توضیحات

پروژه شبیه سازی جریان عبوری از فن محوری پروانه ای در نرم افزار انسیس سی اف ایکسANSYS CFX

فن(fan):

فن وسیله ای مکانیکی است که وظیفه انتقال سیال از نقطه ای به نقطه دیگر و از یک فشار و سطح انرژی به فشار و سطح انرژی بالاتر به عهده دارد. فن ها در زمره توربوماشین ها با جریان تراکم ناپذیر آورده شده اند. علت این امر آن است که در مسیر فن، فشار هوا و در نتیجه چگالی آن تقریبا ثابت است و با یک تقریب مناسب می توان در محدوده کارکرد فن ها، آنها را تراکم ناپذیر فرض نمود. فن ها، کمپرسورها و دمنده ها به وسیله ی روشی که هوا را به جریان می اندازند و نحوه کارکرد فن ها بدین ترتیب است که در هنگام استارت، هوای موجود در آن تخلیه شده که این موجب کاهش فشار هوا در دهانه ورودی می گردد. با کم شدن فشار دهانه ورودی، هوا با فشار اتمسفر به داخل فن رانده شده و با سرعت نسبتا زیاد از پروانه ی فن خارج می شود. سپس در محفظه فن، سرعت هوا کاهش می یابد و به فشار تبدیل می شود. اندازه قطر پروانه فن و سرعت دورانی آن تعیین کننده مقدار فشار خروجی فن می باشند. فن ها از لحاظ کاربردی جهت مکیدن، دمیدن و یا گردش هوا مورد استفاده قرار می گیرند و در کنترل هوای ساختمان، سیستم های تهویه مطبوع، استخراج بخار و غیره نقش مهمی دارند.

به طور کلی، فن ها بر اساس مسیر حرکت سیال به سه دسته اصلی زیر تقسیم می شوند:

-جریان محوری

-جریان شعاعی یا سانتریفیوژ

-جریان مختلط.

دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) یک ابزار مهم و کاربردی در تجزیه و تحلیل فن ها می باشد. به کمک دینامیک سیالات محاسباتی، جریان پیچیده سیال درون پروانه فن به منظور رسیدن به خصوصیات میدان جریان، نظیر سرعت و فشار قابل بررسی است. شبیه سازی عددی جریان درون فن، تعداد آزمایش های تجربی را کاهش داده و دسترسی به مشخصه های میدان جریان را بسیار سریع تر می کند. طراحی به کمک رایانه امکان ایجاد مدل سه بعدی از هندسه پیچیده پروانه محوری را فراهم نموده است. بکارگیری مدل هندسی تولید شده با طراحی به کمک رایانه و شبیه سازی این مدل در محیط دینامیک سیالات محاسباتی امکان بررسی جریان درون هندسه پروانه محوری را فراهم ساخته است. پروانه فن به دلیل داشتن حرکت دورانی، نقش اساسی در بالا بردن انرژی سیال دارد. از آنجا که پروانه به طور کلی هندسه پیچیده ای دارد و علاوه بر آن دارای حرکت دورانی نیز می باشد، شبیه سازی عددی جریان درون آن امری دشوار است.

به طور کلی فن ها در ابعاد و اندازه های مختلف از صنایع رایانه ای گرفته تا صنایع نیروگاهی، مورد استفاده قرار می گیرند. فن ها براساس مسیر حرکت سیال به سه دسته اصلی جریان محوری، گریز از مرکز و جریان مختلط تقسیم می شوند. در حال حاضر با استفاده از روش های عددی و به کارگیری رایانه ها با صرف وقت، امکانات و هزینه ی بسیار کم، می توان جریان سیال در پروانه ی فن ها و سایر اجزای مرتبط با آن را مورد بررسی قرار داد. سپس با اطمینان از دقت حل، می توان به بررسی بیشتر جریان سیال درون فن پرداخت. جریان سیال درون پروانه محوری به دلیل سرعت دورانی بالای آن جریانی کاملا آشفته می باشد. آشفتگی یکی از خواص جریان بوده و به معنای به وجود آمدن ناپایداری در جریان می باشد.

فن های جریان محوری(axial fan):

در فن های جریان محوری، سیال موازی با محور دوران وارد پروانه شده و موازی با آن نیز خارج می شود. از این نوع فن ها برای تولید دبی های زیاد و فشارهای کم استفاده می شود. در فن های گریز از مرکز، امتداد ورود و خروج سیال در پروانه برهم عمود است. این فن ها معمولا برای ایجاد فشارهای زیاد و دبی های کم کاربرد دارند. در فن های جریان مختلط، امتداد ورود و خروج سیال در پروانه نسبت به یکدیگر مایل است و در دسته بندی فن ها بین دو نوع اول و دوم قرار می گیرد. این نوع فن ها برای ایجاد فشارها و دبی های متوسط به کار می روند. فن های جریان محوری قابلیت جابه جایی دبی های بالاتری را نسبت به فن های گریز از مرکز دارند، ولی فن های گریز از مرکز قادرند مقدار انرژی بیشتری به هوا بدهند و نسبت فشار هوای خروجی از این فن ها به هوای ورودی آنها در مقایسه با فن های جریان محوری بالاتر می باشد.

در فن جریان محوری جریان هوا موازی محور پروانه می باشد. پروانه دارای مقطع بال واره است و درون یک محفظه دوران می کند. این مدل از فن ها، از فن های کوچک موتورها تا فن های بزرگ به کار رفته در تونل های باد کاربرد دارند. فن جریان محوری، ارزان و سبک می باشد از این رو، در تهویه مطبوع و هواکش های صنعتی کاربرد زیادی دارد. انواع فن های جریان محوری عبارتند از پروانه ای، لوله محوری، پره محوری.

فن های پروانه ای(propeller fan):

فن های پروانه ای برای حجم زیاد هوا و فشار استاتیک کم مورد استفاده قرار می گیرند. این فن ها دارای دو یا تعداد بیشتری پره می باشند و معمول ترین آنها دارای چهار پره و شش پره هستند. پروانه در این نوع از فن ها از جنس فلز و یا ترکیبات پلاستیک بوده و معمولا داخل قابی قرار می گیرد که هوا را به داخل پره ها هدایت می کند. بیشتر قاب ها در قسمت ورودی به شکل مخروطی هستند تا هوا را به داخل فن هدایت کنند. قطر کوچک قاب به اندازه ای است که همه ی هوا را به سمت پره ها هدایت کند. کاربردهای معمول فن های پروانه ای شامل فن های سقفی، فنهای خانگی و فن های مورد استفاده برای جابه جایی هوا داخل یک محیط می باشند. فن جریان محوری پروانه ای دارای یک توپی(hub) است که چند پره روی آن قرار می گیرد. هرکدام از پره ها دارای سه لبه می باشند لبه حمله(leading edge)، لبه نوک(tip edge) و لبه فرار(trailing edge).