منتشرشده در

مدلسازی جریان چندفازی در فلوئنت

جریان چندفازی شامل حرکت دو یا چند فاز در حالت­‌های مختلف ترمودینامیکی (مانند مخلوط گازها ، مایعات و یا جامدات) است. این فازها میتوانند حالت های مختلفی از ترکیبات شیمیایی یکسان (آب و بخار آب در یک لوله) یا فازهای حاوی ترکیبات شیمیایی متفاوت (آب و هوا در نِی) باشند. در صنایع با انواع مختلفی از جریان­ های چند فازی مواجه میشویم که عبارتند از :

  • اسپری­‌های روغن که گیربکس‌­ها یا جعبه دنده­‌ها را خنک و روان میکنند.
  • مخازن مخلوط کنی که گاز را به صورت حباب در مایع اسپری میکنند.
  • جلوگیری از مخلوط شدن کاتالیزورهای جامد در یک راکتور که از مایعات به عنوان سیال کاری استفاده میکند.

آشنایی با مدل حجم سیال (Volume of Fluid)

مدل حجم سیال یا VOF می تواند دو یا تعدادی بیشتر از سیالات غیر قابل امتزاج را با حل یک مجموعه واحد از معادلات مومنتوم و ردیابی کسر حجمی از هر یک از مایعات در سراسر دامنه مدل سازی کند.

فرمول مدل حجم سیال یا VOF بر این واقعیت استوار است که که سیالات یا فازها درهم تنیده نمیشوند. برای هر فاز اضافی که شما به مدل خود را اضافه کنید، یک متغیر معرفی شده است: کسر حجمی فاز در سلول محاسباتی. در هر حجم کنترل، مجموع کسر حجمی تمام فازها برابر با یک است.

آشنایی با مدل اویلری در مدل های چندفازی

توضیحات:

مدل چند فازی اویلری (Eulerian multiphase model) در فلوئنت اجازه ی مدل سازی فازهای مجزا و در حال تعامل را می دهد. فازها می توانند مایعات، گازها و یا مواد جامد و تقریبا در هر ترکیبی باشند. یک دیدگاه اویلری برای هر فاز استفاده می شود، برخلاف دیدگاه اویلری-لاگرانژی است که برای مدل فاز گسسته (discrete phase model) استفاده می شود.

مدل اویلری در جریان های چند فازی تفاوت بین مایع – مایع و مایع- جامد (گرانول) را تشخیص نمی دهد.

آشنایی با مدل اختلاط چندفازی (mixture model)

توضیحات:

مدل مخلوط (mixture model) یک مدل چند فازی ساده شده است که می تواند برای مدل جریان های چند فازی که در آنها فازها با سرعتهای متفاوت حرکت می کنند، استفاده شود. فرض تعادل محلی در طول های کوتاه حجمی برقرار است. مدل مخلوط را می توان در مدل جریان های چند فازی همگن با پیوستگی بالا و فازهای در حال حرکت با سرعت یکسان استفاده کرد. علاوه براین، از مدل مخلوط می توان برای محاسبه لزجت سیال های غیر نیوتنی استفاده کرد.

بررسی مدل بخار مرطوب در پنجره ی مربوط به مدل های چندفازی

توضیحات:

در طی انبساط سریع بخار، فرآیند میعان در مدت کوتاهی هنگام عبور از حالت خط بخار اشباع، اتفاق خواهد افتاد. فرآیند انبساط باعث می شود که بخار خشک مافوق گرم، اول سرد شده و سپس به شکل یک مخلوط دو فاز از بخار اشباع و قطرات مایع که به عنوان بخار مرطوب شناخته می شود، درآید.

مدل سازی بخار مرطوب در تجزیه و تحلیل‌ِ طراحی توربین های بخار بااهمیت است. افزایش رطوبت خروجی از توربین بخار عامل فرسایش شدید پره های توربین در مراحل کاری کم فشار، و کاهش کارایی آیرودینامیکی توربین در ناحیه بخار مرطوب خواهد شود.
برای آشنایی بیشتر با انواع مدل‌های چندفازی و کاربردهای آن در نرم افزار فلوئنت، دوره‌‌ها‎ی آموزشی ” از مبتدی تا حرفه‌ای در انسیس فلوئنت”، “ شبیه سازی جریان‌های میکرو و نانو، اثر افزودن نانو ذرات و مدل فاز گسستهو ” شبیه سازی جریان های چندفازی در فلوئنتدر بخش فروشگاه آموزشی را پیشنهاد می‌کنیم.


برای آشنایی با قابلیت‌های جدید نرم افزار انسیس فلوئنت در مدلسازی جریان‌های چندفازی مطالب زیر ارائه می‌شود.

برای مدلسازی جریان‌­های چندفازی در نسخه جدید فلوئنت نیازی نیست که یک متخصص تمام عیار باشید

به طور سنتی، مهندسان میتوانند با استفاده از انتقال صحیح فازها، خواص فیزیکی و فعل و انفعالات شیمیایی / حرارتی را مدلسازی کنند. آخرین نسخه فلوئنت منتشر شده توسط شرکت انسیس، به کمک مهندسان آمده و تجربه شبیه سازی مدل­ های چند فازی را بهبود بخشیده است. حتی اگر کاربران کمترین آموزش را با نرم افزار داشته باشند، این پیشرفت­‌ها و بهبودها آنها را قادر میسازد تا به سرعت انواع جریان‌­های چند فازی را حتی با انتقال فازهای پیچیده، در فلوئنت شبیه سازی­ کنند. انتقال فاز (Phase transition) در واقع به تغییر حالت یک ماده از فاز جامد، مایع و یا گاز به یک حالت دیگر گفته میشود.

رابط کاربری گرافیکی ساده در نسخه جدید انسیس فلوئنت به کارگیریِ مدل­‌های چند فازی را ساده میکند

فلوئنت برای آسان‌­تر شدن و منظم‌­تر بودن روند شبیه سازی، قسمت­‌های مختلفی که برای مدلسازی مسائل چندفازی نیاز است را به صورت چندین پنجره (Tab) در اختیار ما قرار داده است. متخصصان و تازه‌­کاران به طور یکسان از طریق این پنجره‌­ها، مانند یک مرورگر اینترنت، راهنمایی میشوند تا عملیات­‌های پیش­‌پردازشی شبیه سازی خود را بر روی مسئله مورد نظر خودشان اعمال کنند.

تست­‌های انجام شده حاکی از آن بود رابط کاربری جدید انسیس فلوئنت در تنظیمات مربوط به مدل‌های چندفازی، زمان پیش پردازش را ۲۵٪ کاهش داده و نیازی به تعامل با ۱۷ بخش مختلف نرم افزار فلوئنت نیست. همچنین این رابط کاربری شبیه سازی جریان در نرم ­افزار فلوئنت را ساده­‌تر کرده است. ویژگی اصلی این رابط کاربری آن است که مهندسان مستقیماً روی مدل‌­ها و عناصر گرافیکی کار میکنند. به عنوان مثال، با کلیک کردن بر روی مدل (Model) یک صفحه برای شما باز میشود که در آن صفحه شما قادر به تعیین شرایط مرزی مختلف (بعنوان مثال شرایط مرزی ورودی و خروجی) برای مسئله خود هستید. بعد از اینکه شرایط مرزی تعیین شد، یک پیکان در صفحه گرافیکی ظاهر میشود که وروردی، خروجی و مسیر حرکت جریان را نشان میدهد.

 

پنجره مربوط به تعیین فازها در فلوئنت

مدل جدید ارائه شده برای شبیه سازی انتقال رژیم جریان گاز – مایع

آخرین نسخه منتشر شده از فلوئنت شامل روشی برای شبیه سازی انتقال رژیم جریان گاز – مایع با استفاده از مدل چگالی جبری ناحیه میانی (Algebraic Interfacial Area Density (AIAD)) میباشد. با توجه به رابط کاربری‌­ای که در بالا مطرح شد، مهندسان با استفاده از این مدل میتوانند به راحتی مسائل خود را شبیه سازی کنند.

مدل چگالی جبری بین دو ناحیه‌­ای (AIAD) میتواند درگ و رابطه بین فازها را براساس مورفولوژی (ساختار شناسی) جریان شبیه سازی کند. این مدل همچنین آشفتگی مقیاس زیر شبکه که علت آن بی‌ثباتی‌های موجود در سطح بین دو فاز است را محاسبه میکند. با این ویژگی بعنوان مثال میتوان ناهمسو بودن جهت جریان­‌ها را که بر انتقال حرارت تاثیر میگذارد پیش­بینی کرد.

برای دقت بیشتر، مهندسان میتوانند فاز سوم را به مدل اضافه کنند که شامل مکانیزم­‌های انتقال جرم است. این مکانیزم‌­ها نشان دهنده‌ی :

  • تبدیل فاز پیوسته به فاز گسسته به دلیل فعل و انفعال میان فازها
  • تبدیل مخلوط فازهای گسسته به یک فاز مایع پیوسته به‌واسطه فرآیند جذب

مدل چگال جبری بین دو ناحیه­ای (AIAD) میتواند با سایر مدل­‌ها برای پیگیری توزیع اندازه حباب­‌ها یا قطرات درون جریان به منظور شبیه سازی جریان‌های چندفازی در انسیس فلوئنت ترکیب شود.


برای آشنایی بیشتر با انواع مدل‌های چندفازی و کاربردهای آن در نرم افزار فلوئنت، دوره‌‌ها‎ی آموزشی ” از مبتدی تا حرفه‌ای در انسیس فلوئنت”، “ شبیه سازی جریان‌های میکرو و نانو، اثر افزودن نانو ذرات و مدل فاز گسسته” و ” شبیه سازی جریان های چندفازی در فلوئنت” در بخش فروشگاه آموزشی را پیشنهاد می‌کنیم.