سفارش تبلیغ
صبا ویژن

روش حجم محدود (Finite Volume Method) — از صفر تا صد

 انجام پروژه با انسیس فلوئنت


در مطالب قبل وب لاگ فرادرس، بیان شد که برای انجام محاسبات عددی در دانش دینامیک سیالات محاسباتی، طریق‌های مختلفی مانند شیوه تفاضل محدود، طریق حجم محدود و طرز المان محدود موجود است.


همان گونه که اشاره شد، برای بسط و مطالعه طریق تفاضل محدود از فرم دیفرانسیلی مقررات بقا مانند ضابطه بقای جرم (معادله پیوستگی) و ضابطه بقای مومنتوم (معادلات ناویر استوکس) به کارگیری می کنیم و با به کارگیری از تخمین تفاضل محدود، تقریبی برای به حساب آوردن مشتقات جزئی به دست می آوریم.


این مقاله به طور ظریف به باز بینی یکی‌از دیگر از طریق‌های عددی برای انجام محاسبات در دانش دینامیک سیالات محاسباتی میپردازد. این طریق به اسم نحوه حجم محدود پر اسم و رسم میباشد که به طور بدون واسطه با فرم انتگرالی معادلات بقا راز و فعالیت داراست. به این ترتیب در بالا فهمیدن معادلات بقای مومنتوم خطی، پیوستگی و ناویر استوکس اهمیت بسیار متعددی داراست.


پس از تلاوت این مقاله شما به طور ظریف تفاوت دو شیوه حجم محدود و تفاضل محدود را متوجه خواهید شد و قدرتمند خواهید بود تا از طریق حجم محدود برای انجام محاسبات عددی در مسائل مکانیک سیالات به کار گیری نمائید.


ستاتیک و سینماتیک سیالات

 انجام پروژه با انسیس فلوئنت

در مطالب پیشین وب لاگ فرادرس، مفاهیم شالوده‌ای مانند استاتیک و سینماتیک سیالات گزینه باز‌نگری قرار گرفتند. همانگونه که اشاره شد، مقررات بقای جرم (پایستگی جرم) و پیوستگی در اکثر مسائل مربوط به مکانیک سیالات گزینه به کار گیری قرار میگیرند. در‌این مسائل، برای احتساب سرعت جریان سیال از معادلات ناویر-استوکس به کار گیری می گردد. این معادلات او‌لین توشه در سال 1822 بوسیله «ناویر» (Claude-Louis Navier) بیان و ابعاد به وسیله «استوکس» (George Gabriel Stokes) در حالات خاصی کامل شدن شدند. معادلات ناویر-استوکس برای ارزیابی میدان سرعت جریان سیال گزینه به کارگیری قرار میگیرند و برای احتساب و به کارگیری از آن ها نیاز به شناخت با مضمون‌ بقا و پیوستگی در سیالات میباشد. در واقع اکثر مسائل پیچیده در مکانیک سیالات و دانش دینامیک سیالات محاسباتی با به کار گیری از معادلات ناویر-استوکس و پیوستگی قابل حل می باشند. براین اساس گام نخستین در‌این مسائل، شناخت با معنا پیوستگی و ضابطه بقای جرم میباشد. درین مقاله، مفاهیم و طرز استخراج معادلات پیوستگی و بقای جرم در حالات گوناگون آیتم مشاجره قرار میگیرند و در انتهای هر قسمت با استعمال از مثالی، کاربرد این مفاهیم و رابطه ها نشان داده میگردد. بقای جرم – پیوستگی در مکانیک سیالات، به یک جز کوچک سیال که مشتمل بر تعداد بسیار متعددی مولکول میباشد «حجم در اختیار گرفتن» (Control Volume) میگویند. تعریف‌و‌تمجید حجم در اختیار گرفتن و معلوم کردن مرزهای آن، یکی اساسی‌ترین مسائل در دانش مکانیک سیالات برای گزینش معادلات بقای جرم و پیوستگی میباشد و این مقاله به بیان ظریف مفاهیم مربوط به آن می پردازد. در پی نشان داده می‌گردد که حجم در اختیار گرفتن میتواند بومی و یا این که متحرک باشد و همینطور صورت آن نیز با دوره تغییر تحول نماید. برای تعریف‌و‌تمجید پیوستگی در آغاز کمیت‌های شدتی و یه خرده را تعریف و تمجید میکنیم. «کمیت شدتی» (Intensive Property)، خاصیتی از یک ماده میباشد که به اندازه سیستم و یا این که مقدار آن ماده بستگی نداشته باشد. مثلا، دما و چگالی یک جسم با نصف کردن آن جسم تغییر تحول نمیکنند، به این ترتیب این دو خواص، کمیت‌های شدتی می باشند. به خواصی که اندازه آنان به اندازه سیستم و یا این که مقدار ماده بستگی دارا هستند «کمیت‌های کمی» (Extensive Property) میگویند. به عنوان مثال، جرم، حجم و گرمای منتقل گردیده از جسم کمیت‌های کمی می‌باشند. معادله پیوستگی مجموعاَ، تغییرات یک کمیت شدتی مانند L را در یک سیستم بیان می کند. قابل ذکر میباشد که سیستم به طور گروه‌ای از اجزا تعریف‌و‌تمجید میگردد که خصوصیت‌های اساسی این اجزا در زمان عصر سوای تغییر و تحول باقی می مانند. برای بیان معادله پیوستگی در آغاز به باز بینی معنا «بقای جرم» (Conservation of Math) می پردازیم. معادله بقای جرم برای یک سیستم که در یک میدان جریان سیال قراردارد به صورت ذیل قابل تعریف‌و‌تمجید میباشد:

شبیه سازی احتراق با نرم افزار فلوئنت پارت دوم

انجام پروژه با انسیس فلوئنت


خلاصه نوشته‌ی‌علمی:

جریان حول پرههای ستون پره کمپرسور توربین گاز دارنده پیچیدگی های سیالاتی میباشد. درین میدان جریان، علاوه بر این که جریان وضعیت زود گذر را تجربه می‌نماید، بلکه شاهد پیدایش حباب جریان در نصیب مکش پره نیز است . در چنین جریانی لزوم گزینش مطلوب یک دسته جریان مغشوش می‌تواند به پیش گویی پیچیدگیهای جریان امداد شایانی نماید. درین راستا از 5 گونه جریان مغشوش متفاوت برای مشابه سازی جریان در بین ستون پره کمپرسور سرعت تحت توربین گاز مستعمل میباشد تا بتوان به خیر و خوبی حباب تولید گردیده در نصیب مکش را نوع سازی نمود . این گونه ها عبارتند از: نوع اسپالارت-آلماراس ( فرمول در متن اصلی نوشته‌ی علمی) بعد از گزینش طرز مطلوب مشابه سازی جریان مغشوش، از نوع برای مشابه سازی زبری اعمالی به سطح به کارگیری می‌گردد . همینطور از طریق حجم محدود با گسسته سازی جایگاه دوم در مکان و عصر برای مشابه سازی میدان جریان منفعت شده میباشد. به مراد کوپلینگ معادلات سرعت و فشار، الگوریتم تکرار سیمپل به عمل گرفته شده‌است. نتیجه ها نتیجه ها گردیده از این تحقیق بوسیله اپلیکیشن Star CCM+ بدست آمده میباشد، همینطور کانال های گزینه به کار گیری به وسیله اپلیکیشن Pointwise2.3 تولید گردیده اند. حاصل نشان می دهد که جور ( فرمول در متن اصلی نوشته ی علمی) شایسته ترین نحوه برای مشابه سازی جریان شرایط زود گذر می‌باشد. همینطور جور زبری اعمال گردیده به خیر قادر است اثرات زبری را نوع نماید. حاصل نشان می‌دهد که در حوزه‌ مکش پره، یک حباب جدایش تشکیل می گردد که در حاصل تجربی هم نمایان شده‌است. این حباب جدایش با ارتقاء عدد رینولدز باریک گردیده و رفته رفته لایه مرزی به موقعیت به طور کامل مغشوش تبدیل میشود . افزون بر آن در یک زبری بحرانی، ما شاهد لایه مرزی تماما مغشوش خوا‌هیم بود. همینطور حاصل نشان می دهد که با ارتقا زبری سعی کمپرسور بشدت کاهش مییابد.


لغات کلیدی:

زبری سطح،ستون پره،کمپرسور سرعت تحت،گونه های جریان مغشوش


شبیه سازی دوفازی آبشار طبیعی در انسیس فلوئنت

انجام پروژه با انسیس فلوئنت


مشابه سازی دوفازی آبشار طبیعی در انسیس فلوئنت

جدایش جریان از سطح و یا این که جدایش جریان های دوفازی(آبشار طبیعی) از مهم‌ترین مسایل در مباحث مکانیک سیالات هست.

جدایش جریان چه به جهت صورت مختص هندسه یا این که بدلیل صورت یگانه جریان قادر است اثرات مثبت یا این که منفی پیرامون خویش داشته باشد. ازین رو همواره کارایی شده‌است این جدایش تا حد قابلیت و امکان در اختیار گرفتن گردیده باشد. یا این که در فیس عدم قابلیت و امکان در اختیار گرفتن این پدیده، اثرات و موقعیت ساخت جدایش به طور بدون نقص باز‌بینی و شود.

درین پروژه همت شده‌است جدایش یک جریان سیال آهسته(به جهت عجله گرانش) که در طبیعت به وضوح در آبشار طبیعی به چشم می‌خورد، باز‌نگری و بررسی گردد. هرچند این جدایش فقط به خیال عجله گرانش و تفاوت طول دو سطح واقعه می‌ افتد و اصطلاحا به آن آبشار طبیعی گفته می شود. در صنعت و همینطور مسایل مرتبط با جریان سیال در طبیعت مورد ها بیشماری ازین دست موجود هست. از پاراگراف این مسایل می شود به آبشارهای ساختمان بلند های خنک کن نیروگاه های سیکل ترکیبی، سیستم های خنک کاری ساختمان های وسیع نظیر بیمار ستان ها و…. اشاره کرد.

در‌این آنالیز کارایی شده‌است تا جریان دوفازی آبشار طبیعی به وسیله اپلیکیشن Ansys Fluent مشابه سازی و ارزیابی گردد.

 ایجاد هندسه و کانال بندی
هندسه آیتم به کار گیری درین نظارت، طولانی تر مشابه شبکه‌های آیتم استعمال در سیستم های انتقال آب و هوا در لحاظ گرفته گردیده و صرفا به جهت آشکارسازی هرچه اضافه سقوط جریان ، جدایش جریان از کناره و همینطور باز‌بینی تغییر‌و تحول فاز، از سیال با چگالی بالا (آب) مستعمل میباشد. در اکثری از موردها شبکه های انتقال هوای سرد نیز مبتلا این جدایش و سقوط می شوند که می اقتدار با همین طریق از هوای خنک به جای آب بهره برد.

کانال بندی آیتم به کارگیری متناسب با بخشها متفاوت دامنه حل جریان و همینطور با اعتنا به معیار توجه مایحتاج در نواحی گوناگون مشتمل بر 9 دیوایدر بوده و به وسیله اپلیکیشن Gambit تاسیس شده است. بهطوری که در نواحی در حدود جریان سیال اندازه سلول ها کوچکتر گردیده و نودها به یکدیگر نزدیکتر گردیده اند. کل دامنه مشتمل بر 626400 سلول بوده و به طور کامل از جور ساختاریافته می باشند

شبیه سازی جریان آشفته با رویکرد شبیه سازی گردابه های بزرگ (LES)

انجام پروژه با انسیس فلوئنت


در فعالیت حاضر به بازنگری جریان آشفته تراکم ناپذیر دو بعدی در هندسه پلکان با استعمال از طریق مشابه سازی گردابه های پهناور (LES) پرداخته شده‌است. به این خواسته از دسته زیرشبکه دینامیکی موضعی و اسماگورینسکی استعمال شد. غربال عددی آیتم به کار گیری قرار گرفته غربال گوس هست. الگوریتم سیمپل تحت عنوان نحوه حل عددی به کار گیری شد. برای نظارت صدق سنجی نتیجه ها یعد از باز بینی استقلال نتیجه ها از کانال محاسباتی، حاصل دوبعدی بدست آمده با مطالعات عددی سه بعدی مقایسه شد. استدلال‌ها حاکی از توجه مطلوب حاصل بدست آمده بودند. آنگاه حاصل بدست آمده از طریق اسماگورینسکی و دینامیکی موضعی از نظر هزینه محاسباتی ،توجه نتیجه ها و سرعت همگرایی با یکدیگر مقایسه شدند.

کلیدواژه‌ها:

جریان آشفته، مشابه سازی گردابه های پهناور، غربال کردن، مدلهای پایین کانال

کد نوشته‌علمی/لینک و پیوند اثبات بدین نوشته‌ی علمی

برای پیوند دهی به‌این نوشته ی علمی، می‌توانید از لینک و پیوند ذیل به کار گیری فرمائید. این پیوند مدام اثبات میباشد و تحت عنوان مدرک تثبیت نوشته‌ی‌علمی در منشاء سیویلیکا آیتم به کارگیری قرار می گیرد:

https://www.civilica.com/Paper-ISME22-ISME22_265.html

کد COI نوشته‌ی‌علمی: ISME22_265

طرز استناد به نوشته‌ی‌علمی:

در صورتیکه که می‌خواهید در اثر پژوهشی خویش به‌این نوشته‌ی‌علمی ارجاع دهید، به آسانی می‌توانید از عبارت پایین در بخش منابع و مراجع به کارگیری فرمایید:

پروار, سعید؛ علیرضا علی پور؛ حمیدرضا انبارلوئی و محمدامین پرواری، 1393، مشابه سازی جریان آشفته با منش مشابه سازی گردابه های پهناور (LES) و جور های ذیل کانال اسماگورینسکی (SM) و دینامیکی موضعی (LDSM) در هندسه پلکان، بیست و دومی کنفرانس هر ساله مهندسی مکانیک، اهواز، انجمن مهندسان مکانیک جمهوری اسلامی ایران، دانشکده شهید چمران اهواز، https://www.civilica.com/Paper-ISME22-ISME22_265.html


در باطن متن نیز هر جا که به عبارت و یا این که دستاوردی از این نوشته‌علمی اشاره شود بعداز ذکر مقاله، در درون پارانتز، خصوصیات ذیل نوشته میگردد.

برای توشه اولیه: (پروار, سعید؛ علیرضا علی پور؛ حمیدرضا انبارلوئی و محمدامین پرواری، 1393)

برای توشه دوم به آن‌گاه: (پروار؛ علی پور؛ انبارلوئی و پرواری، 1393)

برای شناخت بدون نقص با شیوه منبع نویسی لطفا بخش راهنمای سیویلیکا (منبع دهی) را مراعات کنید.