info[at]alfaproject[dot]ir
09394364184

شبیه سازی جریان توربولانس با نرم افزار فلوئنت

26 مهر, 1396

نرم افزار فلوئنت یکی از قوی ترین نرم افزارهای تجاری موحود در شبیه سازی فرآیندهای سیالاتی و حرارتی است. در این تحقیق رفتار جریان مغشوش سیال در یک لوله دایروی شکل با ابعاد مشخص بررسی شده است. همان گونه که از عنوان تحقیق بر می آید جریان به صورت آشفته مدل سازی شده است. به بیان دیگر عدد رینولدز جریان از رینولدز بحرانی فراتر می باشد. عدد رینولدز بحرانی در لوله ها برابر 2300 می باشد. همچنین بازه بین 2300 تا 4000 به عنوان ناحیه گذر می باشد. لذا به منظور آشفته در نظر گرفتن جریان، عدد رینولدز در ورودی برابر 4000 در نظر گرفته شده است.

هندسه جریان لوله ای دایره ای شکل با سطح مقطع 10 میلی متر و طول 1 متر در نظر گرفته شده است. شماتیک این هندسه در شکل زیر نشان داده شده است.

 

 

شبکه بندی

حل عددی هر مساله ای و انجام پروژه با نرم افزار فلوئنت نیازمند شبکه بندی هندسه مورد نظر می باشد. شبکه بندی مناسب، شبکه بندی ای است که دارای المان های شش وجهی بوده و دارای تمرکز مناسب در قسمت هاس حساس باشد.شبکه بندی مساله حاضر نیز به صورت کاملا شش وجهی در نظر گرفته شده است. شماتیک این شبکه بندی در شکل زیر نشان داده شده است.

 

با دقت در شکل فوق کاملا مشخص است که شبکه بندی به صورت کاملا منظم انجام شده است. این نوع شبکه بندی دارای بالاترین کیفیت می باشد. از این شبکه بندی برای حل مساله مورد نظر استفاده می شود.

شرایط مرزی

با توجه به تعریف عدد رینولدز می توان نوشت:

بنابراین سرعت در ورودی لوله برابر 0.4 متر بر ثانیه در نظر گرفته شده است. در خروج نیز شرط مرزی فشار نسبی صفر اعمال شده است. سایر دیواره ها نیز به صورت غیر لغزشی در نظر گرفته شده است.

تنظیمات حل

در این بخش تنظیمات مربوط به نرم افزار فلوئنت ارائه شده است. لازم به ذکر است در این مساله از نرم افزار ANSYS Fluent 16.0 به منظور تحلیل جریان استفاده شده است.

در صورتی که شبکه بندی در نرم افزار انسیس انجام شده باشد، نیاز به فراخوانی شبکه بندی وجود نداشته و پس از باز کردن محیط انسیس شبکه بندی به طور خودکار در نرم افزار فراخوانی خواهد شد.

به منظور حل معادلات ، با توجه به تراکم ناپذیر بودن جریان از گزینه Pressure Based استفاده می شود، در صورتی که سرعت جریان بالا بوده یا جریان تراکم پذیر باشد، از حالت Density Based به منظور حل معادلات استفاده می شود. این تنظیمات در قسمت General می باشد.

 

به منظور انتخاب نوع مدل توربولانسی حل از قسمت Viscous، مدل k-e  را انتخاب می کنیم. دقت شود که به طور پیش فرض سیال انتخاب شده توسط نرم افزار فلوئنت، سیال هوا می باشد. به منظور انتخاب سیال دیگر، باید ماده مورد نظر را از بین کتابخانه نرم افزار فلوئنت انتخاب نمود.

مرحله بعد مربوط به تعیین فشار کاری است. این کار در قسمت Operation Conditions انجام می شود،  این فشار در حقیقت بیانگر فشار کاری حل می باشد. در این مساله نیازی به تغییر فشار کاری 101325 پاسکال نمی باشد. همچنین در این قسمت می توان مولفه های مربوط به شتاب جاذبه را تعیین نمود. در این مساله از شتاب جاذبه صرف نظر شده است. در صورت لزوم می توان مقدار مولفه های شتاب را در راستای سه محور مختصاتی تعیین نمود.

شرط مرزی ورودی و خروجی را به ترتیب به صورت Velocity Inlet و Pressure Outlet  در نظر می گیریم.

دقت شود شدت توربولانس به طور پیش فرض برابر 5 درصد در نظر گرفته شده است.در این شبیه سازی نیز می توان از قطر هیدرولیکی استفاده نمود. شرط مرزی خروجی نیز به صورت فشار نسبی صفر در نظر گرفته شده است. تنظیمات مربوط به حل عددی و ضرایب مربوط به Relaxation Factor به صورت پیش فرض در نظر گرفته شده است.

نتایج

با اعمال شرایط فوق نتایج حاصل از شبیه سازی عددی جریان توربولانس به صورت اشکال زیر به دست خواهد آمد.

با دقت در شکل فوق کاملا مشخص است که به تدریج با حرکت جریان از ورودی تا خروجی لایه مرزی رشد کرده و سرعت جریان در مرکز لوله بیشتر از نقاط نزدیک دیواره خواهد شد.به بیان دیگر شرط مرزی عدم لغزش باعث تشکیل پروفیل سرعت سهموی درون لوله خواهد شد.

ملاحظه می شود که ماکسیمم سرعت جریان در ورودی خیلی کمتر از ماکسیمم سرعت در وسط و خروجی لوله خواهد بود. به بیان دیگر سرعت ماکسیمم جریان بعد از طول مشخصی مقدار ثابتی خواهد شد. فشار در راستای حرکت جریان به تدریج کاهش خواهد یافت.

مشاهده می شود که با حرکت جریان از ورودی تا خروجی به تدریج از فشار سیال کاسته شده و به سرعت آن افزوده می شود.

شبیه سازی دو بعدی

نرم افزار فلوئنت دارای قابلیت شبیه سازی دو بعدی نیز می باشد. انجام پروژه به صورت دو بعدی باعث کاهش زمان انجام محاسبه خواهد شد. در صورتی که میدان حل به صورت دو بعدی در نظر گرفته شود نتایج زیر حاصل خواهد شد.

به تدریج با حرکت جریان پروفیل سهمی شکل خواهد گرفت. وکتور یا بردار جریان به خوبی بیانگر این مطلب می باشد.

تمامی حقوق این سایت متعلق است به گروه آلفا پروژه .

%d وب‌نوشت‌نویس این را دوست دارند: