در این مطلب مراحل شبیه سازی جریان آب در حرکت پرتابی با مقاوت هوا را با استفاده از نرم افزار سالیدورک با حل یک تمرین بررسی میکنیم.

همچنین میتوانید شبیه سازی جریان آب سطح آزاد داخل مخزن را هم بخوانید

در این تمرین تجزیه و تحلیل فوران آب با خروجی شیبدار را انجام می دهیم. یک جت دوبعدی با شیب 60 درجه نسبت به صفحه افقی آب را با سرعت 4 متر بر ثانیه خارج می کند. هدف از این تمرین بدست آوردن مسیر آب پرتاب شده و مقایسه آن با نتایج نظری است. این مسئله از نوع تحلیل دوبعدی خارجی است و با هندسه ی بیرون زدن جت در دامنه محاسباتی حل شده است.

شبیه سازی جریان آب

1-باز کردن فایل پارت :

نرم افزار سالیدورک را اجرا کنید و  فایل پارت 2D Fjet را باز کنید.

جهت دانلود فایل مربوط به تمرین کلیک کنید 

2-ایجاد یک پروژه:

از تب Flow Simulatin با کلیک روی wizard یک پروژه جدید با ویژگی های زیر ایجاد کنید:

در بخش Configuration گزینه ی Use current را انتخاب کنید

در بخش Configuration name نام پیکربندی را ‘’Default’’ بگذارید.

در بخش Project name نام پروژه را “Jet” بگذارید.

در بخش Unit system استانداردSI (m-kg-s)  را انتخاب کنید.

در بخش Analysis Type گزینه ی External را انتخاب کنید تا نوع تحلیل شما خارجی باشد.چون با بیرون مدل سر و کار داریم.

در بخش Physical Features علاوه بر تیک Fluid Flow تیک Time Dependent را بزنید و مقدار فیلد Total Analysis time را 10s وارد کنید تا تحلیل شما از نوع گذرا باشد و تا 10 ثانیه را شبیه سازی کند ؛ تیک Gravity را بزنید تا نیروی گرانش بر شبیه سازی تاثیرگذار باشد و مقدار فیلد Y-Component را  -9.81  وارد کنید تا راستای Y ارتفاع از زمین باشد ؛ تیک Free surface را بزنید.

در بخش Database of Fluids از لیست گاز ها (Gases list) روی Air دبل کلیک کنید تا هوا را انتخاب کنید. همچنین از لیست مایعات (Liquids list) روی Water دبل کلیک کنید تا آب را انتخاب کنید.

در ستون Default fluid مطمئن شوید که تیک هر دو سیال خورده باشد

در بخش Wall Conditions از لیست Default wall thermal condition list گزینه ی Adiabatic wall را انتخاب کنید مقدار Roughness را 0 تایپ کنید.

در بخش Initial conditions مطمئن شوید که تیک گزینه های Pressure potential و Refer to the orgin خورده باشد و بخش Initial fluid از زیر گروه Concentractions روی گزینه ی Air تنظیم شده باشد تا هوا به عنوان سیال اولیه تنظیم شود.از زیر گروه Turbulence parameters مقدار Turbulence intensity را 2% و مقدار Turbulence length را 0.0002 m وارد کنید تا شدت و طول تلاطم مشخص شود. به سایر تنظیمات پیشفرض دست نزنید و روی دکمه Finish کلیک کنید.

3- تعیین محدوده ی محاسبات شبیه سازی و تعریف حالت تقارن

در درخت تجزیه و تحلیل شبیه سازی جریان سالیدورک ، در زیر پوشه Input Data، روی Computational Domain کلیک راست کرده و Edit Definition را انتخاب کنید و در منوی باز شده و در قسمت type با انتخاب گزینه  2D Simulation نوع دامنه را دو بعدی کنید و صفحه ی xy را انتخاب  کنید سپس در بخش Sizes and Conditions مقادیر را به ترتیب زیر وارد کنید و ok کنید.

(m) Size
1.8 X max
-0.5 X min
1.3 Y max
-0.1 Y min
0.002 Z max
-0.002 Z min

4-تنظیم پارامتر های عمومی مش بندی اولیه

از بخش mesh setting روی Global mesh کلیک کرده و در منوی باز شده در بخش Type گزینه ی manual را انتخاب کنید و در بخش Basic mesh مقدار Number of Cells per X را 124 و مقدار Number of Cells per Y را 67 وارد کنید و تیک  Keep Aspect Ratio را بزنید و مطمئن شوید که تیک بخش های Channels ، Advanced Refinement ، Close Thin Slots وDisplay Refinement نخورده باشد چون نیازی به آنها نیست و استفاده نمیشوند. سپس ok کنید.

5-تنظیم پارامتر های مش بندی محلی

از بخش mesh setting روی Local mesh کلیک کرده  و در منوی باز شده در بخش Selection سطح خروجی جت را انتخاب کنید. در بخش Refining Cells سطحLevel of Refining Cells at Fluid/Solid Boundary و هم چنین Level of Refining Fluid Cells هر دو را روی 2 قرار دهید که مربوط به تصفیه بودن آب میباشند.

مطمئن شوید که تیک بخش های Equidistant Refinement ، Channels ، Advanced Refinement ، Close Thin Slots و   Display Refinement Level نخورده باشد چون نیازی به آنها نیست و استفاده نمیشوند. سپس ok کنید.

همچنین میتوانید چگونگی مش بندی صحیح در شبیه سازی جریان را هم بخوانید

شبیه سازی جریان آب

6-مشخص کردن شرایط مرزی در ورودی آب

از بخش Conditions روی boundary conditions کلیک کرده و در منوی باز شده در بخش type در گروه flow openings با انتخاب inlet Velocity یک جریان آب داخلی در سطح خروجی جت ایجاد در بخش flow parametrs مقدار سرعت آب را 4 m/s قرار دهید و از بخش Substance Concentrations گزینه ی Water را انتخاب کنید تا  آب به عنوان ماده غلیظ انتخاب شود و OK کنید.

شبیه سازی جریان آب

7-تعیین اهداف عمومی

از بخش goals روی Global goals کلیک کرده و در منوی باز شده تیک ستون  های min و max از سطر های   Static Pressure  ،  Temperature (Fluid) ، Velocity ، Velocity (X) و Velocity (Y) و همچنین تیک ستون های min و Av از سطر Turbulence Viscosity و تیک ستون  max از سطر mass (Fluid) را بزنید و ok کنید.

8-تنظیم گام محسبات زمانی

از درخت شبیه سازی روی پوشه input data راست کلیک کنید و سپس روی Calculation Control Options کلیک کنید و در منوی باز شده به سربرگ Solving بروید و از بخش Time Step Setting گزینه ی Time Step را روی حالت Manual قرار دهید و مقدار آن را 0.02 s وارد کنید.

 

9- انجام تنظیمات مربوط به ذخیره سازی

در همان منوی Calculation Control Options به سربرگ Saving بروید و از بخش Selected Parameters (Transient Explorer) تیک گزینه ی Periodic را بزنید و سپس  برای ستون Iterations مقدار Start را 0 و مقدار Period را 1 وارد کنید  که به طور پیشفرض هم همین مقادیر هستند.

از بخش Parameters روی  کلید کنید و در چک لیست باز شده از گروه Main تیک گزینه های زیر را بزنید تا مواردی که قرار است در هر گام زمانی محاسبه شود (شامل فشار ، سرعت ، درصد جرمی و حجمی آب) را مشخص کنید  : Mass Fraction of Water ، Pressure ، Velocity و Volume Fraction of Water

10-اجرای پروژه شبیه سازی جریان آب

با کلیک روی بخش Run پروژه شبیه سازی جریان را اجرا کنید.

11-بارگذاری نتایج

نتایج باید به صورت خودکار بارگذاری شوند اما اگر این اتفاق نیفتاد با راست کلیک روی پوشه ی Results از درخت شبیه سازی که کنار آن عبارت Not Loaded نوشته شده است  و کلیک روی Load نتایج را بارگذاری کنید.

12- ایجاد  یک نمودار برشی نمونه از مدل

از زیر پوشه ی results روی  cut plots و سپس روی insert کلیک کرده و در منوی باز شده Front Plane را به عنوان صفحه برش انتخاب کنید و در قسمت contours با انتخاب Volume Fraction of Water درصد حجمی آب را انتخاب کنید. و سطح Number of Levels را روی 3 قرار دهید تا 3 سطح از حجم آب را به شما نشان دهد.

شبیه سازی جریان آب
نمودار برشی نشان دهنده حجم آب در بخش های مختلف

13- متحرک سازی نمودار برشی

همچنان که نمودار برشی نمایان است روی پوشه ی Results راست کلیک کنید و روی Transient Explorer کلیک کنید. با پخش کردن و جابجا کردن خط زمان انیمیشن میتوانید شبیه سازی متحرک را مشاهده کنید.

14- ایجاد نمودار x-y در راستای افقی

مطابق مرحله قبل وارد منوی نمودار x-y شوید و برای قسمت Selection از لیست درخت اسمبلی Sketch4 را انتخاب کنید و
سپس از لیست Parametrs با تیک زدن Volume Fraction of Water پارامتر درصد حجمی آب را انتخاب کرده و ok
کنید تا یک نمودار از تغییرات درصد حجم آب نسبت به طول در نقطه ای از مسیر آب که نزدیک بالاترین ارتفاع آب است
)همان Sketch8 ( ایجاد شود که با راست کلیک روی آن و زدن گزینه show میتوانید آن را مشاهده کنی د

نتایج تئوری شبیه سازی جریان آب پرتابی

ارتفاع آب را می توان از عبارت زیر ارزیابی کرد:

عرض جت پرواز را می توان از عبارت زیر ارزیابی کرد:

در عبارات بالا، g  شتاب گرانش، v  سرعت خروجی اولیه آب و α زاویه شیب جت نسبت به صفحه افقی است. نشان داده شد که راه حل شبیه سازی جریان سالیدورک با پیش بینی های نظری مطابقت دارد.

3 پاسخ

دیدگاهتان را بنویسید

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