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11. Juli 2024

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Durchlässige Flächen

In RWIND 3 Pro ist es möglich, Durchlässigkeit auf Flächen anzuwenden. Eine kurze Beschreibung der Theorie zur Durchlässigkeit findet sich im Kapitel Durchlässigkeit. In RWIND 3 Pro wird die Permeabilität über eine Randbedingung modelliert, also einen vorgeschriebenen Druckverlust an definierten Flächen. Der Druckverlust (Druckgradiente) wird durch Gl.

∆ p = - (D μ U + \frac{1}{2} I ρ {|\begin{matrix} U \end{matrix}|}^{2}) \cdot L

Δp[Pa]	Druckverlust
μ [Pa.s]	Dynamische Viskosität des Fluids
U[m/s]	Geschwindigkeit des Fluids
D [1/m² ]	Darcy-Koeffizient
ich [1/m]	Trägheitsbeiwert
ρ [kg/m³ ]	Dichte des Fluids
L[m]	Durchlässige Medienlänge in Strömungsrichtung

Druckverlust

mit die Koeffizienten D und I sind definiert als:

I = \frac{C_{F}}{\sqrt{α}}

C_f[-]	Forchheimer-Parameter
α [m² ]	Durchlässigkeit

Trägheitskoeffizient

D = \frac{1}{α}

α [m² ]

Durchlässigkeit

Darcy-Koeffizient

Bei den im Kapitel Durchlässigkeit vorgestellten Modellen mit durchlässigen Medien wird ein Quellterm auf der rechten Seite der N-S-Gleichungen im Schwerpunkt der Zellen ergänzt, in denen die Durchlässigkeit gelöst werden soll. Da RWIND 3 Pro nur durchlässige Flächen (also relativ dünne Elemente) löst, wird die Permeabilität bisher über eine zyklische Randbedingung (porousBafflePressure) modelliert, die den Druckgradienten an ausgewählten Elementen (Patch) vorschreibt. Weitere Details finden Sie im OpenFOAM-Handbuch. Dies ist ein rechnerisch einfaches Modell und es können interessante Ergebnisse in kurzer Berechnungszeit erzielt werden. Es hat jedoch seine Einschränkungen, da z. B. die Verwendung des Modells für hohen Druckverlust möglicherweise nicht zu Konvergenz und Ergebnissen führt.

Speziellere Informationen zum Durchlässigkeitsmodell (porousBafflePressure) finden Sie im OpenFOAM-4.1 manuell.

Durchlässigkeit und Zonen

In RWIND 3 Pro wird die Durchlässigkeit den ausgewählten Zonen als Materialeigenschaft zugewiesen, siehe Bild unten.

Zonen & Permeabilität

Klicken Sie im Dialog "Zone bearbeiten", Abschnitt "Material" auf "Neues Material anlegen..." bzw. "Material bearbeiten...". Es erscheint ein Dialog mit Durchlässigkeitsparametern.

Material bearbeiten, Durchlässigkeit

Hier sind die Durchlässigkeitsbeiwerte D, I und die Länge der durchlässigen Fläche (Dicke) L zu definieren. Eine Einführung zur Ableitung und Berechnung dieser Beiwerte wurde im Kapitel Durchlässigkeit beschrieben. Weitere Ideen und Ansätze zur Herleitung der Koeffizienten finden Sie auch hier. Eine Möglichkeit, den Beiwert zu erhalten und die Durchlässigkeit zu modellieren, ist im Fachbeitrag auf der Dlubal-Website beschrieben. Nach der Einstellung aller Beiwerte und der Zuweisung der Zonen zu den Flächen ist das Modell mit durchlässigen Flächen bereit für die Berechnung.

Tipp

Bei der Einstellung der Koeffizienten D und I ist deren physikalische Interpretation zu beachten. Der D-Koeffizient beeinflusst die Größe der Reibungskräfte (viskosen), während der I-Koeffizient die Größe der Trägheitskräfte der Geschwindigkeit beeinflusst, wenn die Strömung durch die durchlässige Fläche strömt.

Wichtig

Die Berechnung mit der Flächendurchlässigkeit kann nur an vereinfachten Modellen durchgeführt werden. Das Shrinkwrap Mesh sorgt für eine geometrisch korrekte Vernetzung ohne offene Volumina. Wenn die Modellvereinfachung deaktiviert ist, kann das generierte Volumennetz von schlechter Qualität sein und die Ergebnisse können falsch sein. An dieser Stelle ist zu betonen, dass sich das vereinfachte Modell mit und ohne durchlässige Flächen deutlich unterscheidet, siehe , bildet das Modell mit durchlässigen Flächen in diesem Fall ein offenes Volumenmodell, was dann zu einem größeren volumetrischen Netz führt als das gleiche Modell ohne diese.

Modellnetz mit/ohne durchlässige Fläche

Wichtig

Das aktuelle Durchlässigkeitsmodell (OpenFOAM, porousBafflePressure) eignet sich für relativ einfache durchlässige Flächen (z. B. Drahtgewebe, Jalousien, Absturzsicherungen usw.), d. h. für einfache Formen, die durch eine Schar von gleichmäßig orientierten Dreiecken definiert sind. Wenn wir durchlässige Flächen für das ganze Gebäude verwenden (zum Beispiel das Modell "Eiffelturm" von Projektmanager), dann wird die Berechnung sehr wahrscheinlich instabil, die Ergebnisse werden falsch oder die Berechnung gar nicht.

Geschwindigkeitsfeld, durchlässige Flächen

Übergeordnetes Kapitel

Importierte Modelle