Berechnung von Drag- und Hebekräften in Cfd: Techniken und Validierung
Die Berechnung der Luftwiderstands- und Auftriebskräfte ist für die Entwicklung effizienter Systeme in der Luft- und Raumfahrt, im Automobil- und Bauwesen unerlässlich. Dieser Artikel behandelt die in der CFD verwendeten gängigen Techniken zur Bestimmung dieser Kräfte und Methoden zur Validierung der Ergebnisse.
Techniken zur Berechnung von Drag und Lift
Bei CFD besteht die primäre Methode zur Berechnung von Luftwiderstand und Auftrieb darin, die Druck- und Scherspannungsverteilungen über die Oberfläche des Objekts zu integrieren, wobei die Kräfte durch Addition der Beiträge aller Oberflächenelemente erhalten werden.
Ein anderer Ansatz verwendet das Momentumaustauschverfahren, das Kräfte berechnet, die auf der Änderung des Momentumflusses über die das Objekt umgebenden Steuerflächen basieren und sich in stationären und instationären Strömungssimulationen bewährt.
Validierung von CFD-Ergebnissen
Die Validierung gewährleistet die Genauigkeit der CFD-Vorhersagen. Der Vergleich der Ergebnisse mit experimentellen Daten ist die zuverlässigste Methode. Wenn keine experimentellen Daten verfügbar sind, werden Benchmark-Fälle mit bekannten Lösungen zur Validierung verwendet.
Auch die Untersuchungen zur Netzunabhängigkeit sind von wesentlicher Bedeutung, da sie die Verfeinerung des Netzes bis zur Stabilisierung der berechneten Kräfte beinhalten, was darauf hinweist, dass die Lösung durch die Maschengröße nicht wesentlich beeinträchtigt wird.
Best Practices
- Verwenden Sie feine Maschen in der Nähe der Oberfläche für eine bessere Auflösung der Grenzschichten.
- Anwenden geeigneter Turbulenzmodelle auf der Grundlage von Strömungsbedingungen.
- Führen Sie Sensitivitätsanalysen durch, um den Einfluss von Parametern zu verstehen.
- Validierung der Ergebnisse mit experimentellen Daten, wann immer möglich.