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| rex3d:rex3dpostprocessingopenfoam [2026/07/15 15:08] – [Particle-Tracking] cschall | rex3d:rex3dpostprocessingopenfoam [2026/09/08 05:12] (aktuell) – gelöscht - Externe Bearbeitung (Unbekanntes Datum) 127.0.0.1 | ||
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| - | ====== Post-Processing (OpenFOAM) ====== | ||
| - | ===== Einstellungen für das Post-Processing ===== | ||
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| - | Nach einer 3D Simulation mittels OpenFOAM kann ein automatisiertes Post-Processing durchgeführt werden. Ergebnis des Post-Processing ist stets ein PDF-Report, welcher sich über die REX Benutzeroberflöche konfigurieren und erstellen lässt. | ||
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| - | **Platzhalter PostProcessing** | ||
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| - | **Platzhaltern Konfiguration** | ||
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| - | ===== PDF-Report ===== | ||
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| - | Der PDF-Report lässt sich wie oben gezeigt individualisieren. Je nach Konfiguration werden die entsprechenden Seiten erzeugt oder ausgelassen, | ||
| - | Im Folgendem werden die möglichen Seiten erläutert. | ||
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| - | ==== Titelblatt ==== | ||
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| - | {{ : | ||
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| - | Das Titelblatt enthält neben einer Darstellung des simuleirten Schneckenabschnitts in isometrischer Darstellung den verwendeten Konfigurationsnamen aus der REX/PSI Benutzeroberfläche, | ||
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| - | Hierdurch soll eine schnelle Rückverfolgung möglich sein, wann die Simulation durchgeführt wurde und welches Element bzw. welche Elemente simuliert wurden. | ||
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| - | <WRAP clear/> | ||
| - | ==== Prozessdaten ==== | ||
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| - | {{ : | ||
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| - | Die Übersichtsseite der Prozessdaten setzt sich aus 4 Bereichen zusammen | ||
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| - | **Grafische Darstellung** | ||
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| - | hier wird das Element aus der Forntalsicht und Seitensicht gezeigt. Der grüne Pfeil unterhalb der Seitenansicht zeigt die Förderrichtung an. Der kleinere Pfeil an der Seite zeigt die Drehrichtung an und beschreibt die Bewegungsrichtung der zugewandten Seite des Elementes in der Darstellung | ||
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| - | **Ergebnisse** | ||
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| - | Hier werden die wichtigsten Kennzahlen der Simulation aufgelistet. Diese umfassen | ||
| - | * den Massedurchsatz, | ||
| - | * die Druckdifferenz, | ||
| - | * die Temperaturdifferenz, | ||
| - | * den mittleren Druck im gesamten Strömungsgebiet, | ||
| - | * die mittlere Temeratur im gesamten Strömungsgebiet, | ||
| - | * die mittlere absolute Geschwindigkeit im gesamten Strömungsgebiet, | ||
| - | * die mittlere Schergeschwindigkeit im gesamten Strömungsgebiet, | ||
| - | * die mittleree Viskosität im gesamten Strömungsgebiet und | ||
| - | * die mittlere Dichte im gesamten Strömungsgebiet. | ||
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| - | **Prozessdaten** | ||
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| - | Hier werden die weiteren Randbedingungen, | ||
| - | * die Drehzahl, | ||
| - | * die Eingangstemperatur (bei Beginn des Elementes), | ||
| - | * die Schneckentemperatur (bzw. adiabate Randbedingung) und | ||
| - | * die Zylindertemperatur (bzw. adiabate Randbedingung). | ||
| - | |||
| - | **Maschine** | ||
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| - | Hier werden die grundsätzlichen Maschinendaten bzw. Elementdaten aufgelistet. Diese umfassen: | ||
| - | * den Geometrieursprung (erzeugt von REX/PSI, bzw. importierte Geometrie), | ||
| - | * den Namen der Schnecke (Name aus REX/PSI), | ||
| - | * den Außendurchmesser, | ||
| - | * den Kerndurchmesser (kleinster Durchmesser im simulierten Schneckenabschnitt), | ||
| - | * der Länge abzüglich Ein- und Auslauf und | ||
| - | * die absolute Länge | ||
| - | |||
| - | <WRAP clear/> | ||
| - | ==== Materialdaten==== | ||
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| - | {{ : | ||
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| - | Auf dieser Seite werden die in der Simulation verwendeten Materialdaten aufgelistet. Angefangen mit | ||
| - | * dem Materialnamen und | ||
| - | * dem Materialtyp. | ||
| - | |||
| - | Folgend werden die Thermodynamischen Daten sowie die Dichte angezeigt: | ||
| - | * [[materialdaten: | ||
| - | * [[materialdaten: | ||
| - | * [[materialdaten: | ||
| - | |||
| - | Abschließend werden die [[materialdaten: | ||
| - | |||
| - | Zur Visualisierung der Viskosität folgt ein Diagramm mit Fließkurven für 3 verschiedene Temperaturen. Die Eingangstemperatur (s. Prozessdaten), | ||
| - | |||
| - | <WRAP clear/> | ||
| - | ==== Schnittbilder und Verläufe ==== | ||
| - | |||
| - | Auf den nächsten Seiten beginnt eine intensivere Auswertung Daten. | ||
| - | |||
| - | Für jedes Feld gibt es vier " | ||
| - | - Anzeige des Verlaufs in Achsrichtung mit minimalen, mittleren und maximalen Wert | ||
| - | - Schnittbilder in der Y-Z- und X-Z-Ebene | ||
| - | - Schnittbilder orthogonal zur Achrichtung an verschiedenen z-Koordinaten | ||
| - | - Abwicklungen bei konstanten Radien | ||
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| - | {{: | ||
| - | {{: | ||
| - | {{: | ||
| - | {{: | ||
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| - | ==== Particle-Tracking ==== | ||
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| - | Mit dem Particle-Tacking startet ein neuer Block in der Auswertung. Es wird ein automatisches Particle-Tracking durchgeführt und auf verschiedene Art und Weise ausgewertet. Die Details werden in den folgenden Abschnitten erläutert. | ||
| - | Alle hier dargestellten Ergebnisse basieren auf den simulierten Stromlinien der masselosen Partikel. | ||
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| - | Die distributive Mischwirkung kann über die unten vorgstellte Mischgüte $MQ$ bewertet werden. | ||
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| - | Die dispersive Mischgüte ist hauptsächlich abhängig von den auftretenden Dehnspannungen und Schubspannung, | ||
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| - | === grafische Darstellung === | ||
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| - | {{ : | ||
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| - | Zunächst folgt eine rein subjektive Auswertung, indem eine geringe Anzahl an am Inlet gleichverteilten Stomlinen dargestellt wird. | ||
| - | Diese Darstellung dient dazu, das Strömungverhalten im simulierten Schneckenabschnitt subjektiv bewerten zu können. | ||
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| - | <WRAP clear/> | ||
| - | === Distributive Mischwirkung === | ||
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| - | {{ : | ||
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| - | Auf dieser Seite folgt eine mathematische Auswertung der distributiven (verteilenden) Mischwirkung. Da diese Auswertung abhängig ist vom Fließkanalquerschnitt, | ||
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| - | Der Einlass wird so aufgeteilt, dass an zwei gegenüber liegenden Achteln des Fließkanals Stromlinien starten. Diese werden separat berechnet und am Auslass auch separat ausgewertet. Je gleichmäßiger die Partikelverteilung am Auslass ist, desto besser ist die distributive Mischwirkung. | ||
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| - | Hierbei starten je Achtel ca. 2000-2500 Stromlinien (abhängig vom Durchmesser kann der Wert etwas abweichen). Da Stromlinien in diskreten Zeit- und somit Wegstrecken berechnet werden, können diskretisierungsbedingt manche Stromlinien das Strömungsgebiet verlassen und erreichen somit nicht den Auslass. Ein Verlust von maximal 20% ist hierbei unbedenklich. Höhere Verluste können hierbei die Aussagegüte des Particle-Tracking negativ beeinflussen. | ||
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| - | Zur Bewertung der distributiven Mischgüte wird die Partikelverteilung am Auslass verwendet. Die begrenzenden Innen- und Außendurchmesser des Querschnittes werden ebenfalls als Punkte betrachtet, welche statistisch den selben Abstand aufweisen wie eine optimale Partikelverteilung. | ||
| - | Ausgehend von den Randpunkten und den Austrittspunkten des Particle Trackings folgt eine Delauney-Triangulation. Hierdurch werden zwischen den Punkten Dreiecke nach festgelegten Kriterien aufgespannt. Diese Dreiecke besitzen somit auch einen Flächeninhalt. Aus der Verteilung der Flächeninhalte, | ||
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| - | $$ MQ = \frac{CV_{best}}{CV}$$ | ||
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| - | $CV_{best}$ wird hierbei fest mit einem Wert von $0,75$ angenommen. Hierdurch wird sichergestellt, | ||
| - | Die Mischgüte $MQ$ ist somit ein Kennwert zwischen $0$ und $1$. | ||
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| - | Die gemittelte Mischgüte ergibt sich aus dem arithmetischen Mittelwert der Mischgüten der beiden Startverteilungen. | ||
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| - | <WRAP clear/> | ||
| - | === Verweilzeitverteilung === | ||
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| - | {{ : | ||
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| - | Die Verweilzeitverteilung beschreibt die Zeit, welche die Partikel benötigen, um durch das Element zu fließen. Je nach Material und gewünschter Mischwirkung ist eine enge oder eine breite Verteilung zu bevorzugen. | ||
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| - | Die Verweilzeit bezieht sich hierbei nur auf den zu simulierenden Schneckenabschnitt OHNE Ein- und Auslauf. | ||
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| - | <WRAP clear/> | ||
| - | === Schubspannung === | ||
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| - | Die Schubspannung $\tau$ wird für jede einzelne Stromlinie ausgewertet. Hierbei gilt: | ||
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| - | $$ \tau = \eta \cdot \dot{\gamma}$$ | ||
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| - | Mit der Viskosität $\eta$ und der Schergeschwindigkeit $\dot{\gamma}$. | ||
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| - | So mitbesitzt jede Stromlinie einen individuellen Verlauf für die Schubspannung. Die Schubspannung wird ebenfalls über die Zeit integriert, sodass jede Stromlinie einen minimalen, maximalen und zeitintegrierten Wert aufweist. Aus dem integrierten Wert wird weiterhin durch Division mit der Verweilzeit der zeitgewichtete Mittelwert berechnet. | ||
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| - | Aus der Summe der Stromlinien ergibt sich somit eine Verteilung für den minimalen, gemittelten, | ||
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| - | {{: | ||
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| - | {{: | ||
| - | {{: | ||
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| - | === Dehnspannung === | ||
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| - | Die Dehnspannung $\sigma$ wird ähnlich ausgewertet wie die Schubspannung. Die Berechnung der Dehnspannung erfolgt hierbei jedoch mittels: | ||
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| - | $$ \sigma = \eta_{dehn} \cdot \dot{\epsilon} $$ | ||
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| - | mit der Dehnviskosität gemäß dem Trouton-Verhältnis: | ||
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| - | $$ \eta_{dehn} = 3 \cdot \eta $$ | ||
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| - | Die Berechnung der Dehnrate $\dot{\epsilon}$ wird weiter unten erläutert. | ||
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| - | {{: | ||
| - | {{: | ||
| - | {{: | ||
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| - | === Schergeschwindigkeit === | ||
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| - | Die Schergeschwindigkeit $\dot{\gamma}$ wird berechnet mittels | ||
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| - | $$ \dot{\gamma} = \sqrt{2 D:D} $$ | ||
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| - | Es wird die minimale, mittlere, maximale und zeitintegrierte Schergeschwindigkeit für jede Stromlinie ausgewertet. Aus der Summe der Stromlinien ergeben sich jeweils eine Verteilung. | ||
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| - | {{: | ||
| - | {{: | ||
| - | {{: | ||
| - | {{: | ||
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| - | === Dehnrate === | ||
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| - | Die Dehnrate $\dot{\epsilon}$ ist die maximale positive Hauptdehnrate aus dem Deformationstensor $D$, welche aus dem Geschwindigkeitsgradienten $\nabla u$ berechnet wird. | ||
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| - | $$ \dot{\epsilon} = max(0, | ||
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| - | $$ D = \frac{1}{2} (\nabla u + (\nabla u)^T)$$ | ||
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| - | Der Deformationstensor $D$ besitzt hierbei die 3 Eigenwerte $\lambda_1, \lambda_2$ und $\lambda_3$ | ||
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| - | {{: | ||
| - | {{: | ||
| - | {{: | ||
| - | {{: | ||
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| - | === Mischkennzahl nach Manas-Zloczower === | ||
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| - | {{ : | ||
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| - | Die Mischkennzahl nach Manas-Zloczower berechent sich aus dem Wirbeltensor $W$ und den Deformationstensor $D$ | ||
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| - | $$ Mischkennzahl = \frac{|D|}{|D|+|W|}$$ | ||
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| - | $$ W = \frac{1}{2} (\nabla u - (\nabla u)^T)$$ | ||
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| - | $$ D = \frac{1}{2} (\nabla u + (\nabla u)^T)$$ | ||
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| - | Der Deformationstensor ist ein Maß dafür, wie sehr ein Fluidelement verformt wird. Der Wirbeltensor ist ein Maß für die Drehbewegung der Strömung. | ||
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| - | Hierbei können folgende Randfälle auftreten: | ||
| - | * $|D|=0$ \\ $Mischkennzahl = 0,0$ \\ Es handelt sich um eine reine Rotationsströmung | ||
| - | * $|D|=|W|$ \\ $Mischkennzahl = 0,5$ \\ Es handelt sich um eine reine Scherströmung | ||
| - | * $|W|=0$ \\ $Mischkennzahl = 1,0$ \\ Es handelt sich um eine reine Dehnströmung | ||
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| - | <WRAP clear/> | ||
| - | === logarithmische Flächen-Streckrate === | ||
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| - | Platzhalter | ||
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| - | {{: | ||
| - | {{: | ||
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| - | {{: | ||