybride Methode zwischen RANS und Large Eddy Simulation (LES), bei der RANS in der Randschicht und LES in anderen Bereichen verwendet wird. Der Vorteil dieser Methode ist, dass sie im Vergleich zu einer reinen LES ein weniger dichtes Randschichtnetz erfordert. Dadurch werden der Speicherbedarf und die Berechnungszeit bei der Lösung der Modellgleichungen erheblich reduziert. In einigen Fällen wird diese verbesserte Rechenleistung mit nur geringen Auswirkungen auf die Genauigkeit erreicht. Das DES Interface kombiniert das Spalart-Allmaras Turbulenzmodell mit den LES-Modellen Residual-basierte Variations-Multiskala (RBVM), Residual-basierte Variations-Multiskala mit Viskosität (RBVMWV), oder Smagorinsky. Die Wandbehandlung für Spalart-Allmaras ist entweder eine niedrige Reynolds-Zahl oder eine automatische Wandbehandlung.

Strömung über einem Hindernis. (Die Hauptrichtung ist von links nach rechts.) Die rosafarbenen Bereiche in der Nähe der festen Wände (oben und unten) verwenden automatisch das Spalart-Allmaras-Turbulenzmodell, während in den anderen Bereichen LES verwendet wird.

RANS-Turbulenzmodelle in porösen Gebieten

Viele Systeme beinhalten eine Kombination aus offenen und porösen Bereichen, wie zum Beispiel Filter und katalytische Konverter. Für diese Systeme ist es oft vorteilhaft, RANS-Turbulenzmodelle sowohl für den offenen als auch für den porösen Bereich zu verwenden. In der Liste Porous medium turbulence model gibt es jetzt drei Formulierungsoptionen: Nakayama-Kuwahara, Pedras-de Lemos und Default (das die beiden anderen Modelle kombiniert). Diese Funktion ist jetzt in den folgenden Interfaces verfügbar:

• Turbulent Flow, k-ε
• Turbulent Flow, Realizable k-ε
• Turbulent Flow, Low Re k-ε
• Turbulent Flow, k-ω
• Turbulent Flow, SST
• Turbulent Flow, v2-f

Strömungsgeschwindigkeit an der Vorderseite eines Luftfilters und Geschwindigkeitsstromlinien durch den Filter. Die Farben der Stromlinien zeigen das Druckfeld an. Die Rückseite des Filters wird von der rechteckigen Gitterstruktur (weiß) gestützt.

High Mach Number Reacting Flow Interfaces

Die Möglichkeit, den Transport chemischer Spezies und Reaktionen in Kombination mit einer Strömung mit hoher Mach-Zahl zu modellieren, ist jetzt sowohl für konzentrierte als auch für verdünnte Lösungen verfügbar. Unter der Verzweigung Chemical Species Transport im Modellassistenten enthalten die Interfaces High Mach Number Reacting Flow zwei Varianten, die eine vollständig kompressible Strömung mit dem Interface Transport of Diluted Species oder dem Interface Transport of Concentrated Species kombinieren (wofür eine Lizenz für das Chemical Reaction Engineering Module erforderlich ist). Diese Interfaces werden in der Regel für die Modellierung des Transports und der Reaktionen in der Gasphase verwendet. Darüber hinaus haben Sie mit der neuen Funktionalität die Möglichkeit, komplexe chemische Reaktionsmechanismen mit der Funktion Chemistry zu verwalten, die im Chemical Reaction Engineering Module verfügbar ist.

Eine Rakete fliegt durch eine kugelförmige Wolke aus gelösten Stoffen. Die Schockdiamanten der Strömung beeinflussen die Konzentration der gelösten Stoffe in der Wolke.

Multiphase Materials für die Kopplung mehrphasiger Strömung

Für die Multiphysik-Kopplungen Two-Phase Flow, Level Set, Two-Phase Flow, Phase Field und Three-Phase Flow, Phase Field gibt es jetzt die Option, effektive Materialeigenschaften aus einem Multiphase Material Knoten mit eingebauten Mischregeln einzubeziehen. Dies ist besonders effizient, wenn Sie diese multiphysikalischen Interfaces mit anderen physikalischen Methoden wie Wärmetransport oder Elektrostatik koppeln, da das mehrphasige Material geeignete Mischungsregeln für nicht-flüssige Materialeigenschaften verwendet. In älteren Versionen mussten Sie dafür benutzerdefinierte Ausdrücke auf der Grundlage des Volumenanteils jeder flüssigen Phase formulieren, um die in jedem physikalischen Interface verwendeten effektiven Materialeigenschaften zu berechnen.

Flüssigkeit-Luft-Interface in einem Taylor-Kegel-Modell. Eine Flüssigkeit wird durch die elektrostatischen Kräfte verdrängt, die durch ein elektrisches Feld verursacht werden, das auf das dünne Fluid-Fluid Interface wirkt. Die relative Permittivität, die in den Electrostatics Interfaces verwendet wird, wird durch ein mehrphasiges Material berechnet.

Neues Level Set in Porous Media Interface

Das neue Interface Level Set in Porous Media enthält eine Funktion Porous Medium, die auf die Definition der Porosität im Knoten Porous Material verweisen kann. Diese Funktion ist auch im Level Set Interface und im Brinkman Equations, Two-Phase Flow, Level Set Multiphysik-Interface verfügbar. Sehen Sie sich diese Funktion in dem neuen Tutorial-Modell Resin Transfer Molding of a Wind Turbine Blade an.

Das neue Feature Porous Medium für das Interface Level Set in Porous Media.

Inelastische Nicht-Newtonsche Materialeigenschaftsgruppen

Für alle verfügbaren inelastischen nicht-Newtonschen Modelle wurden spezielle Materialeigenschaftsgruppen hinzugefügt. Jede Materialeigenschaftsgruppe enthält alle notwendigen Materialparameter sowie den Ausdruck für die scheinbare Viskosität. Sie übernimmt die Scherrate aus einem Fluid Flow Interface, um die dynamische Viskosität für Fluide mit Hilfe einer Synchronisationsregel zu definieren. So kann ein inelastisches nicht-Newtonsches Modell direkt ausgewählt werden, indem die entsprechende Material Properties Gruppe als Unterknoten zu einem Materialknoten hinzugefügt wird.

Einstellungen für den Knoten Phase. Beachten Sie, dass das nicht-Newtonsche Modell direkt im Knoten Materials ausgewählt wird.

Verbesserte Leistung für CFD

Die symmetrisch gekoppelte Gauß-Seidel-Methode (SCGS), die in vielen CFD-Anwendungen verwendet wird, wurde mit besseren Standardeinstellungen optimiert. In vielen Fällen führt dies zu einer Reduzierung der CPU-Zeit um 30%. Außerdem wurde der Speicherbedarf für Mehrgitterlöser mit Cluster-Computing um bis zu 25% reduziert.

Strömungsprofil um einen Sportwagen, berechnet mit LES. Die Strömungs- und Druckfelder werden zur Berechnung der Kräfte an den Seitenspiegeln und Türen in einer Fluid-Struktur-Interaktionsanalyse (FSI) verwendet.

Dispersed Two-Phase Flow with Species Transport

Das neue Interface Dispersed Two-Phase Flow with Species Transport verbessert die Möglichkeiten zur Modellierung des Transports chemischer Spezies und von Reaktionen in Zweiphasenströmungen erheblich. Dieses neue Multiphysik-Interface beschreibt den Transport chemischer Spezies zwischen zwei Phasen, die aus Flüssigkeitstropfen oder Gasblasen in einer kontinuierlichen Flüssigphase bestehen. Die Funktionalität kann zur Modellierung von Trennprozessen verwendet werden, wie zum Beispiel Flüssig-Flüssig-Extraktionen und Nasswäschen von Prozessabgasen. Solche Zweiphasensysteme sind sowohl in der Grund- als auch in der Feinchemikalienindustrie üblich.

Thin Barrier Multiphysik-Kopplung

Das Interface Multiphase Flow in Porous Media enthält eine neue Multiphysik-Kopplung Thin Barrier. Diese Funktion ist optional und ermöglicht es Ihnen, eine dünne Schicht hinzuzufügen, die als Widerstand für die Strömungsfelder aller Phasen dient, ohne dass die Dicke der Schicht vernetzt werden muss.

Erweiterte Thermische Wandfunktionen für Viskose Dissipation

In der Kopplung Nonisothermal Flow ist unter den Einstellungen Heat Transfer Turbulence eine neue Einstellung Thermal wall function für RANS-Turbulenzmodelle verfügbar. Es sind zwei Optionen verfügbar: Standard, die für die meisten Konfigurationen geeignet ist, und High viscous dissipation at wall, die die viskose Dissipation in der Randschicht berücksichtigt. Dies ist für genaue Ergebnisse im Falle einer schnellen internen Strömung erforderlich, insbesondere bei engen Pfaden oder wenn das Fluid sehr viskos ist.

Neue und Aktualisierte Tutorial-Modelle

COMSOL Multiphysics^® Version 6.1 enthält neue und aktualisierte Tutorial-Modelle für das CFD Module.

Resin Transfer Molding of a Wind Turbine Blade

Die Modellierung eines Resin Transfer Molding (RTM) Prozesses. Gezeigt wird das Harzvolumen in einem Windradflügel.

Application Library Titel:
rtm_wind_turbine_blade
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Fluid–Structure Interaction on a Sports Car Door

Eine Sportwagen-Seitentür, die auf einer LES-Analyse basiert und das Strömungsmuster um den Seitenspiegel zeigt.

Application Library Titel:
sports_car_fsi
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Transonic Flow over the ONERA M6 Wing

Das High Mach Number Flow, Spalart-Allmaras Interface wird verwendet, um die Mach-Zahl-Verteilung über dem Flügel zu ermitteln.

Application Library Titel:
onera_m6_wing
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Large Eddy Simulation of a 3D Hill Geometry

Die turbulente Strömung über einem 3D-Hügel wird mit Stromlinien entlang der Oberfläche dargestellt.

Application Library Titel:
les_3d_hill
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Three-Phase Mixer (requires the Mixer Module)

Stromlinien und Volumenanteil von leichten Teilchen (blau) und schweren Teilchen (rot) in einem gerührten Mischer.

Application Library Titel:
three_phase_mixer
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