توضیحات

پروژه شبیه سازی جریان سیال درون فضای حلقوی شکل بین دو استوانه هم مرکز متحرک(چرخان) و ساکن در نرم افزار انسیس فلوئنت(Ansys Fluent)

Simulation of Air Flow Between Rotating and Stationary Concentric Cylinders in ANSYS FLUENT

جریان سیال بین دو استوانه هم مرکز:

تحلیل جریان سیال بین دو استوانه چرخنده از دیرباز مورد توجه بوده است. پارامترهای مختلفی در این فرآیند نقش دارند بگونه ای که با تغییر تنها یک پارامتر می توان شکل جریان متفاوتی را از سیستم دریافت کرد. از این پارامترها می توان به فاصله بین دو استوانه از هم، پوشش سطوح هر دو استوانه، سرعت چرخش استوانه ها نسبت به هم و غیره را نام برد. همچنین هم جهت یا مختلف الجهت بودن و یا ساکن بودن یکی از استوانه ها وضعیتی است که می تواند تغییری اساسی در شکلگیری جریان در سیال مورد بحث بوجود بیاورد. پاسخ سیستم به شکل گیری جریان در هریک از موارد ذکرشده، از مدت ها پیش به صورت تجربی و ریاضی توسط دانشمندان و محققان بسیاری بررسی گردیده است، ولی با پیشرفت تکنولوژی تحلیل این جریان توسط مدل سازی های عددی و بررسی آنها توسط نرم افزارهایی از قبیل فلوئنت و یا CFD بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. در این راستا جریان و انتقال حرارت در سیالات بین دو استوانه هم مرکز که یکی یا هردو دارای حرکت دورانی حول محور استوانه ها هستند، از بعد علمی و فنی دارای اهمیت بسیاری است. جریان هایی به این صورت، در بسیاری از سیستم های مکانیکی، مانند یاتاقان ها، موتورهای الکتریکی با تهویه محوری(جریان هوا بین روتور و استاتور )، مبدل های حرارتی دوار، مته های چاه های نفت و … کاربرد دارند.بررسی جریان سیال و انتقال حرارت در جریان بین دو استوانه دوار هم مرکز که به عنوان جریان تیلور-کوئت(Taylor-Couette) شناخته شده اند یک موضوع آکادمیک و صنعتی قدیمی(به طور خاص برای موتورهای الکتریکی خنک کننده) را تشکیل می دهند. بررسی جریان و انتقال حرارت در این جریان و تأثیر ساختارهای جریان بر انتقال حرارت از دیرباز مورد مطالعه قرار گرفته است. در حال حاضر کاربردهای صنعتی متعددی از عناصر دوار(دوران دیوار خارجی لوله های انتقال حرارت دورانی، خنک کننده طبقات پایینی توربین توربوجت.. )، به خصوص در موتورهای الکتریکی وجود دارد.

دینامیک سیالات محاسباتی (CFD):

دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) یکی از بزرگترین زمینه هایی است که مکانیک قدیم را به علوم رایانه و توانمندی های نوین محاسباتی آن در نیمه دوم قرن بیستم و در سدة جدید میلادی وصل می کند. دینامیک سیالات محاسباتی علم پیش بینی جریان سیال، انتقال حرارت، انتقال جرم، واکنش های شیمیایی و پدیده های وابسته به آن به وسیلة حل معادلات ریاضی که قوانین فیزیکی را بیان می کنند، با استفاده از یک فرآیند عددی است. این معادلات شامل پایستاری جرم، مومنتوم، انرژی، ذرات و غیره است. در این روش با تبدیل معادلات دیفرانسیل پاره ای حاکم بر سیالات به معادلات جبری، امکان حل عددی این معادلات فراهم می شود. با تقسیم ناحیه موردنظر برای تحلیل به المان های کوچکتر و اعمال شرایط مرزی برای گره های مرزی با اعمال تقریب هایی، یک دستگاه معادلات خطی به دست می آید که با حل این دستگاه معادلات جبری، میدان سرعت، فشار و دما در ناحیه موردنظر بدست می آید. با استفاده از نتایج بدست آمده از حل معادلات می توان و برآیند نیروهای وارد بر سطوح، و ضریب انتقال حرارت و غیره را محاسبه نمود. اکنون روش دینامیک سیالات محاسباتی جای خود را در کنار روش های آزمایشگاهی و تحلیلی برای تحلیل مسائل سیالات باز کرده است و استفاده از این روش ها برای انجام تحلیل های مهندسی امری عادی شده است. درواقع تحلیل های دینامیک سیالات محاسباتی مکمل آزمایش ها و تجربیات بوده و مجموع تلاش ها و هزینه های موردنیاز در آزمایشگاه را کاهش می دهد. دینامیک سیالات محاسباتی به صورت گسترده در زمینه های مختلف صنعتی مرتبط با سیالات، انتقال حرارت و انتقال مواد به کمک سیال بکار گرفته می شود. از جمله این موارد می توان به صنعت کشتی سازی، صنعت خودروسازی، صنایع هوافضا و بسیاری موارد گسترده صنعتی دیگر اشاره کرد که دانش دینامیک سیالات محاسباتی به عنوان گره گشای مسائل صنعتی مرتبط تبدیل شده است. علی رغم اینکه قدمت دینامیک سیالات محاسباتی در دنیا چندان زیاد نیست، این شاخه از علم در ایران و در سال های اخیر، رشد بسیار خوبی داشته است.

نرم افزار انسیس فلوئنت(ANSYS Fluent):

نرم افزار Ansys Fluent، یکی از قوی ترین نرم افزارهای محاسباتی برای شبیه سازی جریان سیال و انتقال حرارت در هندسه های پیچیده می باشد. برخی از قابلیت های این نرم افزار به صورت زیر می باشد: مدل سازی سیال های نیوتنی و غیر نیوتنی، جابجایی آزاد و اجباری، انتقال حرارت هدایتی و تشعشعی و جابجایی، چارچوب های چرخان و ساکن، مدل سازی جریان ها در هندسه های پیچیده دو بعدی و سه بعدی، مدلسازی جریان های پایا و گذرا، غير لزج، آرام و مغشوش، دو فازی و چند فازی، سطح آزاد با شکل های سطح پیچیده و مدل سازی جریان در محیط های متخلخل، مدل سازی مشعل های خانگی و صنعتی. از این نرم افزار در صنایع مختلف پتروشیمی، هوافضا، توربو ماشین های خودروسازی، الکترونیک (نیمه هادی ها و خنک سازی قطعات الکترونیک)، مبدل های حرارتی، تهویه مطبوع، مشعل سازی استفاده می شود. این نرم افزار قابلیت مدل سازی جریان های دو و سه بعدی را داراست. این نرم افزار بر پایه روش حجم محدود که یک روش بسیار قوی و مناسب در روش های دینامیک سیالات محاسباتی می باشد، بنا شده است. قابلیت های فراوانی نظیر مدل سازی جریانهای دائم و غير دائم، جریان لزج و غير لزج، احتراق، جریان مغشوش، حرکت ذرات جامد و قطرات مایع در یک فاز پیوسته و ده ها قابلیت دیگر Fluent را تبدیل به یک نرم افزار بسیار قوی و مشهور نموده است.

شرح پروژه:

در این پروژه شبیه سازی جریان سیال درون فضای حلقوی شکل بین دو استوانه هم مرکز متحرک(چرخان) و ساکن در نرم افزار انسیس فلوئنت(Ansys Fluent) انجام شده است. در این پروژه شبیه سازی جریان هوا بین دو استوانه هم مرکز که استوانه داخلی در حال چرخش بوده و استوانه خارجی ثابت می باشد انجام شده است.