CFX Berlin - Auswertung

Auswertung

Die Auswertung von Berechnungsergebnissen erfolgt mit ANSYS CFD-Post. Dieser moderne und leistungsstarke Postprozessor innerhalb der ANSYS CFD-Software bietet umfangreiche Möglichkeiten zur qualitativen und quantitativen Auswertung von Berechnungsergebnissen aus ANSYS CFD und ANSYS sowie zur Auswertung von Ergebnisdaten im CGNS- und FIDAP-Format. Darüber hinaus ist der Export von Daten in die Formate CGNS, Fieldview und Ensight möglich. Durch die Integration der Skriptsprache Perl im Zusammenspiel mit den internen Skriptsprachen CEL und CCL bietet CFD-Post weitreichende Möglichkeiten zur automatisierten Ergebnisanalyse.

Strömungsvisualisierung T-Stück
Video: Strömungsvisualisierung für ein T-Stück

Qualitative Auswertung

ANSYS CFD-Post erlaubt eine vielfältige qualitative Darstellung der berechneten Ergebnisse, um die maßgeblichen Strömungseffekte zu erkennen und zu visualisieren. Je nach gewählter Visualisierung erfolgt die Darstellung dabei auf Flächen oder im Volumen. Der Benutzer kann dabei die Beleuchtung, die Oberflächenstruktur (Rendering), die Transparenz, die Beschriftung und weitere darstellungsspezifische Eigenschaften kontrollieren. Die Darstellungen können in übliche Bildformate (PNG, JPEG, BMP, PS, EPS u.ä) sowie 3D-Formate (VRML, ANSYS Viewer) exportiert werden.

Ebenen können in ANSYS CFD-Post achsnormal oder in beliebiger Ausrichtung mittels Fußpunkt und Normalenrichtung oder durch Angabe dreier Punkte definiert werden. Die Ausdehnung der Ebenen kann kreisförming und rechteckig begrenzt werden.

Flächen zur Auswertung können in ANSYS CFD-Post neben Ebenen auch vielfältigere Formen aufweisen. Dazu können Flächen in ASCII-Format importiert werden oder als Isofläche einer Raumkoordinante beziehungsweise Lösungsgröße erzeugt werden. Eine Zylinderfläche entspricht zum Beispiel der Isofläche bei konstantem Radius, und die Phasengrenze wird durch die Isofläche der mittleren Stofffraktion gekennzeichnet.

Stromlinien stellen den Pfad eines masselosen Teilchens durch das Strömungsfeld dar. Die Darstellung in ANSYS CFD-Post erlaubt es, die Start- beziehungsweise Zielfläche der Stromlinien, deren Länge, Form und Färbung sowie die Farbskala auszuwählen. Die Darstellung kann im Volumen und auf Ebenen erfolgen. Desweiteren kann der Pfad der masselosen Teilchen durch sich bewegende Symbol auf den Stromlinien analysiert werden.

Vektoren zeigen lokal die Größe und Richtung einer vektoriellen Größe (Geschwindigkeit, Druckgradient) an. Dabei ist es möglich den Ort und die Anzahl der Vektoren sowie deren Aussehen (Länge, Form, Färbung, Farbskala) auf einer Fläche beziehungsweise in einem Volumen zu bestimmen. Außerdem können tangentiale und normale Projektionen der Vektoren auf Flächen dargestellt werden.

Konturplots stellen den Verlauf einer lokalen Größe (Druck, Geschwindigkeit) auf einer Fläche mittels Farbbändern dar. Die Anzahl und Färbung der Farbbänder kann benutzerspezifisch gewählt werden. Durch Ausblenden der Farbbänder und Einblenden der zugehörigen Begrenzungslinien können Ansichten mit Isolinien erzeugt werden

Gerenderte Volumen können in ANSYS CFD-Post zur Visualisierung skalarer Größen in Volumen benutzt werden. Dabei wird die Transparenz innerhalb des Volumens in Abhängigkeit des Wertes einer skalaren Größe (zum Beispiel Rauchgaskonzentration) variiert. Diese Darstellung mit teilweiser Intransparenz kann zusätzlich mit dem Farbverlauf einer weiteren Größe (zum Beispiel Toxizität des Rauchs) eingefärbt werden.

Diagramme stellen den quantitativen Zusammenhang zwischen zwei Größen dar. Im Allgemeinen erfolgt dabei eine räumliche Auswertung entlang einer definierten Gerade (zum Beispiel Druck über Höhe). ANSYS CFD-Post bietet jedoch auch die Möglichkeit, transiente Vorgänge zeit- und frequenzabhängig (Fast-Fourier-Transformation) darzustellen.

Animationen können zeitliche Änderungen in einer Strömung als Film darstellen, zum Beispiel ablösende Wirbel oder Partikelbahnen. Alle verwendeten Objekte sind, auch in stationären Simulationen, animierbar, beispielsweise die Längen von Stromlinien, die Lage von Flächen oder der Wert einer Isofläche. Gleichzeitig kann sich auch die Kamerperspektive ändern ("Flug durch die Geometrie"). Durch eine Animation können Geometrie und Strömung häufig besser veranschaulicht werden als durch Einzelbilder. Animationen können als MPEG4, WMV, AVI oder MPEG1 bis zu einer HD1080-Auflösung gespeichert werden.

Screenshot CFD-Post Iso Surf
Grafische Auswertung mittels Isoflächen
Screenshot CFD-Post Surf Stream
Grafische Auswertung mittels Stromlinien
Screenshot CFD-Post Contour
Grafische Auswertung mittels Contour-Plot
Bild Stroemung Temperatur Asynchronmaschine
Beispiel für die Simulation von Stroemung und Temperatur in einer Asynchronmaschine

Nach oben

Quantitative Auswertung

Von besonderem Interesse zur quantitativen Bewertung eines Prozesses ist die Bestimmung aussagekräftiger Kennzahlen. ANSYS CFD-Post bietet die Möglichkeit mit einer Vielzahl an mathematischer Funktionen aus den berechneten Feldgrößen nahezu beliebige Kennzahlen zu berechnen. Dem Benutzer stehen folgende Funktionen zur Verfügung:

  • Längen-, Flächen- und Volumenberechnung
  • Längen-, flächen-, volumen- und massenstrombasierte Mittelung und Integration
  • Kraft- und Drehmomentbestimmung
  • Mathematische Grundfunktionen (Winkel-, Exponentialfunktionen usw.)

Damit können leicht folgende Kennzahlen berechnet werden:

  • Mittlere Größe in Ebenen und deren (Standard-)abweichung
  • Druck-, Temperatur-, und Dichtedifferenz zwischen Querschnitten
  • Drehmoment, mech. Antriebsleistung,
  • Wirkungs-/Effizienzgrad,
  • Kraft-/Momentenbeiwert
  • Mischungsgrad/-güte
  • und vieles mehr.

Eine Besonderheit ist hierbei, das ANSYS CFD-Post die Einheiten bei allen Rechenoperationen berücksichtigt und Umrechnungen zwischen verschiedenen Einheitensystem (SI, CGS, Imperial) unterstützt. Umrechnungsfehler bei der Auswertung der Ergebnisse sind damit nahezu ausgeschlossen. Die berechneten Werte können in Tabellenform angeordnet und ins ASCII-Format exportiert werden.

Screenshot CFD-Post Table
Ermittlung von Kennzahlen mit Tabellen in ANSYS CFD-Post

Nach oben

Turbomaschinen

ANSYS CFD-Post bietet spezielle Funktionen zur Auswertung der Strömungsberechnung von Turbomaschinen. Die Auswertung der Ergebnisgrößen (Druck, Temperatur, Geschwindigkeit) kann dabei im kartesischen, in zylindrischen und im krummlinigen Koordinatensystemen des Schaufelgitters erfolgen. Eine Visualisierung der Ergebnisse ist im Axialschnitt, im abgewickelten Schaufelgitter und umfangsgemittelt im Meridianschnitt möglich. Auswertevorlagen für Pumpen, Verdichter und Turbinen axialer sowie diagonaler und radialer Bauart sind in ANSYS CFD-Post bereits enthalten. Diese Vorlagen führen sowohl eine qualitative als auch eine quantitative Auswertung durch

Qualitative Auswertung enthält die Visualisierung in charakteristischen Schnitten (Schaufelgitter, Meridianschnitt, Axialschnitt) sowie Diagramme des Druckaufbaus entlang des Schaufelgitters, der Schaufelbeladung auf Saug- und Druckseite, sowie der Strömungswinkel an der Schaufelvorder- und hinterkante über die Schaufelhöhe.

Quantitative Auswertung umfasst die Leistungsdaten (Wellen-/Fluidleistung, Temperatur-/Druckverhältnis) und charakteristischen Kennzahlen der Stufe (Lieferzahl, Reaktionsgrad, Wirkungsgrad).

Screenshot CFD-Post Turbo Blade2Blade
Der Turbo-Modus in ANSYS CFD-Post: Darstellung des Schaufelgitters (abgewickelt auf konstantem Span)
Screenshot CFD-Post Turbo Const Span
Der Turbo-Modus in ANSYS CFD-Post: Darstellung auf konstantem Span
Screenshot CFD-Post Turbo Meridional
Der Turbo-Modus in ANSYS CFD-Post: Darstellung im Meridianschnitt (umfangsgemittelte Darstellung)
Screenshot Chart in TurboPost
Quantitative Auswertung am Schaufelprofil einer Axialmaschine mit TurboPost

Nach oben

Ergebnisvergleich

ANSYS CFD-Post bietet die Möglichkeit mehrere Berechnungsergebnisse (zum Beispiel unterschiedliche Entwürfe einer Maschine) gemeinsam auszuwerten und zu vergleichen. Nachdem die Ergebnisdateien unterschiedlicher Berechnungen importiert wurden, können diese Ergebnisse synchron bearbeitet werden. Die Unterschiede zwischen den Entwürfen können durch Darstellung der Differenzen (des Drucks, der Geschwindigkeit usw.) visualisiert werden.

Screenshot CFD-Post Vergleich
Ergebnisvergleich mit ANSYS CFD-Post: Schallgeschwindigkeit nach Idealgas- und Redlich-Kwong-Modell und deren Differenz

Nach oben

Berichte

Für sich wiederholende Berechnungen gleicher oder ähnlicher Modelle (zum Beispiel Kennlinienberechnung oder Geometriemodifikation) bietet ANSYS CFD-Post dem Anwender die Möglichkeit einer automatisierten Auswertung. Dazu wird eine bestehende beispielhafte Auswertung abgespeichert und für folgenden Berechnungen verwendet. Dadurch lassen sich automatisiert Berichte für eine Vielzahl ähnlicher Berechnungen erstellen.

Screenshot CFD-Post Report
Erstellung automatischer Berichte in ANSYS CFD-Post

Nach oben