ae610a654f890f85467607ef3fdd0d35

دوره مدلسازی اغتشاشات در جریانهای داخلی و خارجی

بسیاری از جریان‏های سیالاتی که در طبیعت وجود دارند بشدت متاثر از پدیده اغتشاشات هستند. در ابتدا آزمایش رینولدز مشخص کرد که جریان‏ها بر اساس نسبت نیروی مومنتوم به نیروی ویسکوز میتوانند به حالت لایه ای، حالت گذار  و حالت مغشوش دسته بندی شوند. این نسبت نیروها عدد رینولدز نامیده شده  و نقش بسیار بزرگی در مکانیک سیالات ایفا مینماید. در جریان لایه‏ای نسبت نیروی مومنتوم به ویسکوز کم است و در حقیقت اصطکاک درون سیال میتواند نوسانات بسیار ریز ایجاد شده را میرا کند و لایه های مختلف سیال بدون اثر بر یکدیگر بر روی هم حرکت میکنند. با افزایش عدد رینولدز و کوچک شدن نیروی ویسکوز (همانند اصطکاک عمل می‏کند) نوسانات ایجاد شده در برخی نقاط میرا نشده و بر جریان سیال اثر میگذارد. در حالت گذار لایه ها ممکن است تغییر مسیر بدهند، اما در هم نفود نکرده و حالت لایه ای را از دست نمی‏دهند. در حالت مغشوش نیروهای ویسکوز نسبت به نیروهای مومنتوم بسیار کوچک می‏شوند و در این حالت نوسانات (مثل نویزها) نه تنها میرا نشده بلکه با سرعت بیشتری پخش شده و بر لایه ها اثر می‏گذارند. در این حالت دیگر از لایه های جریان خبری نیست. این نویزها بنا به دلایل بسیاری مانند زبری سطح، تغییرات دما فشار و چگالی، و … ایجاد می‏شوند. نهایتا این نوسانات باعث ایجاد اختلاط و گردابه های ریز و درشتی می‏شود که با سرعت‏های مختلفی دوران می‏کنند و بر انتقال مومنتوم، انرژی و … بسیار تاثیرگذار هستند.

اساس ایجاد این پدیده و گذار از حالت آرام به مغشوش از نظر ریاضیات مشخص نشده است. با این حال تئوریهایی در این زمینه ارائه شده که در برخی مسائل به خوبی رفتار جریان را پیش‏بینی کرده‏اند.

با گسترش روش‏های عددی حجم محدود تلاش برای مدل‏سازی این پدیده گسترش یافت و روش‏هایی مانند LES و URANS توسعه داده شده‏اند. این روش‏ها در اکثر کدهای دینامیک سیالات محاسباتی قابل استفاده هستند.

با این حال برای استفاده صحیح از این مدل‏ها و رسیدن به جواب صحیح بایستی ابتدا نوع جریان را مشخص کرد، سپس رینولدز جریان را محاسبه نمود و بر اساس این موارد و همچنین قابلیتهای محاسباتی (سرعت پردازش cpu و حافظه ram و) مدل مناسب را اختیار نمود. خانواده روشهای مدلسازی اغتشاشی URANS خود به زیر مجموعه های زیادی مانند k-ε و k-ω و … تقسیم بندی‏می‏شوند. برای روش‏های ذکر شده نیز مدل‏های مختلفی ارائه شده است.

در این دوره ابتدا به معرفی پدیده اغتشاشات و اهمیت آن در پدیده های سیالاتی پرداخته خواهد شد. سپس برای انواع جریان های داخلی و جریان‏های خارجی روتین شبیه‏سازی اغتشاشی صورت خواهد گرفت. این شبیه سازی‏ها شامل موارد کلاسیکی چون جریان بر روی صفحه تخت، جریان بر روی استوانه، جریان بر روی کره، جریان درون لوله، جریان درون لوله دارای تغییر ناگهانی در سطح مقطع (پله) می‏شود. سپس تئوری‏های موجود برای مدل‏سازی اغتشاشات به صورت خلاصه ارائه می‏شود تا دانشجو بتواند درک بهتری از چرایی استفاده از یک مدل خاص داشته باشد. این بخش ها برای تبیین تفاوت در مدل‏ها بسیار مفید می‏باشند. نهایتا اغتشاشات برای پدیده هایی همچون جریان‏های تراکم‏پذیر و انتقال حرارت نیز با استفاده از شبیه سازی مسئله در فلوئنت مورد بحث قرار می‏گیرند. بیشتر شبیه سازی‏ها در این دوره با استفاده از مدل‏های URANS می‏باشند، گرچه در انتهای دوره در مورد روش‏های LES در دو بعد و سه بعد نیز مطالبی ارائه خواهد شد.

 

ترتیب جلسات به صورت زیر است.

ردیف موضوع موارد مطرح شده در جلسه
جلسه ۱ معرفی مفهوم اغتشاشات ۱-  حل جریان درون لوله به صورت مغشوش در فلوئنت

۲-                      ارائه ای از چند جریان مغشوش

۳-                   مقایسه روش‏های مختلف در شبیه‏سازی یک پدیده

۴-                       معرفی مدلهای موجود در فلوئنت در شبیه‏سازی پدیده ها

  ۵۱ دقیقه
جلسه ۲ جریان آرام و مغشوش درون لوله ۱-  حل دو بعدی تقارن محوری جریان داخلی درون لوله

۲-                      مفهوم لایه مرزی در لوله ها (مشاهده آن)

۳-                   مفهوم جریان توسعه یافته (استخراج داده ها و نمایش نمودار سرعت جریان)

۴-                       حل جریان مغشوش درون لوله (دو بعدی تقارن محوری)

۵-                     مشاهده اثر اغتشاشات بر لایه مرزی و پروفایل سرعت

  ۵۶ دقیقه
جلسه ۳ جریان آرام خارجی روی استوانه ۱-  شبکه بندی دو بعدی

۲-                      شبکه بندی منظم

۳-                   حل دو بعدی

۴-                       بردارهای سرعت

۵-                     محاسبه ضریب درگ و ضریب فشار

  ۶۰ دقیقه
جلسه ۴ جریان مغشوش خارجی روی استوانه ۱-  جریان با رینولدز بالا

۲-                      مشاهده ویک های ایجاد شده در پشت جسم

۳-                   مفهوم نقطه جدایش جریان

۴-                       ساخت انیمیشن اثر اغتشاشات بر روی ویک ها

  ۴۰ دقیقه
جلسه ۵ جریان مغشوش خارجی بر روی کره ۱-  شبکه بندی سه بعدی با استفاده از multizone

۲-                      شبکه بندی ساختار یافته

۳-                   شبیه سازی اغتشاشات بر روی کره

۴-                       مشاهده گردابه ها در پشت جسم

۵-                     ضریب اصطکاک

  ۸۰ دقیقه
جلسه ۶ جریان خارجی بر روی صفحه تخت ۱-  شبیه سازی دو بعدی

۲-                      تعیین مرز غیر فیزیکی

۳-                   مشاهده پروفیل سرعت

۴-                       پیک پروفیل سرعت

۵-                     مشاهده رشد لایه مرزی

۶-                     کانتور ورتیسیته

  ۵۶ دقیقه
جلسه ۷ جریان  درون مجرا با تغییر ناگهانی سطح مقطع ۱-  شبیه سازی دو بعدی تقارن محوری

۲-                      وجود گردابه ها در رینودلزهای پایین

۳-                   مقایسه با نتایج یک مقاله آزمایشگاهی

۴-                       اعتبارسنجی مقاله

۵-                     استخراج داده ها از طریق digitiezer

۶-                     نمودار سرعت محوری

  ۵۱ دقیقه
جلسه ۸ جریان مغشوش خروجی از جت ۱-  شبکه بندی دو بعدی تقارن محوری

۲-                      مرز غیر فیزیکی دور دست

۳-                   استخراج داده ها و انتقال به Matlab

۴-                       محاسبه پروفیل سرعت ½ در Matlab

۵-                     شبیه سازی آرام و مغشوش

۶-                     نمایش آیینه ای در فلوئنت

  ۵۷ دقیقه
جلسه ۹ تئوری های موجود برای اغتشاشات ۱-  آزمایش رینولدز

۲-                      معرفی عوامل ایجاد کننده اغتشاشات

۳-                   نظریه کولموگروف و عدد نادسن

۴-                       متوسط گیری مکانی و زمانی

۵-                     تنش رینولدز و معادله دیفرانسیل اغتشاشات

  ۵۸ دقیقه
چلسه ۱۰ معرفی تئوری‏های حاکم بر روشهای مبتنی بر ویسکوزیته اغتشاشی ۱-  فرض بوزینسک و مفهوم ویسکوزیته اغتشاشی

۲-                      مفهوم طول اختلاط و تابع دیواره

۳-                   مدلهای صفر معادله ای و یک معادله ای

۴-                       مفهایم زیرلایه ویسکوز، لایه بافر و منطقه کاملا مغشوش

۵-                     ناحیه log-law (ناحیه با قانون لگاریتمی)

۶-                     تفاوت ها و نقاط قوت مدلهای مختلف k-ε

۷-                     مقایسه مدلهای Standard ، RNG و Realizable

  ۴۷ دقیقه
جلسه ۱۱ اثرات دیوار بر اغتشاشات

توابع دیواره

۱-  مفهوم y+  و u+

۲-                      اثرات مرز دیوار بر روی پروفیل سرعت

۳-                   عملکرد مدلهای مختلف در y+های متفاوت

۴-                       مفهوم جریان low_RE یا High_RE در توابع دیواره

۵-                     پیشنهادهای کاربردی برای انتخاب شبکه و مدل مناسب اغتشاشی

۶-                     اثر اغتشاشات داخل شده از مرز ورودی و نحوه تخمین مقادیر آنها

  ۵۶ دقیقه
جلسه ۱۲ آموزش اصلاح شبکه برای رسیدن به y+  مناسب ۱-  شبیه‏سازی دو بعدی جریان بر روی بیضی‏گون

۲-                      مقایسه توابع دیواره مختلف در فلوئنت

۳-                   معرفی تابع دیواره EWT

۴-                       راستی آزمایی نتایج با مقایسه با نتایج آزمایشگاهی

۵-                     رسم نمودار y+ بر روی دیواره

۶-                     اصلاح شبکه و رسم مجدد y+

  ۶۳ دقیق
جلسه ۱۳ اغتشاشات در جریان‏های تراکم پذیر در مدلهای مبتنی بر چگالی ۱-  شبیه‏سازی جریان تراکم پذیر

۲-                      جریان در نازل همگرا واگرا

۳-                   آموزش حل یک بعدی در فلوئنت از طریق inviscid flow

۴-                       کاربرد مدل اغتشاشی spallart_allmaras

۵-                     مشاهده شوک

۶-                     استفاده از adaption  برای حل بهتر در اطراف shock

  ۵۲ دقیقه
جلسه ۱۴ اثر اغتشاشات بر انتقال حرارت و انتخاب تابع دیواره مناسب ۱-  انتقال حرارت از دیوار در جریان روی صفحه تخت

۲-                      اعمال شار حرارتی ثابت به دیواره

۳-                   اثر تابع دیواره بر انتقال حرارت

۴-                       تابع دیواره مناسب برای انتقال حرارت

۵-                     مقایسه نتایج با شبکه بندی ریز و y+≈۱ و شبکه بندی درشت y+≈۵۰

۶-                     رسم y+، u+ و T+ در اکسل

۷-                     ایجاد جریان کاملا توسعه یافته از طریق انتقال داده ها از مرز خروجی به ورودی

۸-                       روش استفاده از پروفیلها

  ۶۵ دقیقه

جلسات را از طریق لینک زیر می‏توانید تهیه نمایید.

خرید

لطفا نظرات خود را از ما دریغ ننمایید.

یک پاسخ بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *