Wasserrutschen sind eine Attraktion in Schwimmbädern, die großen Spaß macht. Sie scheinen einfach zu sein, aber die Modellierung ihres Innenlebens ist es nicht, denn sie beinhaltet einige komplizierte physikalische Vorgänge. Sehen wir uns an, wie wir eine Wasserrutsche mit Simcenter STAR-CCM+ modellieren können
Eine in Siemens Simcenter STAR CCM+ 2021.2 hinzugefügte Funktion ermöglicht es, den Flüssigkeitsfilm in Kombination mit dem Physikmodell Automatic Mesh Refinement (AMR) zu verwenden.
Für die Simulation der Wasserrutsche haben wir genau das getan. Auf der Oberseite der Wasserrutsche tritt Wasser mit einem Massenstrom von 40 kg/s in das Gebiet ein. Dadurch bildet sich zunächst ein dünner Flüssigkeitsfilm auf dem Boden des oberen Beckens, der dann in die Wasserrutsche selbst fließt. Wenn der Flüssigkeitsfilm in der ersten Zelle auf der Oberfläche der Wasserrutsche einen Volumenanteil an Wasser von mehr als 0,8 überschreitet, wird die Flüssigkeitsfilmphase in eine VOF-Wasserphase (Volume of Fluid) umgewandelt.
Sobald die VOF-Wasserphase aktiviert wird, wird auch das AMR-Modell für die freie Oberfläche aktiviert. In diesem Fall werden die Gitterzellen an der Schnittstelle zwischen den beiden VOF-Phasen (Wasser und Luft) verfeinert, um diese Schnittstelle besser zu lösen.
Würden wir die Flüssigkeitsströmung ohne AMR modellieren, müssten wir einen viel größeren Bereich verfeinern, da zu Beginn der Simulation nicht bekannt ist, wo genau die VOF-Wasser-Luft-Grenzfläche liegen wird. Dies würde den Umfang der erforderlichen Netzverfeinerung untragbar machen und die Simulationszeit erheblich verlängern.
Die Verwendung von AMR in Kombination mit dem Flüssigkeitsfilm und VOF ermöglicht es uns, die Simulationszeit zu begrenzen und gleichzeitig die VOF-Schicht präzise zu modellieren.
Wasserrutschbahn VOF model |
Wasserrutschbahn AMR |
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