Anwendungsbezogene Berechnungswerkzeuge versus „Multi-Purpose Codes“: Neue Möglichkeiten im CFD Einsatz durch OpenSource basierte Modellentwicklung Dr. Ulrich Heck , Martin Becker DHCAE Tools
Anwendungsbezogene Berechnungswerkzeuge versus „Multi-
Purpose Codes“: Neue Möglichkeiten im CFD Einsatz durch OpenSource basierte
Modellentwicklung
Dr. Ulrich Heck, Martin BeckerDHCAE Tools
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
InhaltInhaltVorstellung DHCAE Tools
Struktur und Aufbau von OpenFOAM®
Beispiele für OpenFOAM® CFD-Berechnungs-fähigkeiten und erforderliche Anpassungen
Umsetzung als anwendungsbezogene Berechnungswerkzeuge
OPENFOAM® ist ein registriertes Markenzeichen von SGI Corp.
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
DHCAE ToolsDHCAE Tools
• DHCAE Tools: Gegründet nach langjährigen Berechnungsdienstleitungen
• Kundenangepasste CFD-Tools– Spezielle Aufgaben– Begleitung von Firmen bei CFD-Einführung
• Kombination OpenSource und lizenzpflichtige Systeme:– Pre Prozessing (Eigene Entwicklung): CAD basierter GUI-Pre-
Prozessor CastNet für OpenFOAM– Solving: OpenFOAM und Anpassungen auf Basis der OpenFOAM
Technologie– Post Processing: Paraview u.a.
• Training und Support
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
kommerzielle CFD-Systeme versus OpenFOAM kommerzielle CFD-Systeme versus OpenFOAM
kommerzielle CFDkommerzielle CFD
VerfügbarkeitVerfügbarkeit
KonzeptKonzept
UmfangUmfang
Bevorzugte Bevorzugte ArbeitsweiseArbeitsweise
OpenFOAM® wird entwickelt und herausgegeben von SGIOpenFOAM® wird entwickelt und herausgegeben von SGI
OpenFOAMOpenFOAM
Frei verfügbar unter der GNU-Public-License
Angelegt als „Toolbox“
Sammlung von Utilities und „Solvern“ mit definier-tem Lösungsspektrum
Text-Files
Lizenzpflichtig
Funktionen in einem Executable Anpassungsfähig über definierte Schnittstellen
Als multi-Purpose-System einsetzbar
GUI
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
OpenFOAM-StrukturOpenFOAM-Struktur
Input für einen Berechnungsfall:•Verzeichnis für einen Fall•Dictionaries mit bestimmten Aufgaben•Informationen verteilen sich auf Vielzahl von Files
Beispiel: Adaptieren von OpenFOAM:- Partikeltransport- Verwendete Partikelmodelle werden
definiert durch Dictionary:kinematicCloudProperties in constant
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
Beispiel: Struktur von OpenFOAM 1Beispiel: Struktur von OpenFOAM 1
Dictionary: Input für Berechnung
Beispiel: Beispiel: PartikelberechnungenPartikelberechnungenDictionary:Dictionary:KinematicCloudPropertiesKinematicCloudProperties
OpenFOAM Dateistruktur (Verzeichnisse der Funktionen/Modelle)
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
Beispiel: Adaptieren von OpenFOAMBeispiel: Adaptieren von OpenFOAM
OpenFOAM QuellcodeIm Verzeichnis../particleForces/sphereDrag Objektorientiert in C++
Input Re (Reynoldszahl)OutputWiderstandswert(hier cd*Re)
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
Beispiel: Adaptieren von OpenFOAMBeispiel: Adaptieren von OpenFOAM
Anpassungsmöglichkeit:1.Vorhandene Funktion nehmen (sphereDrag) 2.Kopieren/Klonen3.Umbenennen (z.B. mySphereDrag)4.Anpassen5.Kompilieren6.Verwendung von „mySphereDrag“ im Input Dictionary für die Partikelbewegung
OpenFOAM ist als Toolbox angelegt:Umfangreiche Lösungsmöglichkeiten mit vorhandenen Solvern Aber: Auf Anpassungsfähigkeit ausgelegt
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
Basis anwendungsbezogene ToolsBasis anwendungsbezogene Tools
Prädestiniert für anwendungsbezogene Berechnungswerkzeuge
•Definierte Lösungsfähigkeiten eines „Solvers“Definierte Lösungsfähigkeiten eines „Solvers“•Verfügbarkeit des QuellcodesVerfügbarkeit des Quellcodes•Objektorientierte StrukturObjektorientierte Struktur•AdaptierbarkeitAdaptierbarkeit•Kommunikation auf FilebasisKommunikation auf Filebasis
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1
Quench:
Kühlung von heißen Gasen mit einem Spray
Stark drallbehaftete Strömung
Lagrangescher Partikeltransport mit starker Interaktion: Thermische: Verdunstungskühlung
Impuls: Dichteänderung, Sprayeintrag
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1
Vernetzung mit CastNetVernetzung mit CastNet
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
TemperaturverteilungenOpenFOAM CFD-Vergleichslösung
OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
Vorhanden in OpenFOAM:•Stationäre/Instationäre Solver für Partikeltransport in Gasen mit verschiedenen Phasenanteilen (Species)
Solveranpassungen: •Entfernen der Reaktionskinetik•Optimierung der „Zeitschrittweiten“ in stationärem/ instationärem Solver (Abhängig vom Iterationsfortschritt)•Bei mehreren Parcels: Erweiterung der Solver und des I/Os auf zusätzliche Parcelgruppen
OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 1
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
Füll- und Auslaufvorgänge mit bewegten Oberflächen und rotierenden Zonen
Verteilung von Feststoff (Partikeln)
Mehrphasenströmung
OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
Vorhanden in OpenFOAM:•Leistungsstarke Löser für freie Oberflächen•Vorhandene Zusatzfunktionalitäten:
• Rotierende Komponenten (MRF) und poröse Zonen• Adaptive Gitter (Auflösung der Grenzfläche)• Verschiedene Anzahl von Phasen• Kavitation
Solveranpassungen: •Erweiterung des ungekoppelten Partikelsolvers auf VOF•Partikeltransport nur in Flüssigphase
OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
Beispiel 3Verfahrenstechnik:
MischerMit bewegten Gittern
Basissystem:Extend basierend auf OpenFOAM-Technologie
OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 3OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 3
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 2
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
Vorhanden in Extend:•GGI: Generalized Grid Interface•Für nicht konforme Gitter, insbesondere rotierende Komponenten•Nutzung im Bereich Turbomachinery
Vorstudien:•Eignung des GGI für unstrukturierte Gitter
Solveranpassung:•Integration eines skalaren Transports zur Beurteilung der Durchmischung
OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 3OpenFOAM-Berechnung/Anpassung 3
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
Abhängig vonAbhängig von•individueller Arbeitsweise (z.B. Text oder GUI basierend), •CFD-Kenntnisstand (z.B. bzgl. der Modellauswahl und Lösungsparameter) und•vorhandener Infrastruktur (Linux/Windows-Plattform, vorhandene CAD-Systeme etc.)
Umsetzung als WerkzeugUmsetzung als Werkzeug
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
GeometriekomplexitätGeometriekomplexität
Geringe GeometriekomplexitätMögliche Umsetzung:1.GUI/Text-File- basierte Inputparameterdefinition2.Vernetzung mit BlockMesh3.Automatisiertes Skripting für SolverVorteil: Reine OpenSource Komponenten oder freie Programmiersprachen (z.B. Python)
Erhöhte Geometriekomplexität•CAD basierter Ansatz•Kommerzielle Zusatztools für Pre-Prozessing erforderlich •Beispiel: Abstrakte Modellierung
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
Abstrakte ModellierungAbstrakte Modellierung
Abstrakte ModellierungAbstrakte Modellierung•Auffinden von Auffinden von geometrischen geometrischen Komponenten ohne Komponenten ohne konkreten CAD-Bezugkonkreten CAD-Bezug•CFD-VernetzungCFD-Vernetzung
Lauffähiger Lauffähiger OpenFOAM-Fall OpenFOAM-Fall mit allen RBs und mit allen RBs und LösereinstellungenLösereinstellungen
CAD-InputCAD-Input
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
ZusammenfassungZusammenfassung
Basis für anwendungsbezogene Berechnungswerkzeuge: •Definierte Lösungsfähigkeiten eines „Solvers“•Verfügbarkeit des Quellcodes•Objektorientierte Struktur•Adaptierbarkeit•Kommunikation auf Filebasis
Nach Anfordernissen Integration in den Workflow:• Komplette OpenSource Lösungen: geringer
Geometriekomplexität• Komplexe CAD-> proprietäre Zusatztools verfügbar
OpenFOAM: sehr gute Lösungsmöglichkeiten und Berechnungsverfahren für anspruchsvolle CFD-Analysen
DEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERGDEUTSCHSPRACHIGE NAFEMS KONFERENZ, 8. – 9. MAI 2012, BAMBERG
HinweisHinweis
7. OpenFOAM-Workshop dieses Jahr in Deutschland:Darmstadt, 25-28 Juni 2012
•Erwartet werden 300-400 Teilnehmer aus Forschung, Lehre und Industrie
•Umfangreiches Programm mit 3 parallelen Vortragssessions
•Weitere Informationen und Flyer an unserem Stand