در این تمرین ما یک تجزیه تحلیل حرارتی حالت پایدار را روی دو سیال و یک مبدل حرارتی که از جنس مس است از طریق شبیه سازی جریان حرارتی توسط نرم افزار سالیدورک انجام خواهیم داد. تفاوت اصلی بین حالت پایدار و آنالیز حرارتی گذرا در این است که تحلیل حالت پایدار در دمای ثابت انجام می شود در حالی که تحلیل حرارتی گذرا در دماهای مختلف انجام می شود.
همچنین میتوانید شبیه سازی جریان هوا در اثر چرخش پنکه سقفی را بخوانید
مبدل حرارتی مسی برای انتقال حرارت بین هوا و آب استفاده می شود. هوای گرم با دمای 450 درجه کلوین (177 درجه سانتیگراد) با دبی جرمی 0.15 کیلوگرم بر ثانیه مطابق شکل وارد یک مبدل حرارتی می شود. آب هم با دبی جرمی 0.1 کیلوگرم بر ثانیه به داخل مبدل حرارتی هدایت می شود. هدف از این تمرین بدست آوردن مشخصات دمایی در هر دو محیط است.
1-باز کردن فایل اسمبلی :
نرم افزار سالیدورک را اجرا کنید و فایل اسمبلی HX را باز کنید.
جهت دانلود فایل های مربوط به تمرین کلیک کنید
2-ایجاد یک پروژه شبیه سازی جریان حرارتی:
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 “Heat Exchanger” بگذارید.
در بخش Unit system استانداردSI (m-kg-s) را انتخاب کنید.
در بخش Analysis Type گزینه ی Internal را انتخاب کنید تا نوع تحلیل شما داخلی باشد. همچنین تیک گزینه ی Heat conduction in Solids را بزنید
در بخش Physical Features علاوه بر تیک Fluid Flow تیک Conduction را هم 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 Air (Gases) خورده باشد
در بخش Solids (جامد ها) باید Default solid روی Copper (مس) تنظیم شود.
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 به تنظیمات پیشفرض دست نزنید و روی دکمه Finish کلیک کنید.
3-تنظیم پارامتر های عمومی مش بندی اولیه
از بخش mesh setting روی Global mesh کلیک کرده و در منوی باز شده سطح مش بندی را روی 3 قرار دهید.
4- تعیین محدوده ی محاسبات شبیه سازی جریان حرارتی
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 محدوده محاسبات شبیه سازی را تعیین کنید. اگر مدل شما متقارن باشد شبیه سازی نیمی از مدل هم کافی است. برای این کار در قسمت Size and Conditions مقدار X min را صفر و نوع آن را Symmetry قرار دهید و Ok کنید.
اگرچه دو سیال در مرحله ی wizard تعریف شده اند اما برای شبیه سازی جریان باید مشخص شود که این سیال ها در کجای مدل جریان می یابند. بنابراین، زیر دامنه های دو سیال باید تعریف شوند. زیر دامنه ی هر سیال باید مستقل بوده و هیچگونه اختلاطی با زیردامنه ی سیال دیگر نداشته باشند.
5-تعریف زیردامنه هوا
در زیر پوشه Input Data، روی Fluid Subdomains کلیک راست کرده و Insert Fluid Subdomain را انتخاب کنید و سپس سطح داخلی ورودی هوا را انتخاب کنید (مطابق شکل با کمک دستور select other) . مطمئن شوید که تیک Air از گروه Gases خورده شده باشد. در قسمت Thermodynamic Properties مقدار دما یا Temperature را 450 کلوین قرار دهید و Ok کنید.
6-تعریف زیردامنه آب
برای تعریف زیر دامنه آب نیز همین روش را دنبال کنید. ورودی آب را مطابق شکل انتخاب کنید و مطمئن شوید که تیک water از گروه Liquid خورده شده باشد. دما و فشار را تغییر ندهید و Ok کنید.
7-مشخص کردن شرایط مرزی در ورودی آب
باز بخش Conditions روی boundary conditions کلیک کرده و در منوی باز شده در بخش type در گروهflow openings با انتخاب inlet mass flow یک جریان آب داخلی در سطح داخلی ورودی آب ایجاد کنید و در بخش flow parametrs مقدار دبی جرمی را 0.05 kg/s قرار دهید( فراموش نکنید که ما داریم نیمی از مدل متقارن را شبیه سازی میکنیم و دبی جرمی جریان در اصل 0.1 kg/s است) و OK کنید. نام این شرایط ایجاد شده را به Water Inlet Mass Flow تغییر دهید.
8-مشخص کردن شرایط مرزی در ورودی هوا
مثل مرحله قبل با انتخاب inlet mass flow یک جریان هوای در سطح داخلی ورودی هوا طبق شکل ایجاد کنید و مقدار دبی جرمی را 0.075 kg/s قرار دهید (دبی جرمی جریان در اصل 0.15 kg/s است)
در بخش Thermodynamic parameters مطمئن شوید که مقدار دما 450 K باشد و OK کنید.
نام این شرایط ایجاد شده را به Air Inlet Mass Flow تغییر دهید.
9-مشخص کردن شرایط محیطی در خروجی هوا و آب
برای هر دو مورد در منوی boundary conditions در بخش type از گروه pressure openings با انتخاب Environment Pressure دو شرایط فشار محیطی جدا یکی در محل خروجی آب و یکی در محل خروجی هوا با فشار پیشفرض 101325 Pa و دمای پیشفرض 293.2 K ایجاد کنید و نام آن ها را به Air Outlet و Water Outlet تغییر دهید.
10- تعریف هدف های سطحی در خروجی هوا
از بخش goals روی surface goals کلیک کرده و در منوی باز شده شرایط مرزی هوا را انتخاب و تیک ستون av از سطر Temperature (Fluid) را بزنید
11- تعریف هدف های سطحی در خروجی آب
از بخش goals روی surface goals کلیک کرده و در منوی باز شده شرایط مرزی آب را انتخاب و تیک ستون های av min و max از سطر Temperature (Fluid) و تیک سطر Mass Flow Rate را بزنید
12-اجرای پروژه شبیه سازی جریان حرارتی
با کلیک روی بخش Run پروژه شبیه سازی جریان را اجرا کنید.
13- 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 right plane را به عنوان صفحه برش انتخاب کنید و در قسمت contours با انتخاب tempreture دما را انتخاب کنید.
14- ارزیابی پارامتر های سطحی
از زیر پوشه ی results روی surface plots و سپس روی insert کلیک کرده و در منوی باز شده پارامتر های مختلف را روی سطح خارجی آب ارزیابی کنید.
15-ایجاد نمودار نتیجه ی هدف
از زیر پوشه ی results روی Goal plots و سپس روی insert کلیک کرده و در منوی باز شده از لیست هدف ها ، هدف مربوط به دمای متوسط در خروجی آب را انتخاب کرده و ok کنید تا یک نمودار از تغییرات دمای آب بعد در خروجی مجموعه ایجاد شود که با راست کلیک روی آن و زدن گزینه show میتوانید آن را مشاهده کنید.