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FlowSimulation am Smoker

Automatix

Militanter Veganer
Liebe Forengemeinde,

nachdem ich mich schon vorgestellt habe (http://www.grillsportverein.de/forum/threads/nachwuchs-aus-niederbayern.158611/), will ich nun auch zur Sache kommen:

Ich will einen 16“-Smoker bauen und sitze momentan gerade über der mechanischen Konstruktion. Nachdem ich sonst auch viel mit SolidWorks mache, lag es nahe, das Ganze gleich in 3D zu machen. Ich bin mit aber über die Anordung vom Kamin noch nicht schlüssig und habe bei dieser Gelegenheit die FlowSimulation von SolidWorks für mich entdeckt.

Nachdem ich selbst zwar schon viel gegrillt, aber keine Erfahrung in der Konstruktion von Smokern habe, wollte ich einfach mal meine Ergebnisse zur Diskussion stellen. Zugegebener Maßen ist die Simulation teilweise sicher nur von akademischem Interesse, schmecken wird man davon später sicher nichts ;).

Randbedingungen:
Nachdem ich nur die kleine Lizenz habe, kann ich weder Wärmeleitung noch Konvektion in der Simulation berücksichtigen. Die Bilder zeigen also was passieren würde, wenn man Luft durchpumpt aber nichts aufgeheizt wird. Trotzdem sind die Ergebnisse vielleicht doch interessant.
Alle Simulationen wurden unter gleichen Vorraussetzungen durchgeführt. Auf den Bildern ist jeweils der Pfad und die Geschwindigkeit von 20 Gasteilchen auf ihrem Weg durch den Smoker dargestellt.

Konventioneller Aufbau:
automatix-27236-albums-flowsimulation-smoker-picture10314-konventionell.jpg

Im Garraum gibt’s nicht viel zu sehen, der Rauch zieht einmal durch und fertig. Das ändert sich auch nicht großartig, wenn man den Kamin in den Garraum stehen läßt.
automatix-27236-albums-flowsimulation-smoker-picture10315-konventionell-f.jpg

automatix-27236-albums-flowsimulation-smoker-picture10317-konventionell-kamin-f.jpg


Reverse Flow:
automatix-27236-albums-flowsimulation-smoker-picture10318-reverse-flow.jpg

Das Gas zieht auch hier ohne großartige Durchmischung einmal durch den Smoker. Die Temperaturverteilung dürfte wesentlich konstanter sein, aber ums Fleisch ist kaum Strömung.
automatix-27236-albums-flowsimulation-smoker-picture10319-reverse-flow-f.jpg


Vorschlag zur Diskussion (weiß nicht, obs sowas schon gab und es irgendwer ausprobiert hat):
Das Gas wird durch zwei Blenden so umgelenkt, dass der Rauch oben in den Garraum strömt und unten wieder rauskommt.
automatix-27236-albums-flowsimulation-smoker-picture10320-vorschlag.jpg

Das Gas verwirbelt wesentlich stärker und der zurückgelegte Weg ist wesentlich größer. Draus folgere ich mal auf eine konstantere Temperatur im Garraum sowie auf eine gute Ausnutzung der Wärme. Fürs Anzüngen müsste man aber wahrscheinlich in den Blenden Klappen öffnen, damit das Teil auch zieht.
automatix-27236-albums-flowsimulation-smoker-picture10321-vorschlag-f.jpg


Ich würde mich freuen, wenn Ihr Euren Senf dazu geben würdet!
Schorschi
 

Ape

Grillkaiser
5+ Jahre im GSV
das guck ich mir mal an :saufen:

hast du Erfahrung im Simulation Bereich ?

stell aber bitte die blöden Spiegelungen und Schatten ab

Gruß
 

M.B

Hotelgriller & Dutch-Oven-Cowboy
5+ Jahre im GSV
Viel zu viel (in meinen Augen unnütze) Theorie.

Überdenke mal wie man einen Smoker handhabt:
  • anheizen
  • Temperatur auf gewümschte GT abfallen lassen
  • nachlegen um die Temperatur zu halten
  • Grillgut in die Kammer
  • immer mal wieder nachlegen

Die Hauptwärme im Smoker ist imho diejenige, die vom Material abgegeben wird.
Deswegen sind hier auch Smoker mit dicken Wänden favorisiert, die speichern die
Wärme besser, man hat weniger Verluste.
 

Zwerch

Bundesgrillminister
5+ Jahre im GSV
Hallo,

bedenke aber bei der ganzen Theorie auch, daß das Gargut auch die Strömungsverhältnisse ändert und Du nur von einem leeren Smoker ausgehst.

Gruß
Matthias
 
OP
OP
A

Automatix

Militanter Veganer
@APE
In Sachen FEM bin ich leider ziemlich unerfahren, bei mechanischen Simulationen hab ich ein paar Mal die Möglichkeiten von SolidWorks genutzt. Aber von COMSOL Multiphysics oder Ansys hab ich leider keine Ahnung.
Hab das mit der FlowSimulation heute zum ersten Mal gemacht.
Das mit den Schatten ist fürs nächste Mal vorgemerkt :)

@M.B
Die Wände des Smokers können die Wärme aber auch nur aufnehmen/abgeben, wenn an ihnen Gas entlangstreicht. Strahlung spielt bei den Temperaturen noch nicht die große Rolle.

@ Zwerch
Mir gings in 0. Näherung mal um die größten Unterschiede der 3 Aufbauten. Gargut ändert sicher was, aber vom Prinzip her sollte sich nicht so viel ändern, außer die Fläche ist komplett mit Fleisch bedeckt ;)

Grüße
Schorschi
 
Zuletzt bearbeitet:

Mag

Grillgott
10+ Jahre im GSV
Also ich finde den Ansatz mit dem Verwirblungsblech ganz gut.
aber wenn du schon rumbastellst - versuchs doch mal mit Reversflow-Simulation.
Die Theorie sagt das durch das umströmen der Platte eine recht gleichmäßige Temperatur im Smoker entsteht
 

Ebbel

Grillgott
10+ Jahre im GSV
Viel zu viel (in meinen Augen unnütze) Theorie.

...

Sehe ich genauso. Ich würde mir höchstens Gedanken machen ob RF oder normal, beide Konstruktionen haben ihre Vorteile. Also auf, Material besorgen und los gehts...

:D
 

serial-dad

Bundesgrillminister
10+ Jahre im GSV
schon mal mit tuning-plates versucht?
könnte mir vorstellen, daß da mehr verwirbelung entsteht


sd
 
OP
OP
A

Automatix

Militanter Veganer
Wie gewünscht auch ein Smoker mit Tuning Plates:
automatix-27236-albums-flowsimulation-smoker-picture10323-tuning-plate.jpg

Verwirbelungen sind schon deutlich mehr:
automatix-27236-albums-flowsimulation-smoker-picture10322-tuning-plate-f.jpg


Vielleicht noch zum Hintergrund warum ich nicht gleich einen RFS baue ohne etwas rumzuprobieren:
Ich hätte den Grillrost gerne tiefer als die Mitte gesetzt, damit BBC noch reinpasst und man evtl. auch ein kleines Spanferkelchen auch rein passen würde. Da komm ich mir aber dann mit der Platte unten ins Gehege.

Grüße
Schorschi
 

Belzi

Grillkaiser
Die Verwirbelungstheorie mit den Tuning-Plates stimmt nicht.

Aus Erfahrung lasse ich einfließen , dass die erste Platte direkt an der SFB anliegen muss , dort entsteht ein sog. Hot-Spot.
Die nachfolgenden Platten liegen nicht in parallelem Abstand zueinander , sondern der Abstand wird von Platte zu Platte größer.

Neben der Rauch-Simulation musst Du auch die Hitze einkalkulieren.
Die steigt zwischen den Platten fächerartig nach oben und kühlt in Richtung Kamin ab ,
das gibt Deine Simulation nicht her.
 

SmoKing

Gondelnix
10+ Jahre im GSV
... bei dieser Gelegenheit die FlowSimulation von SolidWorks für mich entdeckt.

Zugegebener Maßen ist die Simulation teilweise sicher nur von akademischem Interesse, schmecken wird man davon später sicher nichts ;).

Randbedingungen:
Nachdem ich nur die kleine Lizenz habe, kann ich weder Wärmeleitung noch Konvektion in der Simulation berücksichtigen. Die Bilder zeigen also was passieren würde, wenn man Luft durchpumpt aber nichts aufgeheizt wird. Trotzdem sind die Ergebnisse vielleicht doch interessant.
Alle Simulationen wurden unter gleichen Vorraussetzungen durchgeführt. Auf den Bildern ist jeweils der Pfad und die Geschwindigkeit von 20 Gasteilchen auf ihrem Weg durch den Smoker dargestellt.


Ich würde mich freuen, wenn Ihr Euren Senf dazu geben würdet!
Schorschi

Na klar gebe ich da meinen Rauch äh Senf dazu, habe ich doch in den letzten 4,5 Jahren mit Simulation die Brötchen meines Arbeitgebers verbessert...

Klar ersetzt die Simulation keine Erfahrungen, aber es ergänzt diese und: Keine Produktentwicklung in Maschinenbau oder Automobil läuft noch ohne Simulation! Ich weiß das, kenne ich doch die Produktionsentwicklerei z.B. von TSIs, Hyundais, bayrischen Sixpacks oder GMs V8!
Daher ist die Simulation ganz sicher nicht nur akademisch anzusehen. Meiner Erfahrung nach läßt sich so ein popeliger Smoker locker simulieren! Resourcen und Aufwendungen sind sicher nicht für mau zu haben...

Okay, die Simulationssoftware von Solid Works kenne ich nicht, aber an Deinen Randbedingungen und Solvern mußt Du einiges ändern, damit was realistisches dabei rauskommt; das wurde ja schon angemerkt.

Du hast ja nur eine reine Strömungssimulation benutzt um die Fließwege darzustellen, wenn man durch den Smoker durchpustet. Bei Dir ja ohne Wärmegleichungen, dadurch auch keine Temperaturänderung des Fluids. Daher nehme ich an, daß auch kein Turbulenzmodell mitgerechnet wird. Die Strömungslinien sehen ohnehin etwas komisch aus. Das alles ist zwar nicht optimal, aber...

...nein großes Aber: Als erste Simulation ist das durchaus legitim. Man kann schon mal absolute Dead Spots, in denen keine Luftbewegung herrscht erkennen. Durchzuführen als Steady State Simulation (Stationärer Zustand), das hast Du ja.

Ich tät mal noch mehr Tracer mitrechnen und diese im Postprocessor dünner darstellen.

Wenn diese toten Ecken weg sind, würde ich die Wärmegleichungen, Turbulenzmodelle UND eine Abbrandreaktion definieren. Wärmegleichung ist klar. Die Luft kommt kalt mit hoher Dichte rein, verbrennt und wird heiß, mit anderer Dichte, Temperatur und Geschwindigkeit.
Außerdem gibt es einen Wärmetransport aus dem Smoker durch die Wand an die Umgebung - sonst gäbs ja anfangs keinen starken Temperaturgradienten und es tät sich ja keiner der "Erfahrenen" die Finger am Blech verbrennen...
Reaktion: Bei dir stömt die kalte Luft einfach so durch und stellt den Hauptstrom der Gase dar. Das stimmt ja so nicht. Es entsteht ja zusätzlich Gas direkt an Holz oder Kohle. Die kommt dazu! Auch der Prügel Pflaumenholz, der drin liegt, beeinflußt die Strömung des Fluids. Also mach mal Holz in die SFB! :D

Puh, jetzt muß ich erst mal austrinken und meinen Erguss hier nochmal lesen... :lol:

Ich habe damals mit Flow3D, Arenaflow, Magmasoft und gaaanz kurz Fluent und Openfoam gearbeitet. Mit Flow3D könnte ich das noch hinkriegen, die anderen sind da entweder zu komplex (für mich) oder können das nicht.

Machbar ist das!
Ich finde den Ansatz gut, weil durchaus neue Erkenntnisse - ja auch aus der Simulation kann man Erfahrungen generieren - gewonnen werden können. Dennoch bedenke, der Aufwand ist nicht unerheblich...

:prost:
 
OP
OP
A

Automatix

Militanter Veganer
Danke SmoKing für die ausführliche Antwort!
Leider sind meine Möglichkeiten mit der QuckAndDirty Simulation im SolidWorks dann auch erschöpft. Wäre zwar ein sicher interessantes Gebiet, aber leider fehlt die passende Software.
SolidWorks ist nun mal halt eigentlich "nur" für mechanische Konstruktion gedacht, die FlowSimulation nur ein kleines AddOn. Somit kann ich weder noch ein paar DGLs einflicken noch an der Darstellung was ändern.

Mich hats halt vor allem interssiert, ob ich irgendwie tote Stellen im Smoker hab oder ob alles gut durchgemischt ist. Bei den Ergebnissen die in den Bildern zu sehen sind mutmaße ich, dass es durch thermische Schichtung die fehlende Durchmischung bei den "normalen" Bauformen noch verstärkt wird.
Das ist auch der Grund warum ich das alternative Konzept zur Diskussion gestellt hab.

Aus SmoKings Post ist ja auch zu lernen, dass der Auslaß vielleicht nicht direkt oben im Smoker sein sollte.

Grüße
Schorschi
 

Dodge

Pitmaster
10+ Jahre im GSV
★ GSV-Award ★
:hmmmm:

Grundsätzlich finde ich das mit der Simulation ist ne tolle Idee.
Es gibt aber sehr viele Faktoren die berücksichtigt, bzw. mit eingerechnet werden wollen. Materialstärke, wie stark sind die Stäbe vom Rost und welchen Abstand haben sie voneinander, Durchmesser Lufteinlass und Abgasrohr......usw, usw......

Meine Feststellung ist dass bei vielen Pit's die Abgasrohre zu wenig Durchmesser haben. Wir hatten ein ca. 240er Rohr verbaut, zwar eher durch Zufall, es war halt da, aber es hat sich bewährt........
 

SmoKing

Gondelnix
10+ Jahre im GSV
:hmmmm:

Grundsätzlich finde ich das mit der Simulation ist ne tolle Idee.
Es gibt aber sehr viele Faktoren die berücksichtigt, bzw. mit eingerechnet werden wollen. Materialstärke, wie stark sind die Stäbe vom Rost und welchen Abstand haben sie voneinander, Durchmesser Lufteinlass und Abgasrohr......usw, usw......

Meine Feststellung ist dass bei vielen Pit's die Abgasrohre zu wenig Durchmesser haben. Wir hatten ein ca. 240er Rohr verbaut, zwar eher durch Zufall, es war halt da, aber es hat sich bewährt........

Klar, da hast Du Recht, man kann nur was aussagekräftiges erhalten, wenn man die richtigen und wichtigen Randbedingungen berücksichtigt. Das blöde ist oft nur, je genauer man simulieren will, umso länger dauert die Berechung. Ich hatte mal einen Giessereikern von einem amerikanischen Zylinderkopf. Da hat die Kiste 7 Tage gerechnet, ab das war es wert!
Anyway...

Frage: Findest Du die meisten Smoker haben zu wenig Zug?
So kommt es mir bei meinem auch manchmal vor.

:prost: & Grüße
Matthias
 
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