توضیحات

پروژه شبیه سازی جریان دوفازی در رادیاتور(radiator) در نرم افزار انسیس فلوئنت(ANSYS Fluent)

 

سیستم های گرمایشی:

سیستم های گرمایشی فراهم نمودن محیط مناسب برای زندگی در فصول مختلف سال یک مساله حیاتی است. در ماه های سرد سال برای مناسب نگه داشتن شرایط فضای داخل ساختمان لازم است که تلفات حرارتی ساختمان به نحو مناسبی جبران شود. از این رو استفاده از سیستم های گرمایشی ضرورت می یابد. به منظور بررسی سیستم های گرمایشی در ساختمان های مسکونی، آگاهی از چگونگی عملیات سیستم های مختلف گرمایش در ساختمان ها حائز اهمیت می باشد. اهمیت این امر در هنگام انتخاب سیستم های گرمایشی که مستقیماً بر روی مصرف انرژی ساختمان تأثیر می گذارند، بیشتر نمایان می شود. نوع ساختمان، ظرفیت و خصوصیات حرارتی، رفتار متقابل میان ساختمان و بارهای داخلی و خارجی، عملکرد سیستم گرمایش و راندمان حرارتی سیستم از جمله پارامترهایی هستند که در انتخاب سیستم گرمایشی که بتواند نیازهای حرارتی ساختمان را تأمین کند، تأثیر می گذارد. با این مقدمه در ادامه به معرفی سیستم های متداول مورد استفاده در گرمایش ساختمان ها می پردازیم.

سیستم های گرمایشی در انواع متداول زیر در دسترس هستند:

١. سیستم های گرمایش مرکزی.

۲. سیستم های گرمایش موضعی.

سیستم های گرمایش مرکزی:

در سیستم های گرمایش مرکزی، گرمای مورد نیاز تمام قسمت ها در یک قسمت از ساختمان تولید می شود و به کمک وسایل توزیع از قبیل رادیاتور، فن کویل، کانال و… به بخش های مورد نیاز فرستاده می شود. اساس کار سیستم های گرمایش مرکزی بر این است که حرارت از یک منبع انرژی به قسمت های مختلف ساختمان انتقال می یابد. برای انتقال حرارت وجود سیال واسطه ای چون آب، بخار و یا هوا لازم است که ناقل حرارت بین منبع انرژی و دستگاه های گرم کننده باشد. سیستم های گرمایش مرکزی همگی دارای یک دیگ آب گرم یا دیگ بخار می باشند و تفاوت میان سیستم های مختلف گرمایش مرکزی در پایانه های آن ها می باشد که می تواند رادیاتور آلومینیومی یا فولادی، فن کویل، هواساز یا فن کویل های کانالی باشد.

سیستم های گرمایش موضعی:

در سیستم های گرمایشی موضعی، گرمای موردنیاز هر محل در خود آن محل تولید و مصرف می شود. سیستم های گرمایش موضعی شامل انواع اتاقی(بخاری های گازسوز، نفت سوز و الکتریکی) و واحدی (پکیج گرمایش آب گرم و پکیج گرمایش هوای گرم) می شوند.بخاری ها فقط هوای محلی را که در آن قرار دارند را گرم می کنند و نحوه عمل به این ترتیب است که در احتراق سوخت انرژی حرارتی تولید می شود و در اثر جابجایی فضا را گرم می کند. بخاری های گازی از متداول ترین سیستم های گرمایش موضعی به شمار می روند. بخاری های الکتریکی که از تعدادی المنت حرارتی برای تولید گرما از جریان الکتریسیته استفاده می کنند، انرژی را از طریق تابش منتقل می کنند.

در سیستم گرمایش با پکیج حرارتی در اتاق های مختلف از رادیاتور استفاده می شود، اما برخلاف سیستم حرارت مرکزی، آب گرم مورد نیاز به جای این که در موتورخانه و توسط سیستم مرکزی ساختمان تأمین شود، در هر واحد به طور مستقل تهیه و توزیع خواهد شد. برای این کار از وسیله ای به نام پکیج حرارتی (پکیج شوفاژ) استفاده می کنند که با تجهیزاتی مشابه یک موتورخانه یعنی مشعل، منبع انبساط، پمپ سیرکولاسیون، ترموستات و غیره می تواند علاوه بر تأمین آب گرم مورد نیاز سیستم گرمایش، آب گرم مصرفی ساختمان را در زمستان و تابستان تأمین کند.

پکیج های چگالشی:

طی سالیان اخیر استفاده از پکیج های خانگی منجر به کاهش هدررفتن آب گرم مصرفی در منازل شده است. از طرفی بازده پکیج های معمولی بیشتر از سیستم های حرارت مرکزی می باشد. میل به بازده بالاتر سبب بکارگیری نسل جدیدی از پکیج ها با عنوان پکیج های چگالشی شده است. پکیج های چگالشی علاوه بر کاهش مصرف انرژی و جلوگیری از هدررفتن آب، منجر به کاهش تولید انواع آلاینده های محیط زیست بخصوص کاهش چشمگیر آلاینده NOx می شوند.

رادیاتور:

رادیاتورها یکی از وسایل پخش کننده گرما می باشند که از آنها برای جبران تلفات گرمایی ساختمان و گرم نگه داشتن محل مورد نظر استفاده می شود. در رادیاتور سیال گرم جریان داشته و گرمای خود را از طریق سطح تبادل کننده گرما از طریق تابش و جابجایی به هوای اتاق منتقل می کند. رادیاتورهای مورد استفاده در سیستم گرمایش خانگی از لحاظ ساختمان و جنس به انواع مختلفی دسته بندی می شوند.

رادیاتور پره ای:

این رادیاتورها از چند پره تشکیل شده اند که این پره ها بسته به نوع رادیاتور به روش اتصال پرسی، مغزی و یا بوش جا زدنی به یکدیگر متصل می شوند. اکثر رادیاتورهای پره ای از آلیاژهای آلومینیوم ساخته می شوند، در این نوع رادیاتور از ترکیب تعداد پره ها می توان گرمای موردنظر متناسب با فضای اتاق را بدست آورد. به ترکیب چند پره رادیاتور یک بلوک می گویند.

برخی از ویژگی های مهم رادیاتورهای پره ای آلومینیومی که می توان به آن اشاره نمود به شرح ذیل می باشد:

-امکان کاهش یا افزایش پره و درنتیجه امکان افزایش بار گرمایی بلوک رادیاتور.

-امکان تعویض پره های آسیب دیده

-مقاومت بیشتر نسبت به فولاد(رادیاتور پنلی) در مقابل زنگ زدگی.

از معایب مهم رادیاتورهای آلومینیومی پره ای همراه با سیستم پکیج می توان به این مورد اشاره نمود که به علت وجود مس در سیستم ساختاری پکیج از جمله مبدل گرمایی آن رادیاتور تا چندین سال تولید گاز می کند که این امر باعث تولید هوا در سیستم و افت فشار پکیج می شود.

شکل انواع رادیاتور پره ای.

 

رادیاتور پنلی:

رادیاتورهای پنلی به دلیل استفاده از ورق های فولادی در گروه رادیاتورهای فولادی قرار می گیرند. رادیاتورهای پنلی مانند رادیاتورهای پره ای بر روی دیوار نصب می شوند. آب در سطح جلو و عقب رادیاتور جریان می یابد.وجود فاصله بین دو سطح جلو و عقب با یک یا دو ردیف دو سطح شده و راندمان گرمایی آن افزایش می یابد. از مزیت های این نوع رادیاتور می توان به موارد زیر اشاره نمود:

1-سطح تابش یکنواخت

2-امکان نصب از هر دو طرف رادیاتور

3-زیبایی و تناسب با اغلب طرح های دکوراتیو.

از معایب مهم این رادیاتور می توان به عدم امکان افزایش یا کاهش ظرفیت گرمایی رادیاتور اشاره نمود. همچنین در صورت سوراخ شدن باید کل پنل تعویض گردد.

شکل نمای برش خورده رادیاتور پنلی.

 

رادیاتور قرنیزی:

سیستم گرمایش قرنیزی جایگزین قرنیزهای متداول به کاررفته در ساختمان ها اعم از مسکونی، اداری و حتی تجاری شده است و با ظاهر و ابعادی در حد قرنیز کاربری گرمایش را نیز به قرنیز اضافه می نماید. عدم جایگیری و اشغال فضای محیط و اتاق و تأثیر نداشتن آن در چیدمان و دکوراسیون محیط داخلی و عدم نیاز به قرنیز کاری محیط داخلی و اتاق ها از مزایای آن است.

شکل ساختمان رادیاتور قرنیزی.

در رادیاتور قرنیزی پوسته ای آلومینیومی شکل شبیه به قرنیز تولید می شود و باتوجه به قابلیت شکل پذیری، پوشش رنگ و مقاومت و سختی آلومینیوم این امکان را می دهد که یک رادیاتور طولی پشت این پوسته قرار گیرد که جنس لوله ها هم مانند پوسته از آلومینیوم می باشد.

 

رادیاتور لوله ای:

این رادیاتور ساده ترین نوع رادیاتور است که از لوله گالوانیزه یا سیاه به اندازه های مختلف ساخته می شود و ممکن است به صورت لوله ای، مارپیچ و یا بطور موازی(افقی یا عمودی) که از دو طرف به لولة قطور متصل شده باشند، تشکیل شوند. در این رادیاتور آب گرم از یک طرف وارد و پس از تبادل گرما از طرف دیگر خارج می شود. از این نوع رادیاتورها برای گرم کردن بعضی نقاط کم اهمیت مانند انباری ها و گلخانه ها استفاده می شود. برای اینکه سطوح گرمایی این رادیاتورها افزایش یابد، اطراف لوله ها را به تیغه یا پره هایی متصل می کنند.

شکل انواع رادیاتور لوله ای.

 

 

دینامیک سیالات محاسباتی:

استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) برای پیش بینی جریان های داخلی و خارجی در دهه گذشته به شکل چشمگیری افزایش یافته است. CFD را میتوان بصورت استفاده از کامپیوتر برای دریافت اطلاعات درباره جریان سیال در موقعیت های مختلف تعریف کرد. CFD شامل فناوری های گوناگونی مانند ریاضی، کامپیوتر، مهندسی و فیزیک است که مجموع آنها برای تهیه ابزار شبیه سازی جریان های سیال بکار می روند. این چنین شبیه سازی هایی در شاخه های بسیاری از علوم و مهندسی بکار می روند ولی در صورتی مفید خواهند بود که نتایج آنها حاصل یک شبیه سازی قابل اعتماد سیال در حال حرکت باشد. کیفیت این شبیه سازی بستگی به مسئله ای که شبیه سازی می شود. نرم افزار مورد استفاده و مهارت کاربری که از این نرم افزار استفاده می کند، دارد. در دهه ۱۹۸۰ حل مسائل جریان سیال با استفاده از ابزار CFD تنها در فعالیت های آکادمیک توسط محققین و دانشجویان دوره دکتری کاربر داشت. تا سال های اخیر نیز کاربر CFD تنها برای یک متخصص احتمالا آموزش دیده تا مرحله دکتری و در حال کار در یک دپارتمان تحقیق و توسعه محدود می شد. اما هم اکنون این فناوری هم در صنعت و هم در محیط های آکادمیک بیشتر در دسترس بوده و برای تهیه اطلاعات از بسیاری از جنبه های جریان سیال مورد استفاده قرار می گیرد. این کاربری گسترده و در حال رشد، سبب شده که نرم افزارهای CFD تجاری فراوانی تولید شوند و بنابراین دیگر برای کاربرها نوشتن برنامه های شخصی برای بدست آودن نتایج جریان ضروری نیست. در حالیکه نرم افزارها بطور گسترده در دسترس همگان هستند. ابزار یادگیری CFD و چگونگی انجام شبیه سازی با آنها در دوره هایی در دانشگاهها یا دوره هایی که توسط تولید کنندگان نرم افزارها برگزار می شود. محدود می شود.

همچنین متن های تکنیکی وجود دارند که جزئیات ریاضی فرایندهای شبیه سازی را شرح می دهند. اما اغلب این متون بیش از اندازه برای کاربرهای نرم افزار فنی هستند. در نتیجه با افزایش گوناگونی کاربرها، نیاز به یک متن کلی وجود دارد که راهنمای مقدماتی برای تحلیل مسائل جریان سیال با استفاده از CFD و شرح مراحل گوناگون یک تحلیل باشد که باید توسط کاربر در جهت رسیدن به نتایج منطقی پرداخته شود. گسترش زیاد شرکت های مهندسی همزمان با در دسترس بودن الگوریتمهای حل، استفاده از کدهای CFD تجاری توسط مهندسین فارغ التحصیل را در پژوهش، توسعه و طراحی در صنعت ممکن ساخته است.

دینامیک سیالات محاسباتی با CFD آنالیز سیستم هایی شامل جریان سیال انتقال حرارت و پدیده های شامل آنها مانند واکنش های شیمیایی بوسیله شبیه سازی کامپیوتری است. در بسیاری از شاخه های مهندسی، کارشناسان پیش از آغاز یک پروژه باید در کی کلی از جریان سیالات داشته باشند. به عنوان مثال در صنعت هواپیمایی در آغار هر پروژه باید آیرودینامیک هواپیما تعیین شود. یعنی نیروی لیفت، درگ و نیروهای جانبی یک طرح باید قبل از ساخت اولین نمونه تخمین زده شوند. این تخمین ها این اطمینان را بوجود می آورند که لیفت موجود، برای حمل وزن اعمال شده بر هواپیما کافی خواهد بود و همچنین نیروی مورد نیاز موتورها برای حرکت هواپیما با در نظر گرفتن موارد اقتصادی سوخت هواپیما می تواند پیش بینی شود.

یک راه برای بدست آوردن این اطلاعات آیرودینامیکی، ساخت مدل های طراحی شده و آزمایش آنها در موقعیت های مختلف در تونل باد است. چنین تست هایی ممکن است نیازمند صرف زمان و هزینه زیادی باشد. اما از آنجاییکه معادلاتی که بر حرکت سیال حاکم هستند، شناخته شده اند، تخمین های عددی می توانند برای حل این معادلات بکار روند و با ورود نرم افزارها و سخت افزارهای قدرتمند کامپیوتری بعضی از تخمین های آیرودینامیکی جایگزین آزمایشات پر هزینه شوند. این بدین معنی نیست که تونل های باد و بطور کلی آزمایشات زائد هستند. در واقع ترکیب حل عددی و آزمایشات تجربی می تواند سبب افزایش دقت پیش بینی، کاهش هزینه ها و زمان گردد. استفاده از کامپیوتر در صنایع هوایی سابقه طولانی دارد.

در حالیکه ترکیب پژوهش های آزمایشگاهی و محاسباتی برای تعیین آیرودینامیک هواپیماها مورد استفاده قرار می گرفتند، استفاده از کامپیوترها برای پیش بینی جریان سیال در سایر زمینه های صنعتی کمتر پیشرفت کرده بود. اما اخیرا صنایع دیگر نیز تحقیقات صرفا آزمایشگاهی را به مخلوطی از تحقیقات آزمایشگاهی و عددی انتقال داده اند. اگر به گوناگونی بخش های صنعتی مانند صنایع هوا فضا، دفاعی، نیرو، خودرو، الکتریکی و یا عمران نگاه کنیم، مثالهای زیادی از زمینه هایی که CFD در آنها بکار می رود، وجود دارند. این تکنیک بسیار قدرتمند بوده و در زمینه های صنعتی و غیر صنعتی زیادی کاربرد دارد.

نمونه ای از این زمینه ها عبارتند از:

صنایع هوایی: همانطور که گفته شد، مهندسین اطلاعاتی برای پیش بینی عملکرد جسم – های پرنده لازم دارند. CFD در تعامل با تست های تونل باد برای تعیین عملکرد ترکیب۔ های مختلف بکار می رود.

جریان روی موشک ها: در این زمینه نیز اطلاعاتی در مورد نیروی لیفت، درگ و اطلاعات نیروهای جانبی نیاز است که CFD می تواند پاسخ آنها را ارائه دهد.

جریان های داخلی راکتورهای هسته ای: چنین مسائلی شامل شبیه سازی شرایط بحرانی راکتورها می شود که مهندسین در انجام آزمایشات واقعی به خاطر دلایل امنیتی با مشکل بزرگی مواجه هستند. بنابراین CFD تنها راه برای بررسی چنین جریان هایی است.

جریان داخل کوره ها: درک تاثیر متقابل و پیچیده بین جریان سیال و و واکنش شیمیایی در کوره ها طیف دیگری از مسائل قابل حل به کمک CFD است. این درک می تواند در تولید طرح های موثرتر برای مشعل ها در بویلرها، کوره ها و سایر وسایل گرمایش کمک کند.

جریان هوا داخل موتورهای احتراق داخلی: وقتی هوا برای سوزاندن سوخت داخل یک موتور احتراق داخلی مانند یک موتور توربین گازی، موتور بنزینی یا موتور دیزلی استفاده می شود، هوا باید با کمترین مقدار انرژی داخل کوره فرستاده شود و جریان هوا باید قادر به ایجاد یک احتراق خوب در کوره باشد. بنابراین مهندسین نیازمند شناخت لازم از میزان افت فشار در سراسر سیستم و سرعت انتشار در کوره احتراق هستند که CFD در این زمینه آنها را یاری می رساند.

جریان هوای سرد کننده داخل تجهیزات الکتریین وسایل الکتریکی، مانند مدارهای حاوی جریان الکتریسته، سبب تولید حرارت می شوند. عدم دفع این حرارت می تواند سبب آسیب وسایل الکتریکی شود. تحلیل جریان سیال و انتقال حرارت در داخل این وسایل می تواند به طراحان ایده استفاده از فن های مختلف را بدهد.

پراکندگی آلاینده ها در رودخانه، اقیانوس ها و هوا: آلاینده های مختلفی به رودخانه، اقیانوس ها و هوا تخلیه می شوند، CFD می تواند برای پیش بینی مسیر حرکت آلاینده و غلظت آنها در جاهای مختلف مورد استفاده قرار گیرند.

هیدرودینامیک کشتی ها: برای برآورد نیروهای وارد بر کشتی از طرف آب و هوا و برای تخمین نیروی مورد نیاز برای به حرکت در آوردن کشتی و طراحی بدنه کشتی برای حفظ تعادل هنگام حرکت در آب و مواقع طوفانی از شبیه سازی کامپیوتری استفاده می شود.

نیروگاه ها: فرآیند تولید نیرو در نیروگاه ها در بخش ها مختلف نیز از دیگر کاربردهای CFD است.

توربوماشین ها: شبیه سازی جریان سیال درون هندسه های چرخان نیز کاربرد دیگری از CFD است. فرآیندهای شیمیایی: شبیه سازی اختلاط، جداسازی و ذوب پلیمرها با استفاده از کامپیوتر نیز سبب کاهش هزینه و خطرات احتمالی می گردد.

محیط داخلی و خارجی ساختمان ها: استفاده از CFD برای طراحی سیستم گرمایش و تهویه ساختمان ها نیز بسیار متدوال است.

مهندسی زیردریایی: پیش بینی نیروهای وارده بر سازه های نزدیک ساحل در شرایط مختلف جوی می تواند با استفاده از کامپیوتر ممکن شود.

جریان داخل کانال ها: بررسی شبیه سازی عددی جریان و انتقال حرارت سیالات با جریان آرام و درهم داخل کانال ها با انواع شروط مرزی از دیگر کاربرد های CFD می باشد.

مهندس پزشکی: برای شبیه سازی جریان خون و هوا در بدن انسان نیز CFD کاربر بسیار گسترده ای دارد. همانطور که از لیست ارائه شده مشخص است، کاربردهای CFD بسیار متنوع است. علاوه بر هزینه کم حل عددی مسائل به کمک CFD در مقایسه با دستگاه های آزمایشگاهی با کیفیت، تکنیک CFD مزیت های دیگری نیز بر فعالیت های آزمایشگاهی برای مطالعه سیستم های سیالاتی دارد که می تواند در موارد زیر خلاصه شود:

-کاهش هزینه زمانی

-توانایی مطالعه سیستم هایی که کنترل آزمایشگاهی آنها بسیار سخت یا غیر ممکن است مانند سیستم های بسیار بزرگ

-توانایی مطالعه سیستم های تحت شرایط مخاطره آمیز

-بدست آوردن نتایج با جزئیات زیاد

یک کد CFD چگونه کار می کند؟

کدهای CFD بر پایه الگوریتم های عددی تهیه میشوند که می توانند برای حل مسائل جریان های سیال بکار گرفته شوند. همه کدهای CFD شامل سه مرحله اصلی می باشند:

١-پیش پردازنده (Pre-processor)

2-حلگر(Solver).

3- پس پردازنده ( Post-processor ).

پیش پردازنده :

پیش پردازش شامل ورود یک مسئله جریان به یک برنامه CFD و آماده سازی آن در یک شکل مناسب برای استفاده در یک حلگر است. فعالیت های کاربرد در مرحله پیش پردازش شامل موارد زیر می باشد:

-تعیین هندسه ناحیه مورد بررسی: حوزه حل

-تولید مش: تقسیم بندی دامنه محاسباتی به تعدادی نواحی کوچکتر

-انتخاب پدیده فیزیکی و شیمیایی که نیاز به مدل کردن است.

-تعیین خواص سیال

-مشخص کردن شرایط مرزی لازم در سلول هایی که در مرز حوزه حل قرار دارند.

-اعمال پارامترهای کنترل حل عددی.

معمولاً سخت ترین کار در مرحله پیش پردازش، تولید مش است اما این کار با استفاده از نرم افزارهایی که به طور ویژه برای این کار طراحی شده اند به میزان زیادی ساده شده است. چنین نرم افزارهایی معمولا در دسترس هستند و می توانند با سیستم های طراحی کامپیوتری تعامل داشته باشند. حل یک مسئله جریان (سرعت، فشار، دما و غیره) در گره های داخل هر سلول تعریف می شود. دقت یک حل CFD با تعداد سلول ها رابطه دارد. در حالت کلی تعداد سلول های بیشتر باعث افزایش دقت جوابها می شود. از طرف دیگر بالا رفتن تعداد مش سبب افزایش میزان حل می گردد. بدین منظور مش هایی که اغلب مورد استفاده قرار می گیرند بصورت غیر یکنواخت هستند. یعنی مش در مناطقی که تغییرات ناگهانی زیادی از نقطه ای به نقطه دیگر اتفاق می افتد ريزتر است و در مناطقی که تغییرات کم است از المان های درشت تر استفاده می شود. در این راستا تلاش هایی در جهت توسعه کدهای CFD با توانایی بهینه کردن مش ها برای مسائل گوناگون انجام می پذیرد. این برنامه ها به طور خودکار از مش های ریزتر در نواحی با گرادیان زیاد استفاده می کنند.

در حال حاضر این مسئله تا حد زیادی بستگی به مهارت کاربر دارد که مصالحه ای بین دقت مورد نیاز و هزینه محاسباتی برقرار کند. بیش از ۵۰ درصد زمان مصرف شده روی پروژه هایCFD ، صرف تعریف هندسه و تولید مش می شود.

حلگر:

هر بسته نرم افزاری CFD دارای یک برنامه است که معادلات عددی را برای مسائل تحت بررسی حل می کند. این برنامه باید همه اطلاعات مناسب را که بوسیله پیش پردازنده تعریف شده است. دریافت کند. برای انتقال اطلاعات بین برنامه ها، پیش پردازنده فایل های اطلاعاتی را تولید می کند که برنامه حلگر قادر است آنها را بخواند. این فایل ها همچنین می توانند به کامپیوترهای دیگر نیز انتقال داده شوند. این امر بسیار مفید است زیرا برنامه حلگر می تواند در یک ماشین بخصوص طراحی شده برای کارهای عددی با سرعت بالا مانند ابر کامپیوترها اجرا شود. این جدا کردن کارها بین ماشین ها، سخت افزار را قادر می کند در یک رفتار مؤثرتر مورد استفاده قرار گیرد. با اینکه برنامه حلگر هسته سیستم نرم افزاری CFD است، کاربر عملیات خیلی کمی از آن را می بیند. روشهای عددی که پایه ی حلگر را شکل می دهند، شامل مراحل زیر می باشند:

-تقریب متغیرهای ناشناخته جریان بوسیله توابع ساده

-جداسازی متغیرها بوسیله جانشینی تقریب ها در معادلات جریان سیال روش های ریاضی

-حل معادلات جبری.

بطور کلی سه روش مختلف برای حل عدد مسائل سیالاتی وجود دارد:

-اختلاف محدود (Finite difference)

-المان محدود (Finite element)

-روش های طیفی (Spectral methods).

روش حجم محدود (Finite volume method) به عنوان یک حالت خاص از روش اختلاف محدود توسعه یافته است. اکثر کدهای CFD تجاری بر پایه این روش نوشته شده اند. الگوریتم عددی شامل مراحل زیر می باشد:

-انتگرال گیری از معادلات حاکم بر جریان سیال روی تمامی حجم های کنترل دامنه حل.

– جداسازی معادلات شامل جایگزینی تقریب هایی از نوع اختلاف محدوده برای ترم های مشتق موجود در معادلات معرفی کننده جریان. این فرآیند معادلات حاکم را به معادلات جبری تبدیل می کند.

-حل معادلات جبری با یک روش تکراری.

مرحله اول که انتگرال گیری روی حجم کنترل است، روش حجم محدود را از سایر روش های CFD مجزا می­سازد. عبارات بدست آمده پس از انتگرال گیری بقای خواص مختلف را برای هر سلول با اندازه محدود نشان می دهند. این رابطه مشخص بين الگوریتم عددی و قاعده بقای فیزیکی یکی از جذابیت های اصلی روش حجم محدود است و درک آنرا برای مهندسین از روش المان محدود و روش طیفی ساده تر می سازد. بقای متغیر و که بطور مثال می تواند یکی از مؤلفه های سرعت باشد، برای کل جریان از میان یک حجم کنترل محدود می تواند بعنوان بین فرآیندهای مختلف ورود و خروج و تولید یا اتلاف نشان داده شود. کدهای CFD شامل تکنیک های جداسازی مناسب برای حل پدیده انتقال، جابجایی و نفوذ همانند ترم های منبع و نرخ تغییرات نسبت به زمان هستند.پدیده های فیزیکی عموما پیچیده و غیر خطی بوده و برای حل آنها روش های تکراری نیاز است. معمول ترین روش های حل معادلات شامل روش TDMA برای حل خط به خط معادلات جبری و الگوریتم Simple برای اطمینان از ارتباط است بین سرعت و فشار هستند.

پس پردازنده:

برنامه پس پردازش رای نشان داده نتایج حاصل از حل بکار می رود. عکس های معمول بدست آمده با پس پردازش می توانند شامل یک بخش مش همراه با نمودارهای برداری میدان سرعت یا نمودارهای کانتوری متغیرهای اسکالر مانند فشار باشند. همانند پس پردازش، اخیرا در این بخش نیز کارهای توسعه ای زیادی انجام شده است. کدهای تجاری CFD به ابزاری مجهز شده اند که توانایی گرافیکی آنها را برای نشان داده نتایج افزایش یافته است. این ابزار شامل:

-نمایش هندسه و مش حوزه حل

-نمودارهای برداری

-نمودارهای کانتوری خطی و سایه روشن

– نمودارهای سطحی دو بعدی و سه بعدی

-ردیابی ذرات

-تغییر نمای دید (انتقال، چرخش، بزرگنمایی و غیره)

– تصاویر رنگی

-انیمیشن.

 

شرح پروژه:

 

در این پروژه شبیه سازی جریان دوفازی در رادیاتور(radiator) در نرم افزار انسیس فلوئنت(ANSYS Fluent) انجام شده است.

 

هندسه مسئله:

هندسه مسئله در نرم افزار انسیس دیزاین مدلر( Ansys Design Modeler) ترسیم شده است.

مش بندی:

شبکه و مش بندی در نرم افزار انسیس مشینگ ANSYS Meshing تولید شده است.

 

شبیه سازی:

شبیه سازی در نرم افزار انسیس فلوئنت(Fluent ANSYS) انجام شده است.

حلگر:

به منظور حل مسئله از حلگر فشار مبنا (Pressure based) در شرایط پایا و گرانشی استفاده شده است.

 

مدل لزجت:

مدل آشفتگی تنش رینولدز(Reynolds stress) استفاده شده است.

 

وابستگی سرعت-فشار:

برای ارتباط فشار-سرعت از الگوریتم سیمپل(SIMPLE) استفاده شده است.

نمونه نتایج شبیه سازی: