توضیحات
پروژه شبیه سازی جریان چرخشی آب در داخل حفره یا محفظه استوانه ای بسته با درب چرخان یا متحرک(lid-driven cavity) در نرم افزار انسیس فلوئنت ANSYS FLUENT
جریان های چرخشی در یک محفظه استوانه ای بسته با درب چرخان یا متحرک، در طول دهه های اخیر به صورت تجربی و عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. علاوه در درب چرخان یا متحرک، تغییرات مختلفی از جمله چرخش دیواره انتهایی یا ورود مکانیزم های کنترل ثانویه مختلف در مطالعات اخیر مورد مطالعه قرار گرفته است. در این پروژه مسئله ساده محفظه ای استوانه با یک درب چرخان یا متحرک(rotating lid-driven cavity)، در اعداد رینولدز مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نیروهای درب چرخان، سیال را وادار به حرکت چرخشی حول محور مرکزی می نمایند. به دلیل وجود نیروهای گریز از مرکز(سانتریفیوژ)، سیال نزدیک به درب دور از مرکز حرکت می کند، و سبب بوجودآمدن یک جریان چرخش نصف النهاری می شود. سپس سیال به سمت پایین در امتداد دیواره بیرونی حرکت می کند و سپس به سمت داخل نزدیک انتهای ثابت استوانه می چرخد. نزدیک محور مرکزی، به صورت عمودی بالا می رود، و ساختار گرداب شکل متمرکز را به دلیل پایستگی مومنتوم زاویه ای تشکیل می دهد و به درب چرخان برمی گردد.
تغییرات جریان محفظه استوانه بسته با درب چرخان به دو پارامتر نسبت ابعادی (h) که نسبت ارتفاع محفظه به شعاع دیسک (H/R) است و عدد رینولدز R=ΩR2/v (که Ω سرعت زاویه ای دیسک و v ویسکوزیته سینماتیکی سیال است) بستگی دارد. برای اعداد رینولدز پایین، جریان به صورت متقارن(axisymmetric) و پایا است. در اعداد رینولدز بالاتر، بسته به نسبت ابعادی، جریان تحت فرآیند گذار پیچیده قرار می گیرد که ممکن است ناپایا شود.
شکل جریان در محفظه استوانه ای بسته با درب چرخان یا متحرک.
شرح پروژه:
در این پروژه شبیه سازی جریان چرخشی آب در داخل حفره یا محفظه استوانه ای بسته با درب چرخان یا متحرک(lid-driven cavity) در نرم افزار انسیس فلوئنت ANSYS FLUENT انجام شده است.
هندسه مسئله:
عدد رینولدز محفظه استوانه ای با درب چرخان به صورت Re=ΩR2/v تعریف می شود. Ω (رادیان بر ثانیه) سرعت زاویه ای درب محفظه استوانه است، R (متر) شعاع محفظه استوانه و v (مترمربع بر ثانیه) ویسکوزیته سینماتیک است. نسبت ابعادی محفظه استوانه ای به صورت زیر تعریف می شود.
λ=H/R
H (متر) ارتفاع محفظه استوانه است.
هندسه مسئله در نرم افزار انسیس دیزاین مدلر ترسیم شده است.
شبکه و مش:
شبکه و مش در نرم افزار انسیس مشینگ(ANSYS Meshing) تولید شده است.
شبیه سازی و حل:
شبیه سازی در نرم افزار انسیس فلوئنت(ANSYS FLUENT) انجام شده است.
حلگر:
حلگر فشار مبنا (Pressure based) در شرایط پایا و گرانشی استفاده شده است.
مدل لزجت:
مدل جریان آرام Laminar استفاده شده است.
سیال:
سیال مورد استفاده آب می باشد که خواص آن در شکل زیر نشان داده شده است.
وابستگی سرعت-فشار:
برای وابستگی سرعت-فشار از الگوریتم حل سیمپل سی( SIMPLEC) استفاده شده است. برای گسسته سازی معادله فشار از روش PRESTO و برای گسسته سازی مومنتوم و سرعت از روش QUICK استفاده شده است.
نمونه نتایج شبیه سازی:
