Schlagwort: CFD

Wavy Falling Films

As an example from the broad field of wavy falling films we take a simulation created with OpenFOAM. The picture displays a water falling film of a Reynolds number of 60 being harmonically excited with a frequency of 13 Hz. Gravitation points from the left to the right. The control volume is 600 units long (in the direction of the stream). One unit is the thickness of the corresponding smooth film. The height (perpendicular to the stream) is equal to 4 units being magnified by a factor of 50.

The red colour marks the water, the blue the air. Downstream a certain pattern can be recognized: A large solitary wave and in front of it small capillary waves.

Wellige Fallfilme

 

Aus diesem weiten Feld nehmen wir hier als Beispiel eine Simulation mit OpenFOAM. Das Bild zeigt einen Wasserfallfilm mit einer Reynoldszahl von 60, am Einlass harmonisch angeregt mit einer Frequenz von 20 Hz. Die Gravitationskraft zeigt von links nach rechts. Das Kontrollvolumen ist 600 Filmdicken des entsprechenden glatten Films lang (in Stromrichtung) und 4 Filmdicken hoch (senkrecht zum Strom). Letztere Richtung ist also um den Faktor 50 hier vergrößert dargestellt.

Die rote Farbe kennzeichnet das Wasser, die blaue die Luft. Stromabwärts wiederholt sich ein Muster aus jeweils einer großen Solitärwelle und vielen kleinen, vorgelagerten Kapillarwellen.

Computational Fluid Dynamics

In CFD a computer solves the discretized equations on a numerical grid which should be fine enough in order not to neglect important features of the flow in between. Beside of the real experiment and pure theory it has established itself as the third column of fluid dynamics. In contrast to the real experiment, the numerical experiment offers much more data. Pure theory has the disadvantage that it can only provide solutions of few simple problems. It shall not be concealed that by far not all situations of interest can be simulated accurately. For example, in most cases turbulent flows have to be modelled which involves simplifications.

A mocking interpretation of CFD is Colors For Dollars, since the visualisation is very colourful and the software in most cases expensive. Alas, this is only the opinion of the mockers! 🙂

Numerische Experimente in der Fluiddynamik

In der Computational Fluid Dynamics (CFD) werden die Gleichungen auf einem Gitter gelöst, das feinmaschig genug sein sollte, damit nicht Wesentliches zwischen den Gitterpunkten außer Acht gelassen wird. Neben dem wirklichen Experiment und der reinen Theorie hat sich die CFD als dritte Säule der Fluiddynamik etabliert. Sie bietet den Vorteil gegenüber dem Experiment, dass viel mehr Messpunkte Daten liefern. Die reine Theorie hat den Nachteil, dass sie nur Lösungen bietet für sehr wenige einfache Fälle. Es sollte nicht verschwiegen werden, dass längst nicht alle Situationen von Interesse genau simuliert werden können. Zum Beispiel bei turbulenten Strömungen ist man in den meisten Fällen auf vereinfachende Modelle angewiesen.

Spötter meinen ja, CFD stünde für Colors For Dollars, weil die Visualisierungen sehr bunt sind und die Software meist teuer ist. Sollen sie nur spotten! 😊