Hello! We pump the contour of a metal tube with a diameter of 3 mm with oil with a viscosity of 0.0031 kg / m * s (abt. the viscosity is 4 times higher than that of water). We are interested in the pressure for pumping this circuit (at the inlet).
When validating the model in Ansys CFX with k-epsilon default settings, the difference between the result and the experiment reaches 100%, although the mesh is adjusted according to the tested and validated model, only on the water (with a maximum deviation of 10%). The Reynolds number in a pipe with a diameter of 3 mm is Re=2500, that is, we are dealing with a transitional flow regime, and the pipe is not hydraulically smooth in terms of the critical number Re=20d/"roughness".
Tell me, please, maybe for this mode it is necessary to use another turbulent model, for example, "Reynolds stress" or "k-epsilon" set up somehow differently? Maybe there are works in which a similar problem is solved, or there are works with recommendations on the use of turbulence models?
В Ansys CFX доступно несколько моделей турбулентности, и выбор зависит от конкретной задачи и потока, с которым вы работаете. Вот несколько наиболее распространенных моделей турбулентности, которые могут быть использованы в Ansys CFX:
1. Модель $k$-$\varepsilon$: Это одна из наиболее широко используемых моделей турбулентности. Она представляет собой модель двух уравнений, где уравнение для количества турбулентной кинетической энергии ($k$) и расхода диссипации ($\varepsilon$) решаются параллельно основным уравнениям течения.
2. Модель $k$-$\omega$: Эта модель также представляет собой модель двух уравнений, но использует другой набор уравнений для количества турбулентной кинетической энергии ($k$) и специфического расхода вихревой диссипации ($\omega$).
3. Модель Reynolds Stress: Эта модель представляет турбулентное напряжение в виде трех компонент - $u'u'$, $v'v'$ и $w'w'$, где $u'$, $v'$ и $w'$ - флуктуации скорости вдоль каждой оси. Она может быть полезна для моделирования сильно перекрывающихся потоков или потоков с высоким градиентом скорости.
4. Модель Large Eddy Simulation (LES): Эта модель предназначена для моделирования крупных вихрей турбулентного потока. Она обычно используется для высокоточных и высокоточных расчетов, где мелкомасштабные вихри играют важную роль.
Выбор модели турбулентности в Ansys CFX зависит от вашей конкретной задачи, доступных ресурсов и желаемой точности моделирования. Часто проводятся сравнения различных моделей на основе экспериментальных данных или известных результатов, чтобы выбрать наиболее подходящую модель для конкретного случая.
For better match with experiments I would suggest in RANS approach k-omega SST or LES WALE. I found them to be the best for many applications. RANS K-epsilon models are too diffusive. Traditional Smagorinsky LES also over-predicts turbulent viscosity in shear layers, and is rather sensitive to mesh refinements.
However (!) if you are limited with computational resources, you can judge by qualitative results of your turbulence modelling, rather than exact match with the experiments.
Cheers,
Alexander
Other option is to try to adjust the Prandtl number according to the oil properties. Better if it is feed through a formula for transition flow regime.
Calculate the fricction factor and drop pressure
Check:
Cengel, Mass and Heat Transfer Phenomena, pp 470, Example 8.2
(Drop pressure inside a tube)
Alexander Vakhrushev your speak: "However (!) if you are limited with computational resources, you can judge by qualitative results of your turbulence modelling, rather than exact match with the experiments". - What do you have in mind?
Ilya Lichadeev What I mean that it depends how you verify your numerical model (point-wise, using integral values, etc.), and which experimental data is used. For some setups it is not possible to get a perfect quantitative match, but it is enough if your model follows the trends observed in the experiment.
- Badges
- Science topic