در این مقاله در راستای کمک به کاربرانی که قصد انجام پروژه با انسیس فلوئنت را دارند، در نظر داریم به توصیف قابلیت‌های گسترده‌ی نرم افزار انسیس فلوئنت ANSYS Fluent در مدلسازی و شبیه سازی جریان‌های سیال در مسائل گوناگون و بررسی مدل‌های فیزیکی موجود در انسیس فلوئنت بپردازیم.
نگاه کلی به مدل‌های فیزیکی موجود در انسیس فلوئنت
در این بخش می خواهیم قابلیت‌های مدلسازی وسیعی برای طیف گسترده‌ای از مسائل و مدل‌های فیزیکی موجود در انسیس فلوئنت شامل جریان‌های سیال تراکم پذیر، تراکم ناپذیر، آرام و آشفته را بررسی نماییم؛ همانطور که می‌دانید تحلیل‌های حالت پایا Steady-state و گذرا Transient در انسیس فلوئنت انجام می‌پذیرد. در انسیس فلوئنت، طیف گسترده‌ای از مدل‌های ریاضی برای پدیده‌های انتقال (مانند انتقال حرارت و واکنش‌های شیمیایی) با تواناییِ مدلسازی هندسی‌های پیچیده ترکیب شده است. ازجمله کاربردهای انسیس فلوئنت می‌توان به جریان‌های غیرنیوتنی آرام در لوله‌های حفاری نفت، انتقال حرارت در توربوماشین‌ها و موتورهای خودروهای سواری، احتراق ذغال سنگ در بویلرها، آیرودینامیک، جریان عبوری از داخل کمپرسورها، پمپ‌ها و فن‌ها و جریان‌های چندفازی در ستون‌های حبابی و بستر سیال نام برد.
به منظور مدلسازی جریان سیال و پدیده‌های انتقال مرتبط در تجهیزات صنعتی و فرآیندها و مدل‌های فیزیکی موجود در انسیس فلوئنت، ویژگی‌های متنوع و مفیدی در دسترس قرار گرفته است. این موارد شامل سطوح متخلخل، مبدل‌های حرارتی، جریان‌های متناوب و چرخشی و مدلسازی قاب مرجع چرخان می‌باشد. روش مش لغزان Sliding Mesh نیز یک حل دقیق وابسته به زمان و مناسب برای کاربردهای توربوماشین چندمرحله‌ای است.
گروه دیگری از کاربردهای بسیار مفید نرم افزار انسیس فلوئنت، قابلیت مدلسازی جریان سطح آزاد Free surface و چندفازی Multiphase است. این موارد می‌تواند به منظور تحلیل جریان‌های گاز-مایع، گاز-جامد، مایع-جامد و مایع-گاز-جامد مورد استفاده قرار گیرد. برای این دسته از مسائل، انسیس فلوئنت مدل‌های حجم سیالی VOF، مخلوط Mixture، اویلرین Eulerian و فاز گسسته DPM را در اختیار کاربر قرار می‌دهد. مدل فاز گسسته، ردیابی مربوط به مسیر تک تک ذرات را براساس دیدگاه لاگرانژی برای فاز پراکنده شده در فاز پیوسته فراهم می‌کند. از جمله مثال‌های جریان‌های چندفازی می‌توان به جریان‌های داخل کانال، اسپری، سوسپانسیون، جداسازها و کاویتاسیون نام برد.
قدرت و دقت مدل‌های آشفتگی Turbulence Models یکی از مؤلفه‌های حیاتی در انسیس فلوئنت محسوب می‌شود. مدل‌های آشفتگی طیف گسترده‌ای از کاربردهای مختلف را برای کاربر فراهم می‌کند. این کاربرها شامل بررسی تأثیر پدیده‌های فیزیکی دیگری مانند نیروی بویانسی و تراکم‌پذیری است. در بخش مدل‌های آشفتگی، به منظور افزایش دقت نتایج در نزدیک دیوارها، از توابع دیواره و مدل‌های مرزی استفاده است که پارامتر بی‌بعد دیواره، وای پلاس Y+ الهام بخش ما در به‌کارگیری این توابع است.
حالت‌های مختلف انتقال حرارت در انسیس فلوئنت می‌تواند مدلسازی شود؛ مانند انتقال حرارت جابه‌جایی طبیعی، اجباری و ترکیب انتقال حرارت اجباری و تشعشعی. تنظیم مدل‌های تشعشعی و زیرمدل‌های مربوط به آن، به منظور شبیه سازی کاربردهای مربوط به احتراق مورد استفاده قرار می‌گیرد. بخش خاص و البته قدرتمند نرم افزار انسیس فلوئنت، توانایی آن به منظور شبیه سازی انواع پدیده‌های احتراقی با استفاده از مدل‌های متنوعی مانند اتلاف ادی Eddy Dissipation و تابع احتمال چگالی PDF است. انسیس فلوئنت میزبان مدل‌های دیگری به منظور شبیه سازی جریان‌های واکنشی می‌باشد؛ مانند احتراق ذغال سنگ، احتراق ناشی از تزریق قطره سوخت، واکشن سطحی و مدل‌های شکل گیری آلاینده.
برای تمامی جریان‌ها، انسیس فلوئنت معادلات بقا را برای جرم و مومنتوم حل می‌کند. برای جریان‌های شامل انتقال حرارت و تراکم پذیر، یک معادله‌ی اضافی برای بقای انرژی نیز حل می‌شود. برای جریان‌های شامل اختلاط گونه‌ها یا واکنشی، یک معادله‌ی بقای گونه حل می‌شود یا اگر مدل احتراق غیرپیش‌آمیخته به کار گرفته شده باشد، معادلات بقا برای کسرمخلوط و واریانس آن‌ها حل می‌شود. هم چنین هنگامیکه جریان آشفته است، معادلات انتقال دیگری حل خواهند شد.
